3.2　我国路基病害的类型及分布

随着行车速度和列车荷载的提高，对既有线路基提出了新的要求，主要表现在对其强度、刚度、下沉及运营养护等方面要求的提高。由于长期以来路基标准和施工质量偏低，能力储备不足，经过几次提速后，不少路段出现了越来越多的病害问题，并随着提速的不断深入有不同程度的增加，需要通过加大维修工作量来保证列车的正常运营。通过胶新、遂渝、胶济和津浦线的提速试验结果和国内外提速改造的经验，认为在既有线路基稳定、基床土质良好、无病害时，以及少量开行25T轴重列车时，短期内可暂不做基床加固，但要加强路基和线路的检查、监测和维护。当路基变形加大或养护量增加较多及路基产生病害时，应及时采取加固整治措施，保证提速安全。对于重载铁路，比较突出的是路基的荷载和连续作用次数增加的情况下的病害和轨道维护问题。因此，需要有相应的路基检测和评定手段，对既有线路基病害进行全面检测，明确既有线路基病害的成因、病害类型、病害规模以及在路基中的分布情况，为线路的养护维修提供可靠的依据，以便能够及时采取工程措施，减少病害的发生，降低病害的危害程度，保障既有线路的安全运营。

对于提速和重载线路路基的检测，由于规模较大，传统定点的地面检查已不能满足要求，而且，对于既有的已经成型的路基，规范中的一些参数的测试也存在不少困难。虽然国内外开展了探地雷达检测路基病害的研究和试验，取得了不少经验，但对于铁路路基病害的解释大多数是依靠检测人员的经验，还没有专门对既有线路基病害检测进行系统的研究，也没有相关的规范可以借鉴。在既有线路中，路基病害对路基和线路稳定性影响极大，需要及时发现和彻底消除。由于路基病害往往具有隐蔽性，只能用物探手段进行检测。目前我国铁路十分繁忙，要求检测方法和手段不能影响线路的正常运营，而车载探地雷达是将多通道快速雷达安装在营运的列车上对既有线路基进行检测，具有快速、无损、高效、连续、结果准确的特点，可以满足既有线路基检测的需要。

3.2.1　既有铁路路基病害分析

路基病害广义分为路基本体病害和承受路基荷载的地基病害。地基病害主要表现在地基土为软黏土（淤泥）、泥炭、沼泽等土质组成，其特点是含水量高、软塑状、承载力低。路基本体病害狭义上是指路基基床病害。基床部分主要受到列车动载反复作用的影响和自然作用，容易产生各种病害。基床病害外观表现为翻浆冒泥、线路下沉、侧沟外挤、路肩隆起等。分析既有线路基病害的成因、形成条件及病害在路基中的分布情况是探地雷达检测路基病害的主要目的。

《铁路路基大维修规则》提出了14种既有线路基病害类型及病害分级，并纳入路基设备状态评定，分别是滑坡、边坡溜坍、风化剥落、陷穴、基床下沉外挤、基床翻浆冒泥、河岸冲刷、水浸路基、排水不良、沙害、冻害、雪害和泥石流。以下介绍车载探地雷达检测有关的常见路基病害。

（1）翻浆冒泥：道床内出现泥浆体现象的统称，根据泥浆体物质来源，细分为道床翻浆（Dirty Ballast Pumping Failure，DBPF）和基床冒泥（Erosion Pumping Failure，EPF），如图3.1所示，两者有时肉眼很难区分。道床翻浆，其泥浆来源于道床内碎石道砟在外力作用下相互摩擦形成的粉末、道床内洒落的煤尘等，在水的存在条件下，由于列车频繁的振动抽吸作用，道砟粉末、煤尘等在道床内形成稀浆，列车经过时，泥浆被挤压抽吸翻冒，如图3.2所示。翻浆造成道砟脏污、板结，从而使道床弹性降低或丧失。

（2）基床冒泥：其泥浆来源于基床表层。基床表层岩土受地表水和地下水作用软化以致于泥化，在列车重复荷载作用下形成泥浆，通过道床翻冒，如图3.3所示。冒泥使路基内细颗粒物质穿过石砟排出，产生沉降，轨道几何尺寸发生变化，增加了养护维修工作量，有时甚至危及行车安全。在干燥的天气，翻浆冒泥以干泥的情况出现，在雨天，则以泥浆池的形式出现。

（3）路基下沉：由于路基土密实度不足或地基松软，在水、荷重、自重及振动作用下发生局部或较大面积的竖向变形。列车运行一段时间后，路基下沉会趋于缓解，但有时因荷载增加或水的作用使沉降速率加大，局部下沉也会造成陷槽使线路不平顺。路基下沉分为基床下沉、堤体下沉和基底下沉。

（4）挤出变形：基床内的土经常处于软塑状态，在列车荷载的作用下，基床上发生剪切破坏、外挤变形。外挤是因为基床强度不足引起的，一种是在基床内的影响深度不大的渐进式剪切变形，其形成路肩隆起、路肩外挤和边缘外鼓，如图3.4所示；另外一种是路堤填土密实度不够，逐渐下沉，在基床积水作用下，土质软化强度进一步降低，继而发生道床逐步下沉形成陷槽，严重时有明显的下沉挤出，路肩上凸或被软泥覆盖，如图3.5所示。

（5）陷穴：指路基下及其附近存在洞穴，其坍塌可引起基床和道床突然沉落，轨道悬空。陷穴会导致行车中断，甚至造成列车颠覆。陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。

（6）滑坡：指影响路基稳定的土体、岩体滑动，分为边坡的深层滑动、路基滑移及山体滑坡。

（7）水浸路基：指实际浸水超过设计水位的路基被水浸或淹没，引起一定的沉降或局部坍塌，当路堤缺乏足够的防护和加固设备时，导致路基稳定性受到影响或破坏。

（8）路基的冻胀和冻土的融化：冻害发生在寒冷地区，如路基土为透水性较差的细粒土，当含水量较高或路基内积水，在冻结过程中，土中水重新分布和聚集形成冰块，引起不均匀的冻胀现象。在天气变暖时冻土融化，造成路基沉降或失稳。季节性路基冻土变化在表层，永久性冻土变化在深层。

尽管路基病害表现形式多样，但产生路基病害的原因主要是土质不良、压实密度不足和排水不畅等。车载探地雷达既有线路基病害普查重点主要是路基翻浆冒泥和路基下沉。下面着重讨论这两类病害形成的条件。

路基翻浆冒泥分为岩质基面翻浆冒泥和土质基面翻浆冒泥。岩质基面翻浆冒泥的基床大多数由泥质软岩构成，在雨水、活载和道床研磨作用下翻浆，泥浆主要来自基面，软化层较薄，仅能形成浅砟囊，下部岩层仍很坚硬。可能形成翻浆冒泥的岩质基床主要有泥岩、页岩、泥灰岩、片岩、千板岩等。若风化严重，地下水发育时极易形成翻浆。这些岩质基床距地表很近，且属于风化带，加上裂隙水和动载的作用，将泥质风化物形成泥浆冒上来。在无仰拱隧道内有地下水也会发生翻浆。宝中线、西延线许多隧道内路基翻浆冒泥就属于这种类型。图3.6和图3.7是宝中线火烧寨隧道附近杂色泥岩，这种软岩易风化，水浸湿后极易泥化，在列车动力作用下出现翻浆冒泥。

土质基面翻浆常见于路堤和土质路堑。基床为黏土或粉黏土。最易翻浆的土质居塑性图A线以上，回归方程式为：IP=0.675WL-6.13±6.07，WL＞32％、IP≥12的粉质黏土和黏土，颗粒以粉粒和黏粒胶粒为主，各占40％左右或更多些。易翻浆的土质均为新生代细粒的沉积土层，矿物成分以伊利石和蒙脱石为主，粒度小于50μm，透水性差，亲水性强，遇水软化膨胀，脱水则收缩龟裂。中国和日本产生翻浆冒泥的土质条件见表3.1。

英国学者Sew等人（2007）总结了有关铁路路基翻浆冒泥的实例，认为易翻浆冒泥的路基土为具有中等塑性的黏土和低塑性的粉土或细沙。图3.8是其汇总的国外翻浆冒泥土的塑性图，可见，对于易发生翻浆冒泥路基土，WL≥40％，IP＞20。

路基翻浆冒泥的内因是土的性质，土的颗粒越细越容易亲水，当遇到地下水和雨水时就容易形成泥浆；外因是水的存在和列车的振动。

水是路基翻浆冒泥的重要外部因素。雨水充沛地区的低洼处，寒冷地区解冻热融之后的堤堑交接处常是地下水排泄通道和滞水聚积的处所，道口、桥头易于积水处，这些有水存在的地段如果路基具有发生翻浆冒泥的土质，则极有可能是发生翻浆冒泥的地段。

列车对基床有振动和抽吸作用，使泥水重塑易于成浆，这时轨枕和基床压力加大，也增加了空隙或空隙中的水压力，车轴过后又减压，并有负弯矩和负压发生，轨枕有轻微地上浮，泥浆被吸进枕底和石砟空隙之中，造成道床板结，有的压到道床顶面形成泥盘。

路基下沉可分为新线路基下沉和既有线路基下沉。新线路基下沉主要是新填路基密实度不够。既有线路基下沉多为形成深砟囊，雨季积水造成基床土质呈软塑状态，一般，无侧限抗压强度qu＜100 kPa，不排水剪切强度Cu＜50 kPa，导致轨道下沉滑面形成，土体被挤出，为石砟所替代，形成易透水的深砟囊，向边坡或侧沟挤动。雨季中下沉速度加快，不再表现为翻浆。由于深砟囊的积水可由降雨补给，所以路堤路堑都有此病害发生。

还有一种路基病害对行车安全危害性最大，即路基内或路基下的空穴。路基翻浆冒泥和路基下沉这两种病害是渐进式，影响列车运行速度，增加养护工作量，而路基内或路基下的空穴的塌陷是突发性的，可能造成重大事故。

3.2.2　既有线路基病害的分布

基床病害主要分布在膨胀土地区、黄土地区、粉砂土地区和遇水容易泥化的软岩地区。

膨胀土基床病害主要由于膨胀土的裂隙发育，浸水后其矿物结构具有膨胀性。一方面，基床土失去了强度，造成道床侵入；另一方面，土体的膨胀性使基床结构破坏，路肩或路堑水沟挤裂。20世纪80年代后期，原铁道部对膨胀土基床病害进行了大规模研究和整治，但是整治后的路基病害经过多年运行后仍有复发。我国膨胀土地区分布面积较大，主要分布在河北、河南、湖北、广西、四川、云南、贵州、安徽、吉林、黑龙江、陕西、山东等地，涉及的铁路线主要有焦柳、汉丹、阳安、太焦、辛泰、成昆、京广、湘桂、襄渝、阜淮等。

黄土特点是以粉土为主、含有碳酸盐、具有大孔隙。我国黄土分布面积约64万km2，主要分布在西北、华北、东北地区。西北地区黄土多具有湿陷性。近年来，黄土地区新建铁路出现路基下存在窑洞未填或未填实的情况，影响运营安全。地下是否有窑洞或墓穴是路基检查的重点。

粉砂土路基主要分布在京沪、陇海、京九等主要干线。粉砂土路基一般问题是在雨季出现冲沟，粉砂土在列车作用下液化，由于没有黏性，在雨季出现坍塌，这种情况难以检测，但是雨后粉砂土路基中形成的松动区、空洞，尤其是路基在桥头形成的地下冲沟是可以检查出的。