宽枕道床病害成因与整治

徐州火车站地处陇海、京沪两大铁路干线的交汇点，1996年9月站线改造完成，运营2~3年后，站内宽枕线路1~5、7股道相继出现道床翻浆，严重影响轨道几何质量和车站站容。虽然工务部门投入了大量人力、物力进行整修，但翻浆现象依然严重。为根治徐州车站道床病害，分析了病害成因，采用现场挖探、地质雷达探测和取样试验等方法，探明了徐州车站道床结构现状。根据道床结构现状，提出病害整治方案，主要包括排水系统的整修和调整层的替换(采用沥青水泥砂浆替代调整层)。

1 道床翻浆的成因分析

1.1 原设计的缺陷

1.1.1调整层采用沥青小碎石，极易被压碎粉化

图1 徐州站宽枕道床原设计断面图( 单位: cm)

如图1，徐州站道床结构自上而下为:沥青小碎石(厚5cm调整层)、沥青混凝土封闭层(厚5cm)、碎石道碴(厚15cm)和粗砂混合层。

调整层上为宽轨枕，下为沥青混凝土层，这两层刚度都很大。沥青小碎石基本上呈散体状，在厚度小于50mm时，小碎石在宽轨枕和沥青混凝土封闭层之间呈点接触。在列车荷载作用下，单个小碎石承受很大的动荷载，列车的动荷载加剧了碾压小碎石的力度和粉化的可能;各种来水浸泡和软化更促进了小碎石压碎和粉化的速度。

因此，调整层采用沥青小碎石或小碎石，本身刚度大，无弹性，又界于刚度很大的宽轨枕和沥青混凝土封闭层之间，极易被压碎、粉化。可见调整层材质的选择甚不合理。

1.1.2道床横向排水不畅和轨枕板缝之间不密封是道床翻浆的诱因

原设计轨枕下中部是空的，以防止混凝土枕出现负弯矩。为排除枕下积水，在封闭层和小碎石层中每隔25m埋设了20mm的钢管，这种横向钢管通向纵向排水沟，该钢管容易被压扁或堵塞，丧失功能。

图2 三角形混凝土阻挡了排水路径

靠近排水沟处的三角形混凝土阻挡了排水路径(见图2)，是原设计的一处败笔。

宽轨枕板之间的板缝不是完全密封的，雨水、列车上水和冲洗水容易渗入轨枕下不易排出。积在轨枕板下的水浸泡调整层的小碎石，在列车荷载的抽吸作用下，发生翻浆;在冲洗水的作用下泥水溢出流出。

比较而言，上海站采用乳化沥青水泥砂浆作调整层，整体性好，不易被磨碎。而且，横向排水没有三角形混凝土的阻挡，排水顺畅。1985年投入使用以来，没有明显病害，状态较好。

1.2 前期整治过程与现状

病害初期，工务部门开始采用轨枕下垫瓜子片石进行整治，而垫进的瓜子片石同样是散体材料，在宽轨枕和沥青混凝土封闭层之间呈点接触，极易被压碎和粉化，成为道床翻浆新的物质来源。翻冒的泥浆冲进水沟，淤积在水沟内，恶化了线路排水，更加剧了翻浆病害。先后垫进轨枕下的8车皮瓜子片石都统统被压碎、磨细，翻冒出来。

为了保持轨面，工务部门后来采用垫碎胶片的方法，并发明了专用工具(拨子)，勉强维持线路几何尺寸，日常养护工作量仍然较大。

目前采用的垫碎胶片的方法，存在两个问题。第一，排水问题并未解决，特别是纵向排水沟淤积，使轨枕板下的积水无法及时排出;第二，垫入宽轨枕下的碎胶片属随机点接触，轨枕下支撑不是平面均布受力状态，长期作用必将导致轨枕板开裂。

2 道床结构的现状

2.1 道床中沥青混凝土封闭层状态

图3 道床中沥青混凝土封闭层状态

在下沉量较大的局部地段进行了挖探，沥青混凝土封闭层没有开裂等现象，状态尚好(见图3)。采用地质雷达对道床结构进行了检测，结果也证明沥青混凝土封闭层状态良好，见图4。

图4 徐州站道床地质雷达图

2.2 轨枕板和面层、封闭层之间的状态

轨枕板和封闭层之间目前为碎石、碎胶片和泥水充填，轨枕板吊空现象普遍。翻浆主要来自于调整层和后来垫进的瓜子片石。室内试验证明了这一结论。

3 道床翻浆整治方案

3.1 整治原则

徐州站是大型客运站，运营繁忙，为此，拟订了以下整治原则:第一，不破坏沥青混凝土封闭层;第二，替代调整层的介质应具有足够的强度和适宜的刚度，介质耐磨性要好;第三，替代调整层的介质最好具有封闭道床的功能，以同时解决排水问题。

根据上述徐州站道床结构现状和整治原则，病害整治的总体方案分两部分，其一是排水系统的整修和改善;其二是调整层的恢复或修补。

3.2 排水系统的整修和改善

我国大型客站宽枕道床由于排水不良引发的病害较为普遍，车站应首先解决排水问题。

1)清理站内淤积的纵向排水沟、集水井，恢复站内整个排水系统的作用和功能。为预防站内垃圾等物掉入纵向排水沟，将水沟盖板更换为封闭式或双层盖板。

2)恢复道床横向排水措施。两轨之下的沥青混凝土封闭层表面有凹陷，整治中应同时解决道床表面凹陷和积水问题，恢复道床排水坡度。

3)轨枕板板缝之间采用粘结强度较高的塑料油膏封闭，防止水渗入道床。

4)凿除阻挡道床排水的三角形混凝土。

3.3 调整层的恢复

根据上述病害现状和整治原则，提出三种技术可行的整治方案:分别是方案1——沥青水泥砂浆替代调整层;方案2——环氧树脂修补和覆盖道床表面;方案3——石英砂替代调整层。从技术、经济和施工简便等方面综合比选，决定采用方案1。

图5 沥青水泥砂浆替代调整层整治方案示意图

图5为沥青水泥砂浆替代调整层整治方案示意图。这种方案的思路是利用乳化沥青水泥砂浆具有流动性好的特点，灌注到轨枕板下;凝固后，形成具有所需强度和刚度的半刚性道床表层;沥青水泥砂浆凝固后能够封闭道床，因此能同时解决道床表层的防水密封问题。由于沥青水泥砂浆材料成本不高(整治一股道每100m线路主要材料成本约在2万元以内)，因此本方案总体成本不高。

混凝土宽枕沥青道床已在上海、西安、新乡等客站得到成功应用，还在一些桥梁、隧道中得到应用。

4 结束语

目前，有关工务部门已经按上述整治方案进行施工准备，彻底整治工作即将进行，徐州车站混凝土宽枕道床病害及其整治对国内类似工点有一定参考价值。

混凝土宽枕道床能够提高轨道的稳定性，达到了少维修的目的，但宽枕轨道不是免维修轨道，病害的出现，会给养护维修带来很大困难。混凝土宽枕轨道质量的好坏与铺设地段的基础处理、施工质量、配套的防排水措施有着密切的关系，前期设计需考虑周到，并保证施工质量良好，才能充分发挥混凝土宽枕轨道的长处。

混凝土宽枕道床各层介质的选择应考虑合理的强度和刚度过渡，碎石或沥青小碎石刚度过大，不宜用做调整层。混凝土宽枕道床对排水要求高，完善的排水措施对站场混凝土宽枕道床尤其重要。

文章来源：

原文名称：徐州站宽枕道床病害成因与整治

作者信息：孟凡江¹ , 孙经川² , 王伟志³ , 杨新安⁴

( 1 济南铁路局临沂工务段, 山东临沂 276004; 2 济南铁路局线路大修段, 济南 271000;3 济南铁路局徐州工务段, 江苏徐州 221005; 4 同济大学城市轨道与铁道工程系, 上海? 200092)

期刊信息：铁道建筑 2006年12期