季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基凍害及其防治措施

孫增斌

哈爾濱鐵路局哈爾濱工務(wù)段 黑龍江省哈爾濱市 150000

摘要：近年來，季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基的凍害問題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)內(nèi)容并提出合理化的防治措施有著重要意義。本文首先對相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了季節(jié)性凍土地區(qū)路基凍害的分類，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從板式無碴軌道建設(shè)、鐵路路基鋪置，以及鐵路路基施工中的壓實(shí)任務(wù)等多方面，提出了鐵路路基凍害的防治措施。

關(guān)鍵詞：季節(jié)性；凍土地區(qū)；鐵路路基；凍害；防治措施

一、前言

作為季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基常出現(xiàn)的問題之一，凍害問題的重要影響不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對凍害問題的掌控力度，從而通過合理科學(xué)的措施與方法，對該項(xiàng)問題進(jìn)行有效防治與處理。

二、概述

通常情況下，在受到氣溫變化的影響下，凍土路基一般產(chǎn)生升溫速率的主要原因體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是凍土中參與的冰和水的相變潛熱數(shù)量，另一方面則是地基土層的導(dǎo)熱系數(shù)。如果凍土地基中含有較高的冰量時(shí)，當(dāng)溫度發(fā)生變化，將會(huì)產(chǎn)生大量的冰水相變。所以，含冰量高的凍土地基溫度對于氣溫改變的感應(yīng)相對遲緩。這樣一來，若是在氣溫勝率相同的情況下，一旦凍土地基處于劇烈相變的地區(qū)，其地基溫度變化隨之產(chǎn)生更多數(shù)量的冰水相變。因此，這種高含冰量的凍土地基的速率不高。相反，當(dāng)凍土地基處于平穩(wěn)區(qū)段時(shí)，低溫發(fā)生變化，相變熱量減少，此時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)將會(huì)成為主要影響因素，使得含冰量較高的凍土地基速率加快，同時(shí)季節(jié)性的凍土地基正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，才會(huì)導(dǎo)致年平均溫度急劇上升。

三、季凍地區(qū)路基凍害的分類

1.凍脹

凍脹是指由于土的凍結(jié)作用而造成的體積膨脹現(xiàn)象，這是季節(jié)性凍土區(qū)常常遇見的鐵路病害。凍脹可分為原位凍脹和分凝凍脹兩類，原位凍脹是指凍結(jié)鋒面前進(jìn)過程和已凍土繼續(xù)降溫過程中，正凍土中的孔隙水或已凍土中的未凍水原位凍結(jié)，造成體積增大9%；而當(dāng)土體凍結(jié)以后，由于土顆粒表面能的作用，土中始終存在未凍結(jié)的薄膜水。在溫度梯度的誘導(dǎo)下，薄膜水會(huì)從溫度高處向溫度低處遷移，正是由于水的抽吸作用使水分集聚在前進(jìn)的凍結(jié)鋒面后方并凍結(jié)，分凝成冰透鏡體，這一過程稱為分凝凍脹，分凝凍脹過程造成體積增大1.09倍。

2.融沉

季節(jié)性凍土融化時(shí)，冰晶和冰膜融化成水，土層在重力和上覆荷載的作用下，路基及基床會(huì)產(chǎn)生不同程度的沉降，即融沉。融沉一般有兩個(gè)特性：其一，由于自然營力和人為因素及土體各方面的差異，融沉在空間上具有不連續(xù)性，厚度上具有不均勻性。其二，融沉多發(fā)生在低路堤地段。由于路堤高度、坡向、填料類別、保溫設(shè)施，以及施工季節(jié)和施工后形成的地表特征、水文特征及凍土介質(zhì)特征等因素的綜合影響，土體中各土層的散熱和吸熱有極大差異。

3.翻漿冒泡

由于季凍區(qū)內(nèi)獨(dú)特的地質(zhì)、地理環(huán)境，導(dǎo)致在某些路段凍結(jié)時(shí)間長，解凍緩慢，加之大量的積雪融化后雪水下滲，這樣就在解凍層和未解凍層之間形成自由水。這部分自由水不能及時(shí)排出，造成土基軟弱，強(qiáng)度急劇降低，在列車荷載作用下，路基面發(fā)生鼓包、唧泥現(xiàn)象，即為翻漿。這種凍害主要發(fā)生在河漫灘地貌單元、山前沖洪積平原、坡地的下坡部位、冬前路溝積滿水的地段翻漿冒泥導(dǎo)致道床下沉，軌道狀態(tài)不良，幾何尺寸變化頻繁，需要不斷進(jìn)行緊急整修。翻漿冒泥引起鋼軌水平差較大，導(dǎo)致鋼筋混凝土軌枕產(chǎn)生縱橫裂紋。

四、季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基凍害的防治措施

1.板式無碴軌道建設(shè)

板式無碴軌道構(gòu)造屬于我國的鐵路工程中的一類先進(jìn)、新型的軌道構(gòu)造。它的優(yōu)勢相當(dāng)明顯，包括了列車在運(yùn)行過程中讓乘客非常舒適滿意、軌道的品質(zhì)很好、放置裝配非常簡單迅速、有很好的抗滑動(dòng)能力、期間的維護(hù)與檢修成本較低等。它是當(dāng)前技術(shù)相當(dāng)熟練同時(shí)使用的很廣泛的一類軌道構(gòu)造。板式無碴軌道構(gòu)造一般包括了60千克/米的鋼軌和WJ-2型扣件、預(yù)定軌道板、乳化瀝青砂漿層、鋼筋混凝土護(hù)墊層等等。無碴軌道必須嚴(yán)格依照國家已頒布實(shí)施的《暫行規(guī)定》相關(guān)要求和經(jīng)過審核通過了的相關(guān)技術(shù)規(guī)范準(zhǔn)則來管控好施工的質(zhì)量，板式無碴軌道的建設(shè)必須密切關(guān)注的方面是鋼筋混凝土胡墊層與凸形擋臺(tái)建造、基準(zhǔn)器的定位、軌道板的預(yù)定、軌道板的調(diào)節(jié)、乳化瀝青砂漿的建筑和長軌鋪置六個(gè)關(guān)鍵的工序。

2.季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基鋪置

設(shè)定一個(gè)規(guī)模合適的鋪架基地當(dāng)成施工建設(shè)的核心，是鐵路鋪軌施工中非常關(guān)鍵一項(xiàng)任務(wù)?；赝ǔ６际前塑壛洗鎯?chǔ)庫、軌排生產(chǎn)庫、軌排存儲(chǔ)庫、長鋼軌焊接和存儲(chǔ)庫、成品梁存儲(chǔ)庫、列車至發(fā)編組線和機(jī)務(wù)整備線等等。因此基地的地方選擇必須依照它所能夠承受的施工領(lǐng)域、鋪架工程量的規(guī)模、給已存在線運(yùn)轉(zhuǎn)的影響、本地的天氣狀況、水文地理?xiàng)l件、工程地質(zhì)面貌、公路和鐵路傳送及建筑原材料、地質(zhì)材料、工業(yè)品市場、基地工程規(guī)模等條件完成協(xié)調(diào)統(tǒng)一分析來最終做出決策的。

3.完成季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基施工中的壓實(shí)任務(wù)

完成季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基施工中的壓實(shí)工作的技術(shù)措施一般包括以下幾個(gè)方面，第一，在開展壓實(shí)工作的時(shí)候要確保攤鋪的速度和壓路機(jī)碾壓段長度之間保持一致，同時(shí)保證兩者基本上穩(wěn)定。如果是在溫度較高的天氣工作，同時(shí)風(fēng)力較小，那么碾壓路段的長度就不要太短。相反如果是在溫度較高，風(fēng)力較大的天氣工作，那么可以適當(dāng)?shù)臏p短碾壓路段長度。第二，在開展壓實(shí)工作的進(jìn)行中，如果壓路機(jī)在碾壓過程發(fā)生了瀝青混合料牿輪的狀況，可以往碾壓輪軸上傾倒一些水。第三，在還沒有冷卻達(dá)到凝固狀態(tài)的時(shí)候，路面的瀝青混合料層面上，不要放置一些重型的機(jī)器設(shè)施或其他重型物品，同時(shí)不要在上面撒落一些礦料或者油料等雜物。第四，在壓路機(jī)沒法進(jìn)行壓實(shí)的公路路基路面段中可以通過使用振動(dòng)夯板來進(jìn)行壓實(shí)工作的順利完成。

4.完成季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基施工后的檢測與評估任務(wù)

一定要增強(qiáng)對季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基在實(shí)施結(jié)束后的質(zhì)量檢測與評估的工作，不能在完成實(shí)施后就簡單了事。檢測的主要技術(shù)方法有兩種，一種是核子密度儀法。這種方法一般用的較多的地方是，一些由瀝青混合材料制成的路基路面的壓實(shí)質(zhì)量評定。這種測量方法對測定層有一點(diǎn)要求，就是必須厚度小于20公分。這類路基路面又分為瀝青表明和土基層兩部分，對于瀝青表面部分的壓實(shí)密度的測定是通過散射方法實(shí)施的，而土基層材料的壓實(shí)質(zhì)量測定是通過直接投射法實(shí)施的。這個(gè)試驗(yàn)方法的實(shí)施流程一般是，首先，正確定位位置與設(shè)備的預(yù)熱準(zhǔn)備。根據(jù)隨機(jī)采樣的方式來定位測試位置，預(yù)熱設(shè)備，把核子儀水平放置到測試位置上，準(zhǔn)備測試。測量完成后讀取有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，關(guān)閉測量工具。最后，測量完成后需要把核子密度儀設(shè)備放回到指定的滿足核輻射安全要求的設(shè)備箱中，保證儀器與施工人員的安全。另一種是灌砂法。灌砂法是路基路面壓實(shí)質(zhì)量檢測的一般方法，然而對于那些擁有填石路堤的路基路面的壓實(shí)質(zhì)量檢測，這種方法并不適合。這個(gè)方法的根本原理是通過選取一定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的均勻砂，讓它們按照一定高度在按照自由落體的方式降落到檢測的洞中，根據(jù)單位重不變的原理和集料的含水值等信息來完成對路基路面壓實(shí)質(zhì)量的檢測任務(wù)。

五、結(jié)束語

綜上所述，加強(qiáng)對季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基凍害及其防治措施的研究，對于其良好整體效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的鐵路路基凍害防治過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與要素的重視，并注重其具體操作策略與方法的可行性。

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