路基凍害整治方法研究

白浩斌

中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司

路基凍害整治方法研究

白浩斌

中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司

路基的凍脹和融沉一直是寒冷地區(qū)既有鐵路的一項(xiàng)頑疾，國(guó)內(nèi)外有很多專家學(xué)者也都在整治路基凍害方面做了大量的工作，由于溫度、土、含水情況等的差異，如果不能準(zhǔn)確分析凍脹機(jī)理，而采用單一整治措施，在既有線路基凍害整治方面不一定能起到好的效果，所以對(duì)鐵路路基凍害的機(jī)理進(jìn)行研究，制定有針對(duì)性的路基凍脹整治措施。通過分析各種工程措施所取得的效果，使今后對(duì)季節(jié)性凍土區(qū)鐵路路基凍脹的整治更有針對(duì)性，減小線路凍脹對(duì)行車的影響。

路基；凍害；整治措施

位于寒冷地區(qū)的鐵路，不可避免要面對(duì)路基凍害這一主要問題，凍害對(duì)鐵路線路平順度的影響較大，特別是對(duì)凍害的變化規(guī)律不掌握，短時(shí)期內(nèi)線路不均勻凍脹，引起軌道結(jié)構(gòu)平面高低發(fā)生明顯變化，超過列車安全運(yùn)行的極限技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，造成行車事故，嚴(yán)重干擾鐵路運(yùn)輸持續(xù)。

1 路基凍害現(xiàn)狀

目前，既有線路基凍害整治各項(xiàng)措施中存在的主要問題：一是由于凍害成因較為復(fù)雜，缺乏對(duì)路基凍脹成因的分析。凍害整治措施制定不細(xì)致，病害整治效果不理想。有些地段受路基凍脹受到幾方面因素共同作用，如不能進(jìn)行有效的成因分析，選取適當(dāng)?shù)穆坊鶅龊φ畏椒?，往往容易達(dá)不到理想的整治效果，浪費(fèi)人力物力。二是既有線路基病害對(duì)安全行車影響較大，隨著既有線高速化、重載化的發(fā)展趨勢(shì)，有些工程措施不適宜在既有線開展，有必要加強(qiáng)對(duì)路基狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，分析病害發(fā)展趨勢(shì)，積極預(yù)防。

2 路基凍害成因分析

2.1 道床凍害產(chǎn)生的原因

由于風(fēng)砂的侵入或機(jī)車撤砂、清灰、列車運(yùn)行時(shí)帶起的泥土和散裝煤粉落入道床，或者道碴經(jīng)列車荷載反復(fù)碾壓和維修作業(yè)使道床不潔，板結(jié)成不透水層或弱透水層。在此條件下，若大量雨水侵入道床并滯留，氣溫下降凍結(jié)，即產(chǎn)生道床表面不均勻脹起而形成道床凍害。

2.2 表層病害形成的主要原因

①基床填料土質(zhì)不均，致使基床強(qiáng)度不一，在列車荷載作用下，產(chǎn)生不均勻沉降，引起基床面不平整，造成降水不能及時(shí)排出，水分滲入到基床土體內(nèi)，當(dāng)土層含水量增大且超過了起始凍脹含水量時(shí)，基床土體中的水結(jié)冰，體積膨脹，同時(shí)水分又向冰結(jié)封面補(bǔ)給，水分比凍前增加較大，形成凍害。

②若道床厚度不足，在列車荷載的作用下，造成道碴壓入路基基床面，致使基床面不平整，甚至形成道碴槽或道碴囊。當(dāng)秋季雨量大，水滲入路基基床表面并到達(dá)能引起凍脹含水量時(shí)，基床表層結(jié)冰，體積膨脹，形成凍起。由于路基面坑洼程度不同，道碴槽和道碴囊的深度不同，其凍起的高度不同，形成不均勻凍起，就成為凍害。

3 路基凍害整治措施

3.1 換填基床土

用較純凈的砂礫或中、粗砂換填季節(jié)性凍土，是削減地基土凍害的理想方法之一，在平面和縱斷面受到限制的情況下，如岔區(qū)路基凍害及特大橋、大橋兩端的路基凍害主要采用換填整治的方法。2012年4月份工務(wù)段對(duì)民族站岔區(qū)進(jìn)行了路基換填。民族站東岔區(qū)路基土質(zhì)為砂粘土，土體含水率高，道床板結(jié)，翻漿冒泥嚴(yán)重，冬季產(chǎn)生嚴(yán)重凍害，最大凍起高度達(dá)40mm，嚴(yán)重危及行車安全。在民族站東岔區(qū)成組更換混凝土道岔施工期間，充分利用封鎖施工的方案對(duì)岔區(qū)凍害予以整治，適當(dāng)延長(zhǎng)封鎖時(shí)間，將道床下部分粉土、粉質(zhì)黏土、黏土進(jìn)行換填，換填厚度約80～160cm，以增加道床的整體排水性。換填非凍脹土并進(jìn)行壓實(shí)處理，鋪底碴后，將已組裝好的成組道岔推進(jìn)，整修后開通線路。民族站換填后，經(jīng)過歷年觀測(cè)，凍害已基本消除，缺點(diǎn)是對(duì)運(yùn)輸影響大，工程造價(jià)高，換填的長(zhǎng)度有限，推廣受限。

3.2 保溫措施

其目的是使凍脹性土脫離凍結(jié)層或部分脫離凍結(jié)層，從而消除或減少路基土體的凍脹。在路基表層(頂面及側(cè)溝)設(shè)置保溫隔熱層，使表層下的土層不凍結(jié)或減少凍法深度，推遲土體凍結(jié)，提高土中溫度，減少凍結(jié)深度，其目的是使凍脹性土脫離凍結(jié)層或部分脫離凍結(jié)層，從而消除或減少路基土體的凍脹。隔熱材料可采用草皮、樹皮、爐渣、泡沫混凝土、玻璃纖維以及其他一些合成材料。

3.3 排水及隔水

路基凍害整治的基本思路就是解決水的問題，控制水就是控制土體含水量。①排水。排水是整治路基凍脹的關(guān)鍵措施?，F(xiàn)階段，路基的排水主要：一是地利橋梁或涵洞將地表水排走，保證路基體的排水暢通，做好地表水的防下滲工作；二是基床排水，要利用路基整形、增設(shè)橫向盲溝、挖除道碴囊等措施消除路基基床表層排水不暢問題，嚴(yán)格控制基床表層排水不暢造成的路基凍脹問題。站場(chǎng)排水。站場(chǎng)由于受地形地貌限制經(jīng)常出現(xiàn)排水不暢問題，站場(chǎng)也因此成為路基凍脹的高發(fā)區(qū)，目前站場(chǎng)排水還是依靠既有的溝渠。在多年的工務(wù)養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中，兩線間增設(shè)縱向的盲溝是非常有助于線路排水的，可以減少站場(chǎng)內(nèi)路基凍脹問題的發(fā)生。排除地下水。排除地下水可以有效減少嚴(yán)重路基凍脹問題的發(fā)生，濱綏線根據(jù)地形條件排除地下水的措施主要有：開挖截水明溝、埋設(shè)滲水暗溝等，取得了不錯(cuò)的效果。②隔水。消除或減少路基體凍脹的隔水措施主要是鋪設(shè)EPS和XPS板、鋪設(shè)土工纖維防滲布等，這樣可以阻止水分向上遷移，隔斷毛細(xì)水的補(bǔ)給。

3.4 選擇合適的季節(jié)進(jìn)行施工

由于凍土地區(qū)的路基受溫度、熱量循環(huán)影響大，而這些現(xiàn)象存在明顯的季節(jié)性特點(diǎn)，故在凍土地區(qū)建設(shè)工程選擇合適的施工季節(jié)就顯得較為重要。路基保溫護(hù)道的填筑最好是在2～5月，這時(shí)氣溫較低，進(jìn)行填筑可以存儲(chǔ)較多的冷儲(chǔ)量。滲溝的填筑最好是在每年的6～9月，在這個(gè)季節(jié)的氣溫與水溫一般較高，修建后可以形成較大的融化泉，這樣可以取得較長(zhǎng)時(shí)期的效果。

綜上所述，在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)，公路路基建設(shè)一直受季凍區(qū)凍害的困擾。在凍土這種特殊工程地質(zhì)條件下，由于土中水凍結(jié)成冰和凍土中冰的再變成水而產(chǎn)生路基的凍脹和融沉現(xiàn)象。當(dāng)?shù)缆肥軆雒浕蛉诔疗茐臅r(shí)，道路的正常運(yùn)行就會(huì)有一定的不便甚至安全隱患問題。本文提出了幾種控制措施，希望對(duì)路基凍害的防治能夠起到一定作用。

[1] 陳鳳君，王曉波. 路基病害(凍害)整治方法研究[J]. 黑龍江科技信息，2016，(36)：302.

[2] 鄭小龍. 蘭新鐵路路基凍害特征與整治技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2012.