嚴(yán)寒地區(qū)路基凍脹原因分析及整治

1、嚴(yán)寒地區(qū)路基凍脹原因分析及整治摘要：嚴(yán)寒地區(qū)路基由于地表水下滲以及地下水的毛細(xì)上升、凍結(jié)過程中產(chǎn)生 聚冰效應(yīng)，導(dǎo)致基床水分聚集，致使填料含水率較大，冬季嚴(yán)寒時(shí)路基、尤其是 路塹及低路堤地段出現(xiàn)凍脹從而導(dǎo)致軌道抬升。因此，為了減小路基基床含水率， 采用了疏堵相結(jié)合的處理措施，確保既有設(shè)施的安全。關(guān)鍵詞：嚴(yán)寒地區(qū)；路基凍脹；整治；路基凍害在路堤段數(shù)量最多，過渡段次之，路塹段最少。發(fā)生凍害的地段多 是低矮路堤和零斷面換填路基。凍害區(qū)段地表水、地下水豐富，部分區(qū)段水位較 高，導(dǎo)致路基在冬季負(fù)溫作用下發(fā)生凍脹。一、季節(jié)性凍土區(qū)鐵路路基從整個(gè)東北地區(qū)地形、氣候和地質(zhì)環(huán)境來看，具備了路基凍脹發(fā)生的條件。 而

2、東北地區(qū)也是我國(guó)受凍害影響最嚴(yán)重的地區(qū)，凍害嚴(yán)重影響著鐵路安全運(yùn)營(yíng)， 每年冬季都要花大量人力物力進(jìn)行線路維修，降低了列車運(yùn)營(yíng)效率。二、東北地區(qū)環(huán)境條件對(duì)路基凍害影響東北地區(qū)東西主要為低山丘陵，可形成較厚的風(fēng)化殘積層；而中部為強(qiáng)烈 沉降區(qū)，地勢(shì)低洼，聚集水，使地下水很淺。大部分地區(qū)降雨，從東南向西北，降雨只有西北部降雨局部為200 300mm，從東南向西北減少。降雨主要集中在6、7、8月份，基本可滲透路基。氣候寒冷，路基凍深為80230cm，北部還出現(xiàn)多年凍土。在低山丘陵有風(fēng)化殘積層，由碎石或黏土夾碎石組成，山麓地帶、山間谷 地、盆地松散層堆積相對(duì)較厚，坡洪積類型。巖性為腐殖土、粉土、黏土夾碎石

3、、 礫石。在沉降平原區(qū)，為粉土和黏土。三、根據(jù)凍害調(diào)查資料的分析，總結(jié)引起路基凍害的普遍原因是：路基基床的表面不平整，造成基床表面積水加之道床臟污引起道碴陷槽或 道碴囊等表層凍害。凍害深度和強(qiáng)度隨道碴陷槽或道碴囊的深度不同而不等，最 終造成線路下沉等凍害；路基填筑的土體來源不同，特別是基床部分，大都來自當(dāng)?shù)氐姆圪|(zhì)粘土， 一般含水量較大。由于填筑時(shí)的土層厚度不均及夯實(shí)密度不同，引起土體凍脹量 差異，形成凍害；路基低矮，兩側(cè)多是農(nóng)田、沼澤和濕地，或上游側(cè)地表排水不暢。因而地 下水位較高，浸潤(rùn)路基，使得路基土體的含水量也較大，容易因凍脹不均而形成 凍害；氣溫影響及路基朝向的不同，還有路基縱向結(jié)構(gòu)的不

4、連續(xù)，造成路基土體 在凍結(jié)時(shí)的溫度場(chǎng)不均衡，影響路基土體的凍結(jié)速率和程度，也會(huì)使凍脹量發(fā)生 差異。四、導(dǎo)致路基凍脹的主要影響因素土質(zhì)對(duì)凍脹的影響。形成路基土凍脹的主要因素是土質(zhì)，凍脹破壞程度與 土顆粒的粒徑大小有直接關(guān)系。凍脹現(xiàn)象通常都發(fā)生在粉性土中，這是因?yàn)榉坌?土顆粒的粒徑小，單位體積土顆?？偙砻娣e大，在凍結(jié)過程中粉性土吸水性強(qiáng)， 吸附的水較多，能夠形成通暢的毛細(xì)水補(bǔ)給通道，并且毛細(xì)水上升高度大，上升 速度也快，這些不利因素促使凍脹形成。反之，粒徑0. 25mm的砂性土，在無 粉土、粘土顆粒填充情況下，表面能很低，表面吸附作用幾乎沒有，很難形成薄 膜機(jī)構(gòu)或毛細(xì)機(jī)構(gòu)，凍脹性就很小或不產(chǎn)生凍脹

5、。氣溫對(duì)凍脹的影響。土體溫度變化是產(chǎn)生路基凍脹的主要原因之一。路基 的凍脹過程實(shí)際是氣溫對(duì)土體溫度的影響與變化過程，土體溫度變化使路基內(nèi)不 同深度處出現(xiàn)溫差，在溫差的影響下，土基中的水分以液態(tài)或氣態(tài)由高溫區(qū)向低 溫區(qū)積聚，從而使路基中的濕度分布發(fā)生變化。特別是東北地區(qū)，冬季寒冷，凍深非常大，使水分向土基上層凍結(jié)區(qū)積聚現(xiàn)象就更為明顯，發(fā)生凍脹 的可能性也更大。但是路基能否出現(xiàn)嚴(yán)重凍脹還取決于負(fù)溫度向下滲透的速度， 如果冬季大氣負(fù)溫下降遲緩，凍結(jié)線向下推移速度慢，凍結(jié)區(qū)得到水分補(bǔ)給時(shí)間 長(zhǎng)，形成結(jié)晶冰的量大，出現(xiàn)嚴(yán)重凍脹的可能性就大。反之，在冰凍季節(jié)初期， 氣溫驟降，凍結(jié)線很快下降至距路面較深的部

6、位，毛細(xì)水補(bǔ)給通道短時(shí)間內(nèi)被凍 結(jié)堵塞，路基上層聚冰量少，就不會(huì)產(chǎn)生明顯的凍脹。水對(duì)凍脹的影響。水是路基產(chǎn)生凍脹的直接原因，路基凍脹就是由于路基 土中所含的水分由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)后體積增大產(chǎn)生的。但是路基土產(chǎn)生凍脹，并 不完全是因?yàn)橥馏w初始水分凍結(jié)后體積膨脹的結(jié)果，只有當(dāng)土體在凍結(jié)時(shí)能夠獲 得充足的外來水分補(bǔ)給，且含水量達(dá)到一定界限值之后才會(huì)產(chǎn)生凍脹。水分補(bǔ)給 量決定了路基凍脹的輕重與否，路基在凍結(jié)過程中如果沒有充足的補(bǔ)給水源，路 基中結(jié)晶冰的含量就不足矣形成能夠引起嚴(yán)重凍脹的聚冰層，此時(shí)路基的凍脹就 是輕微的或不發(fā)生凍脹。反之，路基在凍結(jié)過程中如果能夠獲得充足的外來水分 補(bǔ)給，就可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重

7、凍脹。五、路基凍脹病害的整治措施土質(zhì)控制。土質(zhì)結(jié)構(gòu)與路基能否發(fā)生凍脹至關(guān)重要，在制定防治道路凍脹 措施前，首先應(yīng)對(duì)道路用地范圍內(nèi)的土質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查，必要時(shí)可以在凍脹影響 深度范圍內(nèi)，通過鉆探取樣了解各層土的土質(zhì)、粒度組成、密實(shí)度、含水量等內(nèi) 容。對(duì)有些土質(zhì)的凍脹情況難以界定時(shí)，可以通過凍脹實(shí)驗(yàn)進(jìn)行取證。如果土質(zhì) 確實(shí)存凍脹隱患，設(shè)計(jì)單應(yīng)依據(jù)調(diào)查結(jié)果，提出相應(yīng)的防凍脹技術(shù)要求，用非凍 脹性材料，換填部分凍脹敏感性土，彌補(bǔ)土質(zhì)缺陷，限制土基的凍脹量不超過允 許值，達(dá)到消除凍脹的目地。隔溫控制。溫度是產(chǎn)生凍脹的必要條件之一，凍脹現(xiàn)象就是由于溫度變化 形成的。因此熟悉和掌握齊齊哈爾地區(qū)的溫差變化情況及

8、凍深就更顯得尤為重要， 它可為道路防凍脹設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。對(duì)于不能滿足凍脹要求的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整 結(jié)構(gòu)層的厚度或采用隔溫性能好、承載能力高、和耐水性能好的材料，做隔溫處 理，控制凍結(jié)作用向路基深部侵入，滿足防凍脹技術(shù)要求?？刂坡坊?。在各種自然因素中，水對(duì)路基土凍脹的影響最大，凍脹 形成時(shí)一定有充足的外來水分補(bǔ)給，否則，就不會(huì)發(fā)生凍脹。如果在凍結(jié)前能夠 排出路基土中的水分和隔斷其他外來水分，即可達(dá)到防止路基凍脹的目地。因此， 在對(duì)道路凍脹病害進(jìn)行治理時(shí)，認(rèn)真查清引發(fā)路基土凍脹時(shí)補(bǔ)給水的來源，提前 采取措施，對(duì)路面裂縫及時(shí)進(jìn)行灌填修補(bǔ)，防止雨水通過裂縫滲入路基；地面積 水通過疏導(dǎo)排至路邊溝或雨

9、水管線，避免地上水向路基滲透；對(duì)地下高水位進(jìn)行 工程降水或設(shè)置隔離層，阻止毛細(xì)水上升進(jìn)入路基上部，保持路基上部土體處于 干燥狀態(tài)。增設(shè)滲水盲溝。根據(jù)實(shí)際在路塹及低路堤段兩側(cè)或單側(cè)原有水溝下設(shè)置上 覆保溫板的滲水盲溝，滲水盲溝底標(biāo)高低于基床底標(biāo)高，使基床尤其基床底層積 水順縱向滲水盲溝排除，減少基床填料的含水率，同時(shí)有效降低地下水位或截?cái)?側(cè)向水補(bǔ)給；保溫板可減緩滲水盲溝凍結(jié)深度范圍內(nèi)水的凍結(jié)速率，利于嚴(yán)冬初 期基床從上往下凍結(jié)時(shí)受到向下擠壓的未凍結(jié)水的排出。深入了解和掌握路基凍脹形成的規(guī)律，對(duì)導(dǎo)致凍脹的主要影響因素加以控制， 采取科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施，消除凍脹隱患，增強(qiáng)路基的抗凍性能，使路基在不良水溫 作用下仍能保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。只有這樣才能有效