摘要：季节性冻土区路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形，是影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一，解决路基冻胀问题是季节性冻土区路基设计的关键。结合哈局鸡西工务段多年路基冻害整治情况，对季节性冻土区路基冻害整修工作进行了技术总结。
关键词：铁路；路基；防冻；解决
我国东北地区既有铁路冻害比较普遍、严重，路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形，破坏轨道的平顺性，成为影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一，也给铁路养护维修造成很大的困难。普通铁路运行速度和技术标准较低，对路基工程防冻胀措施往往重视不够。为了适应经济快速发展，满足经济日益增长的需要，需要对路基冻害维修积累经验，以恢复路基应有的功能。
1． 研究目的和内容
铁路具有运行速度和技术标准高的特点，对路基平顺性要求大大提高，对路基工程质量和工后沉降变形提出了更高的要求。铁路路基因冻胀引起的危害和整治冻害的难度都很大，必须采取措施防止路基发生冻胀导致路基产生的不均匀变形。结合多年路基冻害整治情况，对季节性冻土地区铁路路基的防冻胀问题进行了研究，通过对路基冻胀主要影响因素的分析，提出了相应的防冻胀处理措施。
2． 路基冻胀的主要影响因素
2.1 填料中细粒含量对冻胀的影响
当土颗粒直径较大时，土颗粒表面能很低，表面吸附作用几乎没有，很难形成毛细结构，冻结时水分迁移很弱，以致不会发生水分迁移，也就不存在聚冰现象，因而冻胀系数很小；随着粉黏粒含量的增加，土颗粒间的毛细作用变得比较强烈，冻结时孔隙毛细水向着冻结锋面迁移、结冰，形成一定厚度的聚冰层，引起冻胀，冻胀系数变大。对于A、B 类填料中细颗粒（颗粒粒径≤0.075 mm）小于15%的卵石、碎石、粗砾、细砾，以及细粒含量小于5%的砾砂、粗砂及中砂，认为这类填料的冻胀性不会受水的影响，为非冻胀填料。
2.2 填料中含水量对冻胀的影响
土中的水分是引起路基冻胀的必要条件，只有当路基土体的含水量大于其起始冻胀含水量时，路基才会发生冻胀。在一定的土质条件下，冻结前土中的水分以及冻结过程中从外界迁移来的水分是土体冻胀性强弱的基本要素之一。路基中水分来源主要有两个方面：地表水和地下水。地表水主要是通过大气降水渗透补充到路基中的水分，地下水是通过土壤的毛细管作用不断补充到土体中的水分。在无外界水源补给的封闭体系中，填料的冻胀系数随含水量的增大而增大，但最终趋于一个稳定数值；在有外界水源补给的开放体系中，在温度梯度作用下，填土中未冻结区的水分（包括弱结合水和自由水）会向冻结区迁移和积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土体随之发生隆起，冻胀系数变大。因此，为了防治路基冻胀，必须采取防止地表水渗流入路基和降低地下水位的措施。
2.3 环境温度对冻胀的影响
温度是影响土冻胀的重要因素之一，温度对路基冻胀的影响主要反映在土体温度的冷却程度和冷却速度。在无外界水源补给的封闭系统中，对于初始含水量较小的土样，随着冷端温度的降低，土样的冻胀系数逐渐增大，而对于初始含水量较大的土样，随着冷端温度的降低，土样的冻胀系数逐渐减小；在有外界水分补给的开放体系条件下，随着冻结速率的减小，土样的冻胀系数逐渐增大，且增大的幅度越来越大。
3． 路基防冻胀主要工程措施研究
对冻胀地区路基的技术措施，必须从路基填料和防排水各环节采取措施，防止路基冻胀破坏作用的产生。3.1 路基基床填料设计轨道对路基工后沉降要求非常严格，因此路基基床防冻胀设计显得尤为重要，而路基基床防冻胀设计的关键，就是非冻胀填料的选择。设计原则：基床表层级配碎石细颗粒（颗粒粒径≤0.075 mm）含量小于5%、压实后小于7%，压实后渗透系数不小于5 ×10 － 5 m/s，位于最大季节冻深范围内基床底层A、B 组填料压实后细颗粒含量不大于15%。
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3.2 地表水的处理
地表水渗入路基，经过冻胀和融沉，引发路基病害，必须采取有效措施避免地表水下渗。
（1）路基面设置防水封闭层
对于沥青混凝土防水层，沥青应尽量选用延度大、稠度低（即低温变形能力大）的材料。混合料中的沥青含量宜偏多一些，矿粉与沥青的含量采取小的比例，沥青混合料宜选择密级配沥青混合料。对于纤维混凝土防水层，必须保证混凝土的抗裂和抗弯强度，通过试验确定水灰比与水泥的用量。纤维混凝土抗裂等级为一级，每立方混凝土中纤维素纤维含量为0.9 kg，加入纤维后不影响混凝土的工作性能。纤维素纤维技术要求：平均长度2.1 mm，标称直径18 μm，抗拉强度750MPa，含水率小于5%。
（2）路堤基床设隔水防渗层
在列车动荷载长期反复作用下，以及受季节性气候温差影响，路基面表层封闭层易开裂引起渗水。为了使少量渗入基床表层的水及时排出，可在基床表层底部铺设一层两布一膜不透水土工布，有效阻隔地表水渗入基床底层。
（3）合理选择路基线间排水方式
路基表面的降水采用混凝土底座设排水孔的的方式排水，以避免通过管道排水引起管道周边路基冻胀问题的产生。
3.3 地下水的处理
路堑通过地下水发育地段，解决地下水对路基的影响是比较突出的问题，主要采取以下设计措施。
（1）设置防渗隔断层
在换填层底部设置复合排水网，起到隔水防渗和迅速排泄的作用，同时阻断地下毛细水的上升，经复合排水网汇集的渗水经两侧渗水盲沟沿纵向排出。
（2）降低地下水
在地下水位较高且路基高度小于最大冻结深度地段，路基两侧设渗水暗沟等降排水设施，使地下水位降至季节冻深以下，切断地下水的补给通道。渗沟出口采用保温出口，保证冬季水流畅通。
（3）加深排水通道
对于低填浅挖地段路基，当地势平坦、地下水埋深较浅时，可考虑采用路堤式路堑形式，路堤高度不小于基床厚度。
3.4 设置护道
路基坡脚设置护道，可以有效防止路基坡脚处积水，防止路基侧向地表水渗入路基基底，并促使路基范围内的降水远离路基本体，减少冻胀融沉，向阳侧路肩及边坡开裂、下滑等路基病害的发生。护道宽度和高度不应小于最大冻结深度。
3.5 涵洞顶部路基防冻胀处理
根据对严寒地区既有线铁路路基冻害的调查，涵洞顶部路基冻害比较突出，因此应加强涵洞顶部的防冻胀处理措施，涵洞顶部冻深范围内填筑非冻胀填料，压实后细颗粒含量不大于15%。
4 结束语
季节性冻土地区铁路路基防冻工作，必须采取有效的防冻胀维修技术措施。必须从路基填料选择和防排水设计入手，结合铁路路基的高标准要求及所处的地理环境和气候条件，研究路基防冻胀技术，采取科学合理的防冻胀技术措施，以确保既有线轨道路基的长期稳定和安全运营。
参考文献：
［1］ TB10621—2009 /J971—2009 高速铁路设计规范（试行）［S］
［2］ TB10035—2006 /J158—2006 铁路特殊路基设计规范［S］
［3］ 铁道部第一勘察设计院． 铁路工程设计技术手册•路基［M］． 北京：中国铁道出版社，1995
论文作者:庚永军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/28
标签：路基论文; 填料论文; 冻害论文; 铁路论文; 地表水论文; 地下水论文; 水分论文; 《基层建设》2017年第28期论文;