摘要：本文针对滨绥线哈牡段的特殊气候，简要分析了路基冻害产生的原因，并就电动化学法处理路基冻害进行了室内试验研究，对土层采用分层治理的方法，得到一种扰动小、无污染的治理措施。
关键词：路基冻害；冻胀；电化学；隔水
我国东北地区既有铁路路基冻害现象比较普遍[1]，路基的冻胀会使路面鼓包、开裂，使路面错缝或折断，造成道路破损，影响铁路运行速度和使用寿命[2]，因此必须采取应对措施，防止路基发生冻胀产生的不均匀变形。
1 路基冻胀机理
土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。在冰冻季节，因大气负温影响，使土中水分冻结成为冻土。当土层中温度降到负温时，土中的自由水首先在0℃时冻结成冰晶体，随着气温的继续下降，弱结合水的最外层也开始冻结，土粒产生剩余分子引力。结合水膜变薄，使水膜中的离子浓度增加，加强了渗透压。若未冻结区存在水源和水源补给通道，则未冻结区水分会不断向冻结区迁移积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土体发生冻胀。
1.1 土的类别：当土层中碎石等直径较大的颗粒含量高时，不易发生冻胀；以粉黏粒为主的土类，其冻胀性最大。
1.2 温度：负温是产生冻胀的必要条件。温度达到冻胀起始温度时，土体温度向外扩散，当土体中有充足水分来源时，其冻胀量越大。
1.3 水源：路基土体含水量大于起始冻胀含水量时，会发生膨胀，地表水和地下水为土体冻胀水分的主要来源。
2 路基冻胀治理的室内试验
目前，工务部门现场多采用冻害垫板、安装轨道加强设备等措施来整治冻胀问题，但其整治方法范围有限且扰动大，迫切需要扰动小、能够精细控制的工法和工艺。
电动法加固软土地基是将土体通以直流电，在电场作用下使土体发生排水固结，并提高土体强度的一种地基处理方法[3]。电化学注浆法是在电渗的基础上在电极中分别注入一种或两种以上的化学浆液，以达到加速排水和对土壤改性以提高土体强度和耐久性的目的。
为了模拟现场实际的工况，对试验土样进行了分层设计，下层为渣土层，上层为粉质黏土层。首先对下层渣土层采用灌入氯化钙浆液与水玻璃浆液的处理方法，然后对上层粉质黏土进行电化学注浆加固处理。
2.1 试验设计：模型箱的尺寸为30cm×20cm×25cm，首先在试验箱内底部铺设厚度为5cm厚的渣土层，然后注入水，使水面与渣土表面持平，以模拟现场地下水的情况；然后在渣土层上铺设10cm厚的粉质黏土，粉质黏土的含水量为35%，并压实，静置24小时后开始进行试验，试验前用微型触探仪测得粉质黏土的承载力为50kPa。
2.1.1 渣土层的灌浆处理：分别插入A、B两根注浆管，两注浆管间距为10cm，注浆管末端插入到渣土层中1cm，如图1所示。
图1 渣土层的灌浆加固
2.1.2 上层粉质黏土的电化学加固：试验采用三组电极平行布置的形式，阳极、阴极距离为15cm，阳极与阳极之间的距离为10cm，电极入土深度为13cm。电极布置图如图2所示，每相邻两组电极通过导线连接在一起并连接到电源控制系统。
图2 电极布置图
2.2 渣土层的隔水治理：向A、B注浆管中分别灌入波美度为44Be的氯化钙与水玻璃浆液，灌入的量以灌满为止，本次试验，A，B两注浆管各灌入氯化钙与水玻璃浆液100mL。间歇30分钟后，进行上层粉质黏土的电化学加固。
2.3 上层粉质黏土的电化学加固：采用阳极、阴极同时灌浆的方法，分别向阳极灌入氯化钙浆液100mL，向阴极灌入水玻璃浆液100mL。其中，氯化钙浆液和水玻璃浆液的浓度均为44Be（波美度）。通电电压为20V，电流始终维持在0.9A~2.0A之间，通电10小时后结束。
2.4 试验结果分析
2.4.1 上层粉质黏土的加固：为了便于分析，将试验后的土体分为阳极区域、中间区域和阴极区域三个部分，如图3所示，试验后土体加固区域的大小Be约为整个宽度B的
到
之间。
图3 土体加固示意图
试验结束后，对粉质黏土进行了不同龄期的微型触探试验，试验结果见表1所示。图4为各区域承载力随龄期增长值。
表1 电化学注浆加固后不同龄期承载力对比
【注】频数
图4 各区域承载力随龄期增长值
从表1可以看出，加固后不同龄期的承载力平均值均比加固前的承载力有大幅度的提高，同时随着龄期的增长，三个区域的强度值也得到提高，其中阴极区域强度提高较为明显。
试验后龄期为8d时，取出土体，土体的加固效果如图5所示，从图中可以看出，土体的上面和底面加固效果均比较好，土体的上面、底面形成一个完整的加固体。
图5 试验后土体
龄期一个月以后，取出的土样如图6所示，可以看出经过电化学加固后粉质黏土的变化。
图6 电化学加固后土样
2.4.2 下层渣土的隔水处理：下层渣土灌入氯化钙与水玻璃浆液后，形成一层致密的、具有一定强度和厚度的稳定隔水层，可以有效地阻止地下水向上浸透，对消除地下水向上的迁移具有良好的作用。图7为形成的隔水层。
3 结论
（1）通过灌入水玻璃与氯化钙浆液，可以在渣土层中形成稳定的隔水层；
（2）电化学加固可以提高土体强度，减小了土的孔隙并能对土体进行改性。
图7 形成的隔水层
参考文献：
[1]中国铁道科学研究院.寒区铁路路基防冻胀结构及设计参数研究[R].北京：中国铁道科学研究院，2010.
[2]郭锐.季节性冻土区运营线路基冻害防治技术[D].西南交通大学，2012.
[3]李瑛.电渗联合低能强夯在吹填软基处理中的应用[J].地基处理，2011，22（3）：24- 29.
论文作者:王松,王宁伟,王顺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：渣土论文; 浆液论文; 黏土论文; 路基论文; 电化学论文; 冻害论文; 水玻璃论文; 《基层建设》2019年第8期论文;