寒冷地区路基冻害整治
摘要
青藏铁路格尔木至拉萨段，全长1118公里，其中多年冻土区为632公里。青藏铁路的修建关键问题是,冻土和路基冻害。因此解决冻土与路基冻害对寒冷地区铁路的发展有着尤为重要的意义。
首先，我们总体分析了寒冷地区铁路路基冻害的主要分布地区、类型及形成的原因对铁路运营造成的影响。其次介绍了冻土和冻胀是产生冻害的原因以及冻土的类型地温分区、危害。最后提出了整治各种路基冻害的综合措施和新型材料EPS板。
关键词
冻土（frozen soil) 、路基冻害（frost damage)、EPS材料
序言
第一章路基冻害的影响
路基是轨道的基础,它承受着轨道及机车车辆的静荷载和动荷载,并将荷载向地基深处传递扩散。它必须保持稳定、坚固,这样才能确保铁路高速、高密、高载的良好状态,不出现可能危及线路正常运营的形变。
路基冻害是寒冷地区铁路线路上分布很广,影响铁路安全及正常运营的常见病害,它与寒冷的气候有关,冰冻线能达到相当深度,又涉及到土的特性。在我国东北、西北、西南以及刚刚建成通车的青藏铁路线上都存在这路基冻害,路基冻害因其分布广、时间长、工作量大、影响行车非常严重占首位。哈局、沈局、呼局、兰局等管内大部分都铺设在冻土地带上,路基冻害较为严重。重要表现形式为:在冬季路基土体冻结时,除路基纵断面在短距离地段内产生不均匀冻胀或路基发生冻结裂缝外,还存在这冰锥、冻胀丘、路基融沉及路基边坡滑坍等一些独特的表现形式。冻害发生发展时期,一般从每年10月中旬起至次年7月中旬止完全回落完。对铁路线路影响很大。
每年都会投入大量人力物力来处理路基冻害。根据历年调查统计报告,沈局关内有冻害207处多,其中冻害高50mm~300mm的冻害6处、50mm 以下的冻害198处,冰锥3处。冬季线路冻胀凸起冰锥流水成冰,冰水漫及线路影响行车。为了预防冻害事故的发生,在冬季需派人看守观察组织刨冰,每年仅用于刨冰的工数就达5000多工日。夏季路基融沉病害情况严重,在管内就有200多处严重下沉地段。有的地段融沉很快,几天就的抬道一次,全年累计下沉达200mm~300mm,情况严重的,如潮乌线8km ,在1972年曾发生过5小时内,路基连续融沉达1。4m,造成列车颠覆事故。每年用于路基冻害融沉抬道的砂石料数量就达30000多立方米,使用的劳动里有20000多工日。
可见,路基冻害的存在,不仅增加了维修养护劳动里,影响了正常维护,加大了维修养护的成本,而且使的线路质量下降,使用年限大大缩短,因此如何整治寒冷地区路基冻害减少维修养护工作量,确保行车安全一直受到各级
领导的高度重视。经过多年的研究和实践,总结出了一套防治冻害的措施,实验了多种处理病害的新方法,取得了一系列成果,进一步完善了寒冷地区路基冻害的防治技术,对今后的设计和施工具有重要意义。
第二章冻胀的形成原因
路基冻害是一个物理力学过程，土冻结是由于水热动力变化而产生的应力应变状态。凡温度等于或低于摄氏零度且含有冰的土称为冻土（frozen soil)。冻土冻胀时能够引起铁路线路变形而形成冻害。当以冻胀的土融化时由于融土的透水性和压缩性提高而使其承载力显著下降，当水分过饱和时又会产生路基基床翻浆冒泥等。因此对路基冻土的发展变化规律的研究就非常重要。
冻土是一种复杂的天然复合体，土在冻结过程中是有条件的。如果条件全则冻土冻胀量大，反之则其冻胀量小或不冻胀。因此冻土的冻胀必须应当具有土、水、温及力四个条件既：
（一) 土质对冻胀的影响
冻胀的一个重要物理指标是土的分散性，即表示矿物成分形状，粒度成分及结构特性的土的离散性强度。根据土颗粒同水相互作用的主动性，土具有不同的冻结变形能力。通过大量的现场观测得知：一般情况下，颗粒粒径大于0。1mm组成得碎石、砾石、砂类土，无冻胀性或冻胀很小；颗粒粒径小于0。1mm组成得粘性土有较大的冻胀性；特别是粉、粘粒含量大于15%、容重较小的粉质土冻胀性最强烈。
另外土的密实度对冻胀有着一定影响，在同一含水量下，干容重不同，冻胀系数可相差很大。其变化规律，在相同条件下，冻胀系数随含水量的增大而增大。
（二）温度对冻胀的影响
温度是冻胀的四大要素之一,也是唯一的自然因素。温度特征，在土冻胀过程可由温度间隔（梯度）来表示，温度变幅的极端值，即冻胀过程的起始温度及冻胀停止温度。实践证明，这个温度变化幅度相当大，它取决于土的分散性、骨架特性、土的水理和物理化学性质。所谓温度对冻胀的影响，主要是指环境温度对路基土体冻胀的影响作用。其作用有：一是土层内的冷却速度（冻结速率）与冻胀的关系。冻结速率直接影响冻胀率，冻结速率快时冻胀率小，但也不是冻结速率越慢则冻胀量越大。而是对某一种特定条件的土，都有一个最适宜的冻结速率，在这个冻结速率下的冻胀量最大；二是在整个相转换区内各种土温（包括温度梯度）与冻胀的关系。当土层温度处于相转换区，且冻结速率较小时，土中水分迁移的条件最充分，可以形成较大的冻胀。
（三）水分对冻胀的影响
在土冻结过程中，水分这一内在因素是影响冻胀的很主要因素。土中有水分是造成冻胀的必要条件，但含水的土不一定都会有冻胀。只有在土的含水量达到或超过一定的数值后，才发生冻胀，在有地下水补给时，就会发生强烈的冻胀，因此，含水量的变化直接左右着土的冻胀强度。
（四）外部荷载对冻胀的影响
外部荷载对冻胀具有压抑或防止的作用。因为在荷载作用下土被压密，使土的起始温度降低、初始含水量减少，且水分迁移过程也受到抑制。这是强夯法能防止冻害的基本原因。
实践证明：当已冻和未冻水总体的增量超过了该土体原来无孔隙水的空隙体积时，才是冻土冻胀的基本条件。如果无空隙水的空隙体积大于或等于结冰水的增量，使不能产生土的冻胀。
在寒冷地区因大气负温影响会使土中水冻结从而成为冻土。而水又与冻土紧密相关,我们知道土中水分区分为结合水和自由水两大类。结合水根据其所受分子引力的大小分为强结合水和弱结合水,自由水又分为重力水
与毛细水。重力水在0摄氏度时冻结,毛细水因受表面张力的作用其冰点稍低于0摄氏度;结合水的冰点则随着共受到的引力增加而降低,弱结合水的外层在-0。5摄氏度时冻结,越靠近土料表面其冰点越低,弱结合水要在
-20~-30摄氏度时才会全部冻结,而强结合水在-78摄氏度仍不冻结。
当大气温度降至负温时,土层中的温度也随之降低,土体孔隙中的自由水首先在0℃时冻结成冰晶体。随气温的继续下降,偌结合水的外层也开始冻结,使冰晶体逐渐扩大。这样使冰晶体周围土粒的结合水膜件薄,土粒就产生剩余的分子引力,另外由于结合水膜的减薄,使得水膜中的离子浓度增加(因为结合水中的水分子结合成冰晶体,使离子浓度相应增加)这样就产生渗透压力(当两中水溶液的浓度不同时,会在他们之间产生一种压力差,使浓度
较小的溶液中的水向浓度较大的溶液渗流)。在这两种引力作用下,附近未冻结的区域水膜较厚处的结合水,被吸引到冻结区的水膜较薄处。一旦水分被吸引到冻结区后,因为负温作用,水既冻结,使水晶体增大,而不平衡引力继续存在。若未冻结的区域存在水资源(如地下水距离冻结区很近)及适当的水源补给通道,就能够源源不断地补充被吸收的结合水则未冻结的水分就会不断地向冻结区迁移积聚,使冰晶体扩大,在土增中形成冰夹层,土体积发生隆胀想现象。这冰晶体的不断增大一直要到水源的补给断绝后才停止。
如上所述,正是由于水的补给,冻结的深度,范围不断增大,才会引起各种问题,冻结时的情况,在土中形成了冰的透镜体。冻胀现象是由冻结时,往往回发生土体膨胀,使地面隆起形成丘,即所谓的冻胀现象。
①土的毛细作用显著,并且透水性很强。
②可供毛细管作用的下层水源充分。
③0℃以下温度持续时间长。
第三章冻结深度的调查及计算方法
（一）冻结深度的调查
可靠的方法是实地勘测，观测的仪器有冻土仪、地温仪及直接挖验观测，由于受气温变化的影响及存在的滞后现象，冻结深度是一个变化值。测试及挖验一定要注明时间，表示当时的冻结深度值。最大冻结深度出现在最低月平均气温之后，并随冻结深度每增加1m，滞后近一个月，一般在三、四月份。
（二）冻结深度的计算
《工业与民用建筑地基基础设计规范》（TJ7-74）中的冻结深度计算公式是：
Z=0.28√∑Tm+7-0.5（m）
式中Z—冻结深度（m）
∑Tm—低于0℃的月平均气温的累计值（取多年平均值），以正号代入。(见下表)
多年冻土地区地温分区表:
这是斯蒂芬公式的简化形式，使用时根据地区土质的类型，对式中的三个常数进行修正，以获得更好的精度。
第四章路基冻土的分类及危害
冻土的冻胀会使路基隆起,使柔性路面鼓包、开裂;使刚性路面错缝或折断;冻胀还使轨道变形,扭曲引起事故。路基冻害基本都是由冻土的冻胀造成的。
冻土是一种复杂的土颗粒、水、冰组成的天然复合体是一种非均质,各向异性的介质。它对冻土地区的路基稳定性有着极大的影响。根据冻土存在的时间纬度海拔高度,可分为:
①持续三年以上的多年冻土;
②冬季冻结夏季全部融化的季节性冻土;
③若冬节冻结,一二年不化的土层称为隔年冻土。
其中多年冻土和季节性冻土占路基冻害的主导地位。
（一）多年冻土
我国多年冻土主要分布于东北大小兴安岭、青藏高原以及西部高山区-天山、阿尔泰山及祁连山等地区,占全国领土面积的22。3%。东北地区的多年冻土属于高纬度地区多年冻土,基分布和冻土厚度受纬度地带性控制,自西北向东南,由大片连续分布变为岛状分布。西部高山地区,具有明显的垂直分带特点,同时也具有水平分布的不完整性和径向差异性。青藏高原是我国面积最大的多年冻土地区又称高原冻土。世界海拔最高的铁路,被人们称为"天路"的青藏铁路经过多年的研究实践,运用片石路基、以桥代路等多种先进技术手段于2006年7月1日竣工通车,是我们铁路人永远的骄傲。
多年冻土按其含水量的不同可以分为:少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土和寒土冰层。各种冻土地区的总含水量、融化后的潮湿程度及融沉分级如下表:
注：1。ωp---塑限。
2。黏性土总含水量界限中的+7、+15、+35为不同类别黏性土的中间值，黏沙土比该值小，黏土比该值大。
3．黏粒土为含碎石类土、砾沙、粗沙、中沙的土。
寒冷地区路基冻害整治 摘要 青藏铁路格尔木至拉萨段，全长1118公里，其中多年冻土区为632公里。青藏铁路的修建关键问题是,冻土和路基冻害。因此解决冻土与路基冻害对寒冷地区铁路的发展有着尤为重要的意义。 首先，我们总体分析了寒冷地区铁路路基冻害的主要分布地区、类型及形成的原因对铁路运营造成的影响。其次介绍了冻土和冻胀是产生冻害的原因以及冻土的类型地温分区、危害。最后提出了整治各种路基冻害的综合措施和新型材料EPS板。 关键词 冻土（frozen soil) 、路基冻害（frost damage)、EPS材料 序言 第一章路基冻害的影响 路基是轨道的基础,它承受着轨道及机车车辆的静荷载和动荷载,并将荷载向地基深处传递扩散。它必须保持稳定、坚固,这样才能确保铁路高速、高密、高载的良好状态,不出现可能危及线路正常运营的形变。 路基冻害是寒冷地区铁路线路上分布很广,影响铁路安全及正常运营的常见病害,它与寒冷的气候有关,冰冻线能达到相当深度,又涉及到土的特性。在我国东北、西北、西南以及刚刚建成通车的青藏铁路线上都存在这路基冻害,路基冻害因其分布广、时间长、工作量大、影响行车非常严重占首位。哈局、沈局、呼局、兰局等管内大部分都铺设在冻土地带上,路基冻害较为严重。重要表现形式为:在冬季路基土体冻结时,除路基纵断面在短距离地段内产生不均匀冻胀或路基发生冻结裂缝外,还存在这冰锥、冻胀丘、路基融沉及路基边坡滑坍等一些独特的表现形式。冻害发生发展时期,一般从每年10月中旬起至次年7月中旬止完全回落完。对铁路线路影响很大。
每年都会投入大量人力物力来处理路基冻害。根据历年调查统计报告,沈局关内有冻害207处多,其中冻害高50mm~300mm的冻害6处、50mm 以下的冻害198处,冰锥3处。冬季线路冻胀凸起冰锥流水成冰,冰水漫及线路影响行车。为了预防冻害事故的发生,在冬季需派人看守观察组织刨冰,每年仅用于刨冰的工数就达5000多工日。夏季路基融沉病害情况严重,在管内就有200多处严重下沉地段。有的地段融沉很快,几天就的抬道一次,全年累计下沉达200mm~300mm,情况严重的,如潮乌线8km ,在1972年曾发生过5小时内,路基连续融沉达1。4m,造成列车颠覆事故。每年用于路基冻害融沉抬道的砂石料数量就达30000多立方米,使用的劳动里有20000多工日。 可见,路基冻害的存在,不仅增加了维修养护劳动里,影响了正常维护,加大了维修养护的成本,而且使的线路质量下降,使用年限大大缩短,因此如何整治寒冷地区路基冻害减少维修养护工作量,确保行车安全一直受到各级 领导的高度重视。经过多年的研究和实践,总结出了一套防治冻害的措施,实验了多种处理病害的新方法,取得了一系列成果,进一步完善了寒冷地区路基冻害的防治技术,对今后的设计和施工具有重要意义。 第二章冻胀的形成原因 路基冻害是一个物理力学过程，土冻结是由于水热动力变化而产生的应力应变状态。凡温度等于或低于摄氏零度且含有冰的土称为冻土（frozen soil)。冻土冻胀时能够引起铁路线路变形而形成冻害。当以冻胀的土融化时由于融土的透水性和压缩性提高而使其承载力显著下降，当水分过饱和时又会产生路基基床翻浆冒泥等。因此对路基冻土的发展变化规律的研究就非常重要。
寒冷地区路基冻害整治（2006-3） 铁建齐齐哈尔勘测设计院蔡松昆路基冻害是严寒地区影响铁路安全及正常运营的常见病害，它与寒冷的气候有关，冰冻线能达到相当深度，又涉及到土的特性。在哈局管内的各种路基病害中，路基冻害因其分布广、时间长、工作量大、影响行车非常严重而占首位。如何整治路基冻害，减少维修养护工作量，确保行车安全受到各级领导高度重视。 路基表层冻害的防治 一是排水及隔水。其目的在于排除地表水或降低疏导地下水，以及隔断下层水，以消除或减少路基土体的冻胀。具体措施包括：地表排水——通过修建侧沟、天沟、排水沟、排水槽、截水沟等，尽一切可能使地表排水畅通，并将大量地表水由桥梁及涵洞排走；基床排水——通过基床整形（平整基床及路肩）、挖除道碴陷槽、路肩换渗水性土壤、加设横向盲沟、纵向盲沟、横向排水管等排水；排除地下水——通过截水明沟、渗水暗沟（截水渗沟、边坡渗沟、支撑渗沟）、渗水隧洞等排水；隔水——利用塑料薄膜、聚苯乙烯薄板、聚氯乙烯软板材料制成的隔水层或树脂类注入等方式，隔断毛细水的上升及隔断冬季土冻结时所产生的水分向上迁移。 二是改土。其目的是换除路基土体中的不均匀土质或改良土的性质，以消除或减少路基土体的冻胀。 三是隔温。其目的是使冻胀性土脱离冻结层或部分脱离冻结层，从而消除或减少路基土体的冻胀。 路基深层冻害的防治 路基深层冻害产生在路基基床土体的下部。根据均质土体的冻胀情况来看，冻胀强度最大的部位均发生在路基表层，只有当地下水位较接近最大冻结
深度时或在最大冻结深度内时，则最大的冻胀才发生在下部。只有当开式析冰系统时，其下部的冻胀土才产生一定的冻胀，而且冻胀发生在冻结期的后期（约2～3月份）。所以防治深层冻害主要是整治地下水。 多年冻土地区路基的构成，其上部为季节融化层，下部为多年冻土层。所以它除了上部的季节融化层具有季节冻土地区路基冻害的特点外，下部则有多年冻土路基的特殊病害——路基热融沉陷、路基冻融坍塌、路堑边坡热融滑坍及路堤边坡表层滑坍。多年冻土地区路基特殊病害的防治总的概括为两大类：一是在使用中保持土冻结状态的原则（即采用保温措施等），这种原则适用于含冰丰富的冻土或厚层地下冰地带；二是在使用中冻土可以融化或局部融化，或控制融化速度，这一原则一般使用于厚度较薄的冻土层或含冰量局部较大的岛壮冻土地带。 路基冻害成因 牙林线k92+00～k92+845位于岩山—育林区间，为连续并垂直衔接的多年冻土地带，年平均气温-2℃，多年冻土上限为0.9m，线路位于阳坡沟谷地段，地势较平坦，路堤高1.5m，路堑高1.3m，路堤填料为砂粘土。线路右侧有两处积水坑，形成潜流及渗透作用。地表塔头草及灌木丛生，泥炭层厚0.4m，基底冻结上限下降大于1.50m，上限以下为冰土互层（含冰40%）,冬季形成冻害，最大冻高150mm，夏季融后流动路基下沉累计达900mm。下沉时间为7～9月，尤以雨后为大。 地温动态：基底地温明显升高，在路基面以下5m深度范围内，一般较自然地温高2～5℃，多年冻土上限比正常的0.9m下降1.5m，剖面成U型槽，且偏于路基中心的右侧。在基底下地温最低时仍有0～0.3℃的正常温存在。 水温水位动态：凡路基冻害较大及路基严重下沉地段的基底融化槽内均存在自由水，它们由线路右侧的积水坑补给，透过基底，并在基底进行热交换。 上述地质地貌和病害特点可知，基底富冰冻土是路基下沉的内部原因，积水坑水的渗入及积存所引起的热交换作用则是其外部原因。 每年10月份进入冻结阶段，气温逐渐下降到0℃以下，路基土层中的水
铁路路基冻害原因及整治技术探究 摘要: 在高寒地区的铁路路基往往会发生冻害，影响铁路的正常运行。本文就以同煤集团青磁窑铁路专用线路基冻害影响及其整治技术进行一下讲解，分析一下路基冻害形成的原因，针对不同因素造成的冻害，采用的不同的治理措施，希望对今后相关内容的讨论提供一定的参考。 关键词: 路基；冻害；原因分析；防治措施 前言 青磁窑铁路全长9.79km，冻害主要集中在青磁窑专用线2.9km处，该地区干旱少雨，温差较大，最低气温－33.3℃；年平均降雨量为114 ～195 mm，东多西少，大部分集中在7 ～9 月。该铁路的钢轨轨面的最大冻结高度达35 mm，主要是发生在严寒地区的线路段，由于冬季长，这一路段多为冻胀敏感性土；路堤内含水率一般为18 % ～25 %。青磁窑专用线在每年发生线路冻害严重的时间主要集中在12月至次年的2月，严重影响行车安全。因此，应根据不同地段的情况，提出不同的治理措施，消除冻害，确保安全运营。 1 青磁窑线冻害特点调查分析 通过我公司管辖范围内冻害地段的调查可以得出: (1) 经调查，在发生冻害线路段处，排水不良、排水设施损坏、维修养护不及时等问题尤为突出。 (2) 发生冻害地段以粉质粘土和砂粘土为主。 (3) 冻害主要发生在小路堑、低矮路堤、涵洞和路桥过渡地段。 (4) 发生冻害路段的含水率，一般都大于20 %;地下水埋藏较深路段，几乎对冻害无影响；两侧的灌溉农田对冻害影响较大。 (5) 部分涵洞地段由于设计的过水能力不足，导致涵顶有冻害产生。 (6) 部分路段路基下沉，在列车荷载作用下，道碴两侧土垄较高产生冻害。 (7) 冻胀从每年12月底开始，最大冻胀量出现在次年1 月底，2 月为稳定期，3 ～ 4 月开始消融并伴随翻浆冒泥、路基下沉。 2 青磁窑铁路冻害原因分析 形成冻害的因素有: 温度、水分、土质等。线路填料质量较差。由于降水及
新藏公路冻土路基的病害分析与防治 摘要：在多年冻土地区，路基经常发生翻浆、冒泥、沉陷等现象，对公路造成很大的破坏。本文结合新藏公路既有路基病害情况，论述了多年冻土区公路常见病害的产生原因，分析了影响路基冻害的特点及危害，提出了多年冻土地区路基冻害防治措施。 关键词：新藏公路；多年冻土；路基病害；治理 1.引言 国道219线新藏公路k540+000—k651+000沿线分布有连续片状多年冻土，该冻土层构成了区域性较稳定的隔水层，从而使其上部季节性融化层中赋存有冻结层上水（液态），其下的含水层中赋存了冻结层水（固态）。该区域地下水总体可分成冻结层上水和冻结层水，水文地质条件较复杂。由固态地下水构成的冻结层，起着隔水层的作用，随季节、温度等因素的变化，其上部随时还可以转化成液态水的含水层。由于水在固液相转化过程中体积收缩与膨胀差近10%。因此，冻结时体积增大，产生附加压力，引起冻胀；融化时体积收缩引起融陷，会直接破坏路基的稳定性。该段主要是冬季冻胀和春季融沉，冬季路基开始冻结，在负温区内土中的毛细水、自由水先结冻，然后出现水分迁移现象，使土基中水分再冻结发生体积膨胀，出现冻裂或冻胀隆起病害；春季气温回升，土基开始解冻，但由于水分不易向下及两侧排除，使土基过湿，出现凹陷或翻浆病害，并进一步导致路基变形和路基稳定性变化。多年冻土地区的公路路基容易产生冻胀和融沉，严重影响行车条件。因此，对其进行深入研究是非常必要的。 2.多年冻土公路病害影响因素 2.1水文地质条件 2.1.1冻结层上水 路段所在区域的冻结层上水依据含水介质的不同，可分为松散岩类冻结层上水和基岩类冻结层上水两类，与公路工程关系密切的是松散岩类冻结层上水。因多年冻土上限埋藏较浅，冻结层上水发育，寒冬季节该层地下水又全部转变为冻结层下水。冻结层上水包括：(1)基岩类冻结层上水，包括构造裂隙水和风化裂隙水，公路沿线基岩出露段的季节融化层中均有分布。(2)松散岩类冻结层上水，该类地下水接受湖盆周边山岭区大量冰雪融水和少量大气降水补给，赋存于近湖岸基岩层上的坡残积、冲洪积层和湖相沉积层中，由盆地四周向湖心低洼处汇集。公路路基长期处于毛细水上升带或地下水浸泡之下，冬季产生路基冻胀，破坏桥涵基础；夏季冻土融化，引起路基冻融沉陷和翻浆。 2.2.2冻结层孔隙水 在钻探深度范围内，多年冻土上限以下的孔隙水以固态冰存在，地下水冻结成冰加大了岩土体的强度，在保持冻结条件下岩土体物理学性质较好。据采取的 -Na 冰水样进行简分析：其总含盐量为4957.00mg/L，地下水水化学类型为Cl-SO 4型。 2.2气候条件
寒冷地区路基冻害原因分析和整治方法 福前线位于三江平原腹地，西起福利屯站，东至前进镇站，全长226.3KM。路基土质不良，大部分为砂粘土、膨胀土、质泥土，渗透土差，地下水丰富，加之全年平均气温在零下3℃，属寒冷地区。路基土质为冬季冻结、春季开始融化、夏季全部融化的季节性冻土，每年冬季冻害发生频繁。所谓冻害，为土体在冻结过程中因冻胀所引起的病害。由于土中的水在冻结过程中能向冷冻锋锋面迁移，并不断冻结排出冰层，且体积增大9%，即造成土体的冻胀，在融化时又会造成土体的沉陷，由于路基土体在融化过程中存在下卧隔水层还会产生翻浆冒泥等病害。因此，路基冻害是严寒地区分布很广的线路病害之一，路基冻害的存在，不仅给线路养护工作带来一定的难度，而且制约了列车安全、提速、重载目标的实现，抑制了铁路跨越式发展战略的实施。 １前言 冻害是我段以及哈尔滨铁路局管内分布很广，表现非常明显的季节性病害。就我公司气候特点，冻害期一般为每年的10月份至次年5月份（见图1），从冻害的发展，可以将其分为三个阶段，即发生期（10月15日~12月15日），平稳期（12月30日）。 图1冻害发展变化图 发生期，即冻害产生的阶段，这一阶段冻起高度很大，冻高呈正值快速增长，随着气温的降低冻高速度不断加剧，一般以11月15日~12月15日前后为变化迅速阶段，这一阶段对行车安全构成的威胁较大，但其是一个上涨过程，检查人员容易发现，可以及时进行处理。 平稳期，这一阶段气温相对较为稳定，冻害发展变化缓慢，其冻起高度相对稳定，对行车安全的危害较小，但需经常检查线路，以防天气的突然变化。 回落期，亦称冻融期。这个阶段随着天气的转暖，冻害的变化呈负增长
摘要 我国铁路发展迅速，正在向重载和高速发展，随着列车的提速，越来越多的既有线出现了病害情况，如路基病害。路基的病害有多种，如翻浆冒泥、路基下沉、路基冻害等。 我国国土面积较大，冻土面积也大，在寒区修建的铁路因环境恶劣，出现了许多冻害，路基冻害主要有冻胀（主要为不均匀冻胀）、融沉和冻融翻浆。水、温度、土质是路基产生冻害的三因素，治理路基冻害，可采取隔水、换土和隔温等措施。本文通过阐述路基冻害产生的机理来采取不同的治理措施治理，具体措施有排水设施（如排水沟）、保温隔温设施（保温护道、片石通风路基结构、热棒路基结构）和换土措施，在青藏铁路上就采用了热棒路基。又多年冻土地区不良地质较多，如冰锥、冰丘，可通过冻结沟或积冰坑防止冻害发生。冻土地区的环境保护也是至关重要的，它能够减少路基冻害的发生和延长路基的使用寿命。 本设计针对冻土区路基病害的提供了一些治理措施，能有效的保证路基的稳定，不受破坏，可供同类工程借鉴。 关键词:路基冻害冻胀温度治理措施
目录 第1章绪论 (1) 1.1 我国铁路发展现状及存在问题 (1) 1.2 季节性冻土的分布及路基主要冻害 (2) 1.3 国内外研究现状 (3) 1.3.1 国外路基冻害研究现状 (3) 1.3.2 我国路基冻害研究现状 (4) 第2章路基冻害种类 (5) 2.1 按外部表现特征分类 (5) 2.2 按负温总量分类 (5) 2.3 按产生部位分类 (5) 2.3.1 道床冻害形成原因 (6) 2.3.2 表层病害形成的主要原因 (6) 2.3.3 深层冻害的形成 (7) 第3章路基冻害的表现形式及其产生机理 (8) 3.1 融沉病害 (8) 3.2 冻胀病害 (8) 3.3 冰害 (10) 3.4 冻融翻浆 (10) 3.5 铁路路基次生灾害 (11) 第4章路基冻害防治措施 (13) 4.1 水作用的机理及治理原则 (13) 4.1.1 水作用机理 (13) 4.1.2 治理原则 (14) 4.2 排水系统 (14) 4.2.1地表排水系统 (14) 4.2.2 地下排水系统 (18) 4.2.3 其它排水系统及方法 (22) 4.3 温度对路基冻害的影响及治理措施 (26) 4.3.1 温度与路基冻害的关系 (26) 4.3.2 温度在路基中的传播方式及治理路径 (27) 4.3.3 温度治理措施 (27) 4.4 其他路基病害及治理措施 (34) 4.4.1 冰锥、冰丘地段的路基整治 (34) 4.4.2 路堑边坡失稳及治理 (36) 第5章多年冻土地区的环境保护 (37) 5.1 既有线运营中的环境保护 (37) 5.2 多年冻土区环境监测和管理 (37)
铁路路基冻害防治之我见 青藏铁路，是实施西部大开发战略的标志性工程，是中国新世纪四大工程之一。青藏铁路是世界海拔最高、线路最长的高原铁路，东起青海西宁，西至拉萨，全长1956公里。其中，西宁至格尔木段814公里已于1979年铺通，1984年投入运营。由于地势高，大部分地区热量不足，高于4，500米的青藏高原最热月平均温度不足10℃(50)，无绝对无霜期，铁路线路的冻害是分布很广和常见的病害。 摘要：铁路处在大自然中，气候、季节、地理、环境等条件的变化，都有可能使铁路设备受到影响或侵蚀，甚至破坏而酿成事故。青藏铁路处在青藏高原，青藏高原海拔平均高度在4000 m以上，而海拔每增高一千米，气温就下降6摄氏度，所以冻害一直是线路的一大危害，冻害防治工作是工务工作的一个重要方面。 关键词：水利论文期刊,铁路,路基,冻害,防治 青藏高原自然条件十分艰苦，突发性自然灾害时有发生。大自然的变化虽然不以人们的意志为转移，但是，它的变化还是有规律可循的，问题的关键是发现它、掌握它。因此，充分掌握所在地区大自然的变化规律，从预防入手，及时采取有效的对策措施，就能防患于未然，避免或减少自然灾害可能造成的危害。 一、冻害成因 青藏铁路是世界海拔最高、线路最长的高原铁路。青藏铁路沿线地区，几乎全部是在条件非常恶劣的高原缺氧、人迹稀少的高寒地区，平均海拔在4000米以上，年平均气温在-5.6℃―8.6℃。
在严寒地区，路基的冻结膨胀是一种不可避免的自然现象。造成冻害的主要因素是路基基床中水分迁移量，水分迁移是一种极其复杂的现象。影响水分迁移量的主要因素，通常归纳为土、水、温和力四个方面。即：严寒的气温、有冻胀敏感性的土、含有一定量的水和一定的压力，其中水分因素是影响冻胀的主要因素。 二、冻害的分类 在冬季，路基的冰冻，多数是形成较长距离内的均匀冻胀。但在个别地段，则由于局部水文、地质条件的不同，在短距离内产生不均匀的冻胀，这种不均匀的冻胀就会导致线路的不平顺或轨向不良，从而影响设备的使用安全。 不均匀冻胀所形成的局部差异，从线路纵断面上区分，其外部表现形式主要有三种： 1、驼峰状(冻峰)：路基道床在较短距离内的冻胀高度，较大于相邻两地段的均匀冻胀高度，所形成的冻害，其最大凸起量甚至可达300mm。 2、凹谷状(冻谷)：路基道床在较短距离内的冻胀高度，较小于相邻两地段的均匀冻胀高度，所形成的冻害，其最大凹陷量甚至可达160mm。 3、阶梯状(冻阶)：路基道床的两相邻地段，其均匀冻胀高度不同，在两不同冻胀高度的交换点处所形成的冻害，其最大冻胀高度差甚至可达80mm。 三、冻害的防治 1、调查建档 冻害调查是防治工作的开始，调查工作的好坏，关系着冻害的防治
季节性冻土地区铁路路基冻害分类及综合整治 【摘要】季节性冻土地区铁路路基冻害对铁路安全行车威胁很大。本文主要介绍季节性冻土地区铁路路基冻害部位分类，不同冻害采用整治方法及达到的效果。 【关键词】路基冻害；冻害分类；冻害整治；整治效果 呼和浩特铁路局管内线路所处地区均属于季节性冻土地区，冻结最大深度为1.4～2m，铁路路基冻害对铁路安全行车威胁很大，这里主要介绍路基冻害部位分类，不同冻害采用整治方法及达到的效果。 1 季节性冻土地区铁路路基冻害部位分类 1.1 表层冻害 表层冻害特点是：一般隆起高度为10mm～40mm；在呼和浩特铁路局管内地区一般从11月上旬开始，最晚到12月中旬停止发展，来年4月中旬～5月上旬回落完。表层冻害危害主要表现在：可引起路肩纵向高低变形、开裂，造成基床表层土体强度降低，从而引起道碴沉陷，导致轨道纵向高低变形；引起坡面隆起变形、开裂，导致土体强度降低。 表层病害形成的主要原因： （1）基床填料土质不均，致使基床强度不一，在列车荷载作用下，产生不均匀沉降，引起基床面不平整，造成降水不能及时排出，水分渗入到基床土体内，当土层含水量增大且超过了起始冻胀含水量时，基床土体中的水结冰，体积膨胀，同时水分又向冰结封面补给，水分比冻前增加较大，形成冻害。 （2）路基坡面表层为非匀质土。由于路堤填料来源不同，且在填筑时，土层的厚薄和夯填密实度不同，致使填料的结构、层次等条件的不同，在冻期经水分迁移、聚积，其聚流量也不尽相同，产生的冻胀量也不等，从而形成坡面冻害。 （3）气温对土的冻结有一定的影响。受地形、地质、日照及植被覆盖的不同，路堤的不同部位（阴坡、阳坡）其热交换不同，对土中冻结率的影响也不同。在土冻结时，由于表层土温及冻结速率的不同，其水分迁移的聚流量和冻胀量便不相同，产生了冻害。 1.2 深层冻害 路基深层冻害产生的时间较晚，在冻期的后半期产生，呼和浩特铁路局管内地区一般在12月中旬以后，直到冻期末冻害才能停止。深层冻害的产生大多是因地下水的关系，如果没有地下水，即使土质有所差异，下部呈现脱水现象，也
高寒地区的路基冻害处置方法简述 摘要：文章通过对高寒地区地理形成和特点进行分析，并结合的工程实际，针对施工中可能出现的冻胀、翻浆等病害，按照施工规范结合实际情况从施工的角度提出保证路基稳定的简单实际可行的处治方法。 关键词：高寒地区；路基施工；处置方法 1 高寒地带的分布成因及对路桥的危害 1.1 从字面上，结合经纬度理解就不难理解什么是高寒地区。所谓的高寒地区他们有一个共同的特点：海拔、高纬度都较高，而且常年处于低温、冻土常年不化的地区；在我国高纬度的黑龙江、甘肃、内蒙古等省北部地区以及高海拔的青藏高原地区都是我国高寒地区主要分布区。 1.2 在这种地带修筑路桥的危害。在高寒和多年冻土地区，由于季节交替变化使得冻土融冻层的反复冻融，冻土或多年冻土层的消长变化，导致各种不良工程地质现象频繁发生。如果在该地区进行破土开挖施工，就会打破原有地质平衡状态，使得原有土层的天然状态也遭到破坏，尤其是热力学平衡在多年冻土地区带来的影响，这些都会对所修建的建筑物和路基带来潜在威胁和破坏，尤其是在一些高山地区修建路基截断地下含水层，在严寒的气候条件下，地下水边渗
边冻，蔓延到整个道路上，这种现象就是我们常说的涎流冰现象。造成路基的冻胀、翻浆、边坡塌方，如果涎流冰发生在路面上，会使通行车辆翻车，造成车毁人亡和经济损失，而危及行车安全，严重时中断交通。 目前，我国公路建设中在高寒地区所修建的道路路基主的要形式以路堤、路堑和沼泽湿地为主，切且分布不均，范围广，所以如何控制好高寒地区的路基施工质量，直接影响着道路和桥梁的使用寿命，也是保证交通工程质量的关键。 2 高寒地区路基施工处治方法 2.1 冻土区。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质， 在我国冻土分布范围广泛，由于冻土的周期性变化往往会导致道路的沉陷、翻浆、变形、滑坡、破坏等病害。因此在多年冻土地区修建公路、铁路，有一系列的特殊工程地质问题，所以在冻土区筑路必须考虑的工程地质问题，也是当前路基施工的一个热点问题。 2.1.1 保证路基的填筑高度。通过多年在冻土上修筑路 堤工程实践中，通过抬?高路基的填筑厚度是一种经济可行 的措施之一。 只要满足最小高度（采取保护多年冻土原则设计路堤时，能使基底人为上限维持在原天然上限位置的最小高度），就 能减小路面对热量的吸收带来的热量。增大了冻土与周围大气之间的热阻，防止大气热阻力侵入路基内部，从而减少冻
冻土地区路基的主要病害分析与防治措施 兰州交通大学铁道技术学院刘敬旭201120419 摘要:结合青藏铁路的建设,对冻土地区路基的主要病害进行了分析,详细地阐述了冻土地区路基主要病害的防治措主要措施,从而为冻土地区的铁路路基的设计、施工及养护提供帮助。 关键词:冻土,路基,基床,病害 引言： 建设青藏铁路是西部大开发中的重头戏,而冻土( 冻土是指温度在0 ℃以下含有冰晶的土壤和岩石,冻结状态持续三年以上的土层称为多年冻土) 问题是修建青藏铁路最主要的技术难题。青藏铁路全长1 118 km ,海拔4 000 m 以上的地段有960 km ,其中多年冻土地段约600 km ,是全球目前穿越高原、高寒、缺氧及连续性永久冻土地区的最长的铁路,将成为世界上最长的高原冻土铁路。冻土地区路基病害在铁路运营之前很严重,在行车运营后,时隔几年、十几年仍将陆续出现新的冻害,其破坏程度是罕见的,引起路内外工程界人士的关注。 1主要病害分析 1. 1 融沉 融沉是多年冻土地区主要病害之一,一般多发生在含冰量大的粘性土地带,当路基基底的多年冻土上部或路堑边坡上分布有较厚的地下冰且埋藏较浅时,在施工及通车运营过程中各种人为因素的影响下,使多年冻土层局部融化,上覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷,造成路基的严重变形。具体表现为路基下沉,路堤向阳侧路肩及边坡开裂、下滑,路堑边坡滑塌等。融沉的特点有:1) 突然
的大量下沉;2) 周期性的持续下降。 1. 2 冻胀 冻胀是寒区铁路特有的主要病害之一,在季节冻结深度较大的地区及多年冻土地区均有发生,尤以多年冻土地区最为严重。由于地基土及填筑土中的水冻结时体积膨胀产生不均匀的冻胀造成了线路超限。根据铁路部门有关标准,左右两股路轨之间或每股路轨在10 m 以内的变形差不能超过4 mm ,一旦超过这个规定,视为超限,有可能发生火车脱轨、翻车等事故。 路基的冻胀病害是与气温、土质及水源条件密切相关的,主要发生在气候严寒、季节冻结深度较大的地区和多年冻土地区。其土质以细颗粒的粘性土为主,往往富含水分。工程上主要发生在土质的浅路堑和修筑在塔头沼泽积水地段的较低路堤上。分析冻胀产生的原因主要有以下几个方面 （1)路基基床表面不平整,积水冻结膨胀形成冻胀病害。其最大量很少超过50 mm ,一般最多在30 mm～40 mm ,多在25 mm以下。形成时间从10 月中旬,到11 月末便趋于稳定,一般产生在路基基床表面往下30 mm～50 mm 左右。 （2)碎石或混砂道床垫层不洁,污染严重,混入泥土较多,遇积水产生冻胀。当含泥量为20 %～50 %时,冻胀量可达10 mm～20 mm 左右,道床冻胀在时间上从10 月中旬～11 月上旬基本稳定。 （3）地表水或地下水(或浅层水)对路基土的不均匀浸湿。 （4）路堤填土不均匀及路堑基底土质差异,因土的性质及结构不同,从而形成不同的冻胀病害。 （5）路基不同朝向形成的不均匀冻胀,如线路走向为东西向时,
112 YAN JIU JIAN SHE 严寒地区高速铁路路基冻胀整治技术研究 Yan han di qu gao su tie lu lu ji dong zhang zheng zhi ji shu yan jiu 李光辉 我国北方地区的高速铁路，路基会出现不同程度的冻胀情况。本文针对这一问题，展开分析并给予相应的整治方案。 世界各国的高铁路基都不相同，冬天高速铁路路基会发生不同程度的冻胀，会引起路基不均匀变形，这样就会影响高速铁路的运行安全性。本文分析了高速铁路冻害的整治原则，以及整治的方法。 一、路基冻胀问题的成因分析 我国北方地区冬天寒冷、温度极低，会产生高速铁路沿线的冻胀问题。路基冻胀的主要原因是土体中水分凝结在表面，随着冬天温度骤降，土体地表层的温度非常低，而中下层的温度比上层温度高，从而形成土体温度差。土体中水分有三种形态存在，分别是固态、液体、气态。土中水主要是结合水和自由水，在土体温度作用下，土体表面的水分开始结冰，形成聚冰层，使得土体产生了冻胀。冻胀会引起土体体积增加，就是分裂冻胀，如果土体中继续加入水分，那么冻胀程度会加剧。在多样的内力和外力作用下，会使得水分冻胀不断的迁移，引起大面积的冻胀。路基冻胀一般是由土质、水、温度三种情况下共同作用产生的。路基冻害是路基常发性问题，地质条件不好的路段也是冻害的多发地。 二、路基防冻胀措施 通常情况下，具有以下几点防范措施：（1）为路基做好相应的保温工作（2）为路基做好一定的排水工作（3）针对高填方路基应及时进行换填（4）在路基中增加一定量的冻胀垫板（5）在路基中加盐、注盐等相关措施。对于严寒地区的高铁来说，要严格控制轨道的变形问题，因此需要做好路基的冻胀整治工作。针对高铁路基的结构、变形的情况，对变形的原因进行了有效的评价与分析。高铁路基的冻胀变形分为路基的本体和表层冻胀两种情况。对于已经建设完成的严寒地区高铁来说，可以应用“上封下疏、适时监测”的整治策略。具体实施方法为:（1）提高相关监测方法的准确度，对沿线路基存在的冻胀与变形情况进行及时监测，从而及时了解路基实际的冻胀情况， 以路基冻胀整治的现实效果为基础，为线路的正常运营提供一定的指导性帮助；（2）对于重点路基路段的接缝，应使用密封性能较好的材料进行严格封堵；（3）以现场地质实际勘察数据的真实反馈及科学分析为基础，针对在沿线施工过程中存在冻胀问题的路基，需要补充渗水的盲沟，并加强对盲沟地段冬季排水情况的检查，同时要保证其排水的顺畅。 三、路基冻胀整治实施情况 1.高速铁路开通运营前增设渗水盲沟 （1）增设渗水盲沟地段应依据的主要原则如下:①针对路基冻胀比较集中的部分增设渗水盲沟；②针对基床内有积水的路基段落增设渗水盲沟；③应在路桥、路涵的过渡段，或是路堑基床内水纵向流动的部分路基地段增设渗水盲沟；④路堑内，线路纵坡与自然地形的坡度正好相反，容易造成排水障碍的路基地段；⑤地形有利于向路堑积水的路基地段。根据以上原则增设渗水盲沟，按照工程的特点以及路段的特点，加设好渗水盲沟。为了确保高铁线路的正常运行，避免在高铁运行期间出现安全隐患，因此，渗水盲沟的增设施工，需要在高铁运营前做好处理。 （2）据调查，路基工程施工完成后，会影响原始的地形地貌，会改变地表水的流动走向。在勘察中发现，没受到水流影响的地段路基，也产生了不同程度的冻胀。通过分析冻胀的影响因素，得知，在对沿线路基进行补充渗水盲沟后，有效的使水位降低，这样就隔绝了使路基持续冻胀的水源。 （3）增设渗水盲沟的具体实施方法：在原有侧沟的基础上再增加一条盲沟，并将透水的盲管加设在盲沟的底部，并在盲沟内垫上碎石等粗粒石材。增加渗水盲沟可以有效地降低水位，解决地下水上升的情况。但是同时存在的问题是，渗水盲沟的挖掘工作会严重影响路堑边坡的稳固性。最后，使用大型的机械，将线路两侧的原有排水沟进行拆除，对行车会有很大的影响，很难确保运营期间的安全。因此，需要在铁路开通前，完成渗水盲沟的增设工作，避免耽误后期的运营。 2.开通运营后采取封水措施
冻土地区路基的主要病害分析与防治措施 班级：铁道工程技术1101 姓名：刘敬旭 学号：201120419
冻土地区路基的主要病害分析与防治措施 摘要:结合青藏铁路的建设,对冻土地区路基的主要病害进行了分析,详细地阐述了冻土地区路基主要病害的防治措主要措施,从而为冻土地区的铁路路基的设计、施工及养护提供帮助。 关键词:冻土,路基,基床,病害 引言： 建设青藏铁路是西部大开发中的重头戏,而冻土( 冻土是指温度在0 ℃以下含有冰晶的土壤和岩石,冻结状态持续三年以上的土层称为多年冻土) 问题是修建青藏铁路最主要的技术难题。青藏铁路全长1 118 km ,海拔4 000 m 以上的地段有960 km ,其中多年冻土地段约600 km ,是全球目前穿越高原、高寒、缺氧及连续性永久冻土地区的最长的铁路,将成为世界上最长的高原冻土铁路。冻土地区路基病害在铁路运营之前很严重,在行车运营后,时隔几年、十几年仍将陆续出现新的冻害,其破坏程度是罕见的,引起路内外工程界人士的关注。 1主要病害分析 1. 1 融沉 融沉是多年冻土地区主要病害之一,一般多发生在含冰量大的粘性土地带,当路基基底的多年冻土上部或路堑边坡上分布有较厚的地下冰且埋藏较浅时,在施工及通车运营过程中各种人为因素的影响下,使多年冻土层局部融化,上覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷,造成路基的严重变形。具体表现为路基下沉,路堤向阳侧
路肩及边坡开裂、下滑,路堑边坡滑塌等。融沉的特点有:1) 突然的大量下沉;2) 周期性的持续下降。 1. 2 冻胀 冻胀是寒区铁路特有的主要病害之一,在季节冻结深度较大的地区及多年冻土地区均有发生,尤以多年冻土地区最为严重。由于地基土及填筑土中的水冻结时体积膨胀产生不均匀的冻胀造成了线路超限。根据铁路部门有关标准,左右两股路轨之间或每股路轨在10 m 以内的变形差不能超过4 mm ,一旦超过这个规定,视为超限,有可能发生火车脱轨、翻车等事故。 路基的冻胀病害是与气温、土质及水源条件密切相关的,主要发生在气候严寒、季节冻结深度较大的地区和多年冻土地区。其土质以细颗粒的粘性土为主,往往富含水分。工程上主要发生在土质的浅路堑和修筑在塔头沼泽积水地段的较低路堤上。分析冻胀产生的原因主要有以下几个方面 （1)路基基床表面不平整,积水冻结膨胀形成冻胀病害。其最大量很少超过50 mm ,一般最多在30 mm～40 mm ,多在25 mm以下。形成时间从10 月中旬,到11 月末便趋于稳定,一般产生在路基基床表面往下30 mm～50 mm 左右。 （2)碎石或混砂道床垫层不洁,污染严重,混入泥土较多,遇积水产生冻胀。当含泥量为20 %～50 %时,冻胀量可达10 mm～20 mm 左右,道床冻胀在时间上从10 月中旬～11 月上旬基本稳定。 （3）地表水或地下水(或浅层水)对路基土的不均匀浸湿。 （4）路堤填土不均匀及路堑基底土质差异,因土的性质及结构不同,从而形成不同的冻胀病害。