路基冻害治理

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)第6章结论与展望 (39)6.1 结论 (39)6.2 展望 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录A 外文资料翻译 ....................................................................... 错误！未定义书签。

A.1 英文 ...................................................................................... 错误！未定义书签。

A.2 译文 ...................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章绪论1.1 我国铁路发展现状及存在问题世界铁路已有180多年的历史，1803年英国人特里维西克试制了第一台行驶于轨道上的蒸汽机车，1825年英国在大林顿到斯科托顿之间修建了世界上第一条铁路，长21km。

我国第一条铁路是1865年英国商人社兰德在北京宣武门外修建的窄轨铁路约0.5km试行小火车。

我国铁路建设在新中国成立后有很大的发展。

在路网建设、线路状况、技术装备和运输效率上，都有极大的成就。

在崇山峻岭的西南地区，修建了成渝、宝成、黔桂、川黔、贵昆、湘黔、湘渝、阳安、来睦（来宾-睦南关）、黎湛、内宜、达成、南昆等干线，构成了大西南的铁路网骨架。

在解放前根本没有铁路的西北地区，建成了天兰、兰新、兰青、青藏（西宁—格尔木—拉萨）、南疆、包兰、干武、宝中、北疆等干线。

在华北地区，建成了丰沙、京承、京原、京通、京秦、太焦、邯长、新荷、侯西等干线，以及纵贯南北的京九干线，首都北京已形成九条干线引入的大型枢纽。

在东南沿海，建成了焦枝、枝柳、汉丹、武大、大沙、合九等干线；在东北地区，修建了沟海、通让等联络线、汤林、牙林、长林、嫩林、林碧等林线，以及霍林河、伊敏河等煤矿支线。

截止到2004年底，我国铁路营运里程突破7万余km，居是世界第三；其中复线2.5万多km，复线率约为40%，电气化铁路里程1.8万km，电气化率约30%，内燃化铁路里程4万多km，占营业里程的63.6%[1]。

此外，各省区建成的地方铁路还有6218.4km。

我国《中长期铁路规划网》的发展目标是，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到50%，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。

到2010年，随着我国铁路“十一五”建设计划的即将完成，铁路网营业里程达到8.5万公里左右，其中客运专线5000公里，复线3.5万公里，电气化铁路3.5万公里。

由于我国铁路建设较早，设计时速较低，对铁路的技术要求不高。

在这几万里长的线路上，由于列车荷载的反复作用、自然条件、线路条件等原因，线路上产生了各种各样的病害，这些病害影响了线路的质量状态，甚至危及铁路的行车安全。

既有线常见病害有[2]:钢轨的病害:轨头核伤、钢轨磨耗、轨腰螺栓孔裂纹、钢轨接头伤损等；轨枕病害（轨枕失效）:明显折断、纵向断裂、横裂（或斜裂）接近环状裂纹、挡肩破损、严重掉块、承轨槽压溃、钢筋（或钢丝）外露；道床病害:脏污、折断；路基病害:路基翻浆冒泥、路基下沉（基床下沉、地基下沉、边坡外臌）、基床外挤、路基冻害、边坡溜塌、风化剥削、滑坡、不良地质和水文条件造成的路基破坏。

路基是线路的基础，路基病害严重影响了线路的正常使用。

又我国冻土面积较大，在冻土区修建了许都铁路，随着青藏铁路的建设竣工，冻土区铁路病害更值得我们关注。

既有线路基冻害现状调差[3]:通辽枢纽为既有通辽一霍林河铁路的起点。

既有线以路基为主，路基占线路全长的97%。

沿线为填方，平均高度4m～8m。

既有线路基经过多年运营，大部分路段较为稳定，据沈阳局通辽工务段2006年秋检资料、路基病害资料、2006年～2007年冻害资料，结合调查访问，现状路基病害主要类型有:一般冻害150 m／6处、边坡溜坍5035 m／6处。

引起路基病害的最主要原因为冻胀和融沉问题，经常造成路基边坡开裂、发生溜坍等，直接影响了既有线的正常运营，且每年需花费较大的工程费用进行病害治理。

因此对冻土区既有线铁路路基进行全面考察处理，寻求合理有效的处置措施，以提高铁路的运营能力，就显得尤为重要。

1.2 季节性冻土的分布及路基主要冻害在我国，季节性冻土的分布很广，普遍分布于长江流域以北十余个省市，约513.7万平方公里，占国土面积的55%左右。

其大体分布情况（如图1.1所示）多年冻土区多年冻土占20%季节冻土占55%图1-1 我国各类冻土分布图在冻土地区修建各种工程构筑物，困难重重。

许多公路、铁路、桥涵、房屋、管道、渠道和人工冻结井壁等各类工程建筑物会遭到严重冻胀破坏，且量大面广，有的开裂、有的倾斜、有的甚至倒塌。

铁路路基冻害主要有冻胀（主要为不均匀冻胀）、融沉、冰害、翻浆等。

1.3 国内外研究现状人们很早就认识到路基冻害对道路的破坏作用。

为了减小冰冻破坏，延长道路的使用寿命，改善道路的使用性能，不少道路工作者一直在进行着对冰冻作用的本质研究。

自上世纪开始，人们逐渐对影响路基冰冻破坏作用的因素有了认识。

认为路基冻害是由于在冰冻过程中积累了大量的水分造成的；冰冻过程中水分向冻结区的迁移是在各种梯度作用下完成的。

目前，俄罗斯的西伯利亚、美国的阿拉斯加、中国的大兴安岭和青藏高原等地广泛分布有冻土环境。

各地的冻土本身的性质没什么不同，但由于各地冻土年均气温、地表植被等生物条件的不同，因此，世界各地的冻土研究发展过程是不同的。

冻土问题是目前世界性的难题，世界上几个冻土大国，如俄罗斯、美国、加拿大、中国等都在为解决冻土难题而进行着不懈的努力。

1.3.1 国外路基冻害研究现状1885年俄国工程师斯图金伯格提出了冻土水分迁移假说[4]，将冻胀形成与土的毛细管作用相联系。

根据这个假说，水转变为冰时体积增大，结果在入冻带里形成微裂隙造成入冻土里水分迁移，土中水沿毛细管由下层向上迁移。

他的这种思想在勃格达诺夫著作中得到发展（1912）。

1916-1930年由美国学者泰伯研究出结晶力作用下迁移理论，使水分迁移理论向前跨出了一大步。

他揭示了由于在冰的表面存在着吸附水膜，它具有很大的拉力强度，所以水分向增长起来的冰晶迁移。

泰伯认为，虽然水是沿着毛细管迁移，但它还是在结晶力下移动的。

美国学者贝斯考认识到吸附水在结冰迁移过程中的意义。

通过观察冰的形成得出结论，在自然条件下，土的分散性和毛细管作用具有重大作用。

贝斯考进行了专门的试验，提出了冰析出和冻胀的土颗粒“临界尺寸”概念[4]。

因为在水分迁移过程中土的分散性是通过毛细管作用表现出来。

贝斯考选用毛细管水上升高度作为冻胀性的指标。

将地下水、土颗粒性质、毛细管性质综合起来评价土的冻胀情况。

随着理论研究的深入，人们对土的冻胀机理有了更进一步的认识。

更多的研究者对此进行了研究，提出了众多的水分迁移理论，对未冻土和已冻土中的水分结构和性质有了更清楚的了解和认识。

从而对工程冻害的治理提供了有力的理论依据。

据俄罗斯1994年调查，20世纪70年代建成的第2条西伯利亚铁路，线路病害率达27%。

运营近百年历史的第1条西伯利亚铁路，1996年调查的线路病害率达45%。

截止1978年，加拿大哈尔逊湾铁路800 km中有700余处沉降地段，年沉降量约100～150mm，有38座木制桥出现不同程度的冻拔变形，但应用波纹管圆涵使用良好，这些工程病害主要在不连续多年冻土区。

国外寒区施工中也尝试了各种不同的工程措施，如块石路堤和抛石护坡、通风管、热桩和保温材料等。

1.3.2 我国路基冻害研究现状我国早在20世纪60年代就开始对冻土进行了许多科学、综合性的考察研究。

五十年代初期，道路建筑事业迅速发展，由于技术标准低，没有采用有效的防冻抗冻措施，致使道路的冻胀翻浆破坏大量出现，严重阻碍交通运输事业的发展，这时，人们才注意到研究路基土冰冻性质的重要性。