北方严寒地区路基冻害整治

二、路基冻害的整治措施
（一）简要说明路基冻害的整治目标及整治措施
1、道床冻害（25mm以内）：
整治目标：
增加道床渗透能力，疏通排水。
具体措施：
清筛（破底清筛）或更换碎石道床；平整路肩、基床面
2、表层冻害（25mm～50mm）：
整治目标：
防止地表、排水设备积水；消除积水；疏导排水、防止下渗；消除不均匀冻胀减少冻结深度。
第二节路基冻害成因
一、道床冻害
道床冻害冻起高度一般在25mm以内。近年来，由于运量的增加和列车速度的提高，道床污染板结日趋严重，导致了道床冻害的数量逐年增多。
1、产生成因
主要是道床污染引起的排水不良造成冻害。
1.1道碴本身的质量问题引起的道床污染。由于我们管内道碴多以石灰岩为主，含少量的风化石。按照《铁路碎石道碴》要求，石灰岩各项技术指标均达不到Ⅰ级道碴标准。石灰岩属碳酸盐类，抗冲击、抗压碎等性能差，易碎粉尘遇水溶解形成胶汁，影响排水，导致冻害。
若土质均匀，但两侧积水的水位及深度范围不同时，由于其对路基体浸湿的不同，冻结时其冻胀量也将不同，因而形成冻害。
3．3上层潜水和裂隙形成的冻害：
上层潜水和裂隙形成的冻害,常常发生在路堑与路堤相接的地方（即零断面或稍向路堑内部）。上层潜水是指大气降水或地表水下渗，沿山坡隔水层所发生的汇流，经路堑边坡流出，沿侧沟形成径流，其流量随降水的多少面异。雨水多时，可直渗道床，使路基表层土经常处于饱和状态。这种冻害多发生在山区。
1、经常保持道床清洁，防止泥土杂物混入道床，及时清除边坡土垄。
2、保持路肩和边坡平整，无裂纹、无坑洼积水。
3、完善地表排水系统，保持各种地面排水设备状态良好通畅，排除堑顶、堤脚及附近积水。
4、定期检查、疏通各种地下排水设备，做到不积水、不堵塞，降低地下水位。
5、结合线路大中修工程，有计划地进行更换或改良不均匀土质。
1，使地下水不能透过，或隔断毛细水的补给，阻止冻结时的水分迁移作用，以减少或消除冻胀。这些材料有：
粘土、耐寒塑料薄膜、土工纤维防渗布、聚氯乙烯板及氯丁橡胶板等。另外，用改性土如乳化沥青，或灌浆、矽化加固等方法。
2、换土和改土：
其目的是换除路基土体中的不均匀土质，或改良土的性质，以消除和减少路基土体的冻胀。
换土在基床冻害整治的过程中是有条件的，经调查分析认定基床冻害产生冻害的原因为基床土体中土质条件时(是土质不均匀、或是土层厚薄层次不等)，才采取更换土质的措施。如果基床冻害是水的原因，(即地表水或地下水的不均匀渗入或浸湿)，不是土的原因，则应采用排水措施，而不应当采用换土措施。所以，在整治冻害的过程中，首先要“对症下药”必要时应与排水措施相结合，不然这项措施是不能收到预期效果的。因而采取措施之前的调查分析即细致的设计是非常重要的。
深层冻害表现的程度主要与地下水位的高低有关。且危害较大。例如京包线733km冻害均属于这种类型。由于水分供应充足，冬期时水分迁移的聚流量很大。
冻害高度达200mm左右，对行车安全构成了一定的危害，每年都需要投入大量的人力、物力、财力来维持行车。
第一节路基冻害的预防措施
在冻害的防治工作中，我们必须贯彻“预防为主，预防和整治相结合”的原则，认真做好预防工作。经常采取的措施有：
1.4因早期设计标准低及日常维修更换枕木等原因，导致道床厚度不足，在列车荷载的作用下形成道碴囊。
由于以上等原因，从而使道床中形成了不透水层或道碴囊，秋季降雨时，雨水流入道床，并滞留在其中。当气温下降时道床冻结，又因含泥量过多，部分道碴孔隙被填充，为冻结时水分的重分布提供了条件。当路基土体冻结时，在道碴囊中抽吸水分，大量聚水成冰，当超过了道碴孔隙的容量时，就产生道床表面冻胀臌起。又因线路上水沟和水囊等存水量的不同，以及线路朝向的不同，使冰冻速率和深度及吸入的水量也不等，因而引起冻胀高差，最后表现为短距离内的冻胀高度不等而形成冻害。
第二节路基冻害的整治措施
一、整治冻害必须贯彻和遵循二个原则：
1、一是消除不均匀冻胀。主要是指消除路基病害地段与相邻地段的冻胀差值，或使这一差值在规定距离内逐步消失，使线路达到合乎要求的标准。
2、二是强调综合整治的整体效果。各种整治冻害措施的目的、作用和效果不尽相同，各有针对性和适用范围。因此要根据冻害的具体情况分析研究不同措施的互相搭配，注重它们的整体效果，以争取达到根除冻害的目的。
4、气温影响及路基土体导热不均匀形成的冻害
气温随着地形、土质、日照及植被的不同其热交换不同，同时对土中的速率影响也不同。在土冻结时，由于表层土温及冻结速率的不同因而其水分迁移的聚流量和冻胀量便不同，产生冻害。
综上所述，在表层冻害中关键是地表水，再加上寒冷的气温和土的敏感性，即只有当土、水、温等条件本身出现了差异，才能形成冻害。
6、入冬前，做好各项排水设备防寒工作，保持其状态良好，不冻结，无损坏。
在冻害发生后，做好路基冻害调查分析是防治工作的开始，调查工作的好坏直接关系着冻害的防治效果，是整治好冻害的关键。现场调查的内容主要有冻害发生的部位、形状、长度、冻起高度、起落时间及其发展过程；另一方面通过钻探、挖探等方法，观察土层的土质种类、厚度、冻土结构、水文地质等情况。通过这些调查资料分析冻害产生原因和变化规律，来制定科学合理的防治措施，从而达到整治冻害的目的。另外采取防治冻害措施时，必须首先考虑排水、疏干路基，然后考虑其它措施相配合。因为水不仅是产生冻害的原因，并且还会降低路基强度而引起其它路基病害。采取防治措施时，还要做到因地制宜，尽量就地取材。
具体措施：
①清理平整基床面，深挖或扩大侧沟，加强清理侧沟保持排水系统畅通；削减路肩或用渗水土填垫路肩；高抬道；加强基床排水
②换土；排水后用隔水材料封闭基床面；设横盲沟、边坡渗沟或塑料管斜孔排水。
③做好地表及边坡排水，尤其是排水系统；加深侧沟；设砂垫层或隔水层疏导排水、防止下渗
④换土、铲除不均匀土质、砂垫层、矽化加固、炉渣垫层、注盐、隔水层、聚苯乙烯保温板清除不均匀冻胀，减少冻结深度
在更换土质的措施中，有两种情况：
一是更换冻胀土；另一种是更换不冻胀土。这两种情况不仅起作用不同，而且条件要求也是不一样的。
2.1.1换填冻胀土
①、作用
此项措施的应用范围较小。因为只有在冻胀土的长距离地段内由于局部非冻胀土所形成的冻害，而将局部非冻胀土换以同样的冻胀土，以解决病害地段的冻谷。
此外，由于不均匀而造成的冻害中，在凹陷的一侧换以冻胀土，使凹陷处多冻胀一些，这也是防止基床冻害的一种方法。
2.1更换土质
换土是最普遍、采取最多的一种整治冻害的措施。在国外，北美各国和西德都把换土作为主要的整治冻害措施，前苏联和北欧各国、日本也把换土作为重要的措施之一。
通过换土主要达到三个目的：
一是将冻胀土换以部分不冻胀土，以便减少冻胀值；二是将冻胀性较弱的土（或不冻胀土）换以冻胀性较强的土，以便消灭冻谷或单侧冻起等；三是改换土中的冻胀土层，或冻胀土质的不均匀条件，以消除冻害条件。
3、深层冻害（50mm以上）：
整治目标：
加强地表排水拦截排出潜水；拦截、排出地下水降低地下水位；消除不均匀冻胀。
具体措施：
①加强或完善排水沟，侧沟，截水沟等；加深侧沟；设截水沟，排水渗沟。
②设截水渗沟，排水渗沟、必要时设保温层；加深、加宽侧沟；渗水隧洞。
③部分换土、土质改良。
（二）多年实践中对基床冻害经常采取的整治措施
②适用范围
这项措施适用于因土质非均匀而发生的局部冻害（冻谷），或局部土层厚薄不同，或因水的局部不均匀浸湿而发生的冻害。
2.1.2换填不冻胀土
①、作用
由于路堤土质来源不同，且在填筑时，土层厚薄和夯填密实度也不同；路堑土体虽然是自然形成的，但土的覆盖堆积厚度及层次是不完全相同的。在冻期，经水分迁移、聚积时，由于这些土质、结构、层次等条件的不同，其聚流量也不尽相同。产生的冻胀量也不等，从而形成冻害。
3、地表水或地下水对路基土体的不均匀浸湿
3．1路基基床面不平整，积水不等形成的冻害：
二、表层冻害
表层冻害，主要是指产生在路基基床土体的临界冻结深度的上半部分的冻害。是寒冷地区比较常见的冻害形式，冻起高度一般较小，表现为“早起早落”型。
（一）形成原因
1、路基基床面不平整,易积水
1．1路基基床面土的压实不均匀(固结的不均匀);
1. 2路基基床面表层与道碴接触处被浸湿，承载力降低；
1．3路基基床表层，冬季冻结时水分向上迁移，在春季时引起了土结构的变化；
下面将对在实践中经常应用的几种方法进行全面介绍：
1、排水及隔水：
其目的在于排除地表水或降低疏导地下水及隔断下层水以消除或减少路基土体的冻胀。
1.1排水措施
水对土体的浸湿、饱和和冲蚀作用是促使路基病害发生和发展的重要原因之
一。为了保持路基经常处于干燥、坚固和稳定状态，应做好地表和地下排水工作。
并且排水设备应具有抗冻、防冻的能力，不被冻融破坏，能发挥正常排水作用。
裂隙水是沿构造裂隙渗流汇集到岩层破碎带。因此水量比较集中，并夹带着一些碎屑，从路堑边坡溢出，形成不均匀浸湿而产生冻害。
3．4侧沟积水形成的冻害：
在路堑地段因侧沟积水造成的冻害是比较常见的事。由于地表水冲刷边坡，侧沟淤积，积水浸湿了路基基床。尤其是粉质土中的路堑，当侧沟排水不良时，侧沟附近的土会被不均匀浸湿。特别是秋季降雨时节，侧沟附近的粉质土或粉质砂粘土的湿度能达到液限，冬季形成严重的冻害。
1.2列车运输引起的道床污染。一是列车动载频繁冲击振动，使道碴相互磨擦，产生碎石粉末。二是由于列车上的散装货物，如砂子、煤炭等货物散落而污染道床。三是高坡大岭地段较多，列车制动减速，由于机车撒砂和闸瓦粉屑落入道床，加速了道床板结等病害的产生。
1.3路基翻浆冒泥引起的道床污染。翻浆冒泥使道床中石碴粉末增多，路基上的污水与石碴粉末接触化合成一种胶汁，把脏物和石碴粘结在一起，造成排水不良，道床板结。
1．4道床厚度不足；
1．5路基受列车冲击与振动的影响，使得具有适当含水量的粉性土发生触变性的液化；