寒冷地區(qū)路基凍害整治課件

1、寒冷地區(qū)路基凍害整治摘要     青藏鐵路格爾木至拉薩段，全長1118公里，其中多年凍土區(qū)為632公里。青藏鐵路的修建關(guān)鍵問題是,凍土和路基凍害。因此解決凍土與路基凍害對寒冷地區(qū)鐵路的發(fā)展有著尤為重要的意義。     首先，我們總體分析了寒冷地區(qū)鐵路路基凍害的主要分布地區(qū)、類型及形成的原因?qū)﹁F路運營造成的影響。其次介紹了凍土和凍脹是產(chǎn)生凍害的原因以及凍土的類型地溫分區(qū)、危害。最后提出了整治各種路基凍害的綜合措施和新型材料EPS板。關(guān)鍵詞 凍土（frozen soil) 、路基凍害（frost damage)、 EPS材料 序

2、言第一章 路基凍害的影響  路基是軌道的基礎(chǔ),它承受著軌道及機車車輛的靜荷載和動荷載,并將荷載向地基深處傳遞擴散。它必須保持穩(wěn)定、堅固,這樣才能確保鐵路高速、高密、高載的良好狀態(tài),不出現(xiàn)可能危及線路正常運營的形變。      路基凍害是寒冷地區(qū)鐵路線路上分布很廣,影響鐵路安全及正常運營的常見病害,它與寒冷的氣候有關(guān),冰凍線能達(dá)到相當(dāng)深度,又涉及到土的特性。在我國東北、西北、西南以及剛剛建成通車的青藏鐵路線上都存在這路基凍害,路基凍害因其分布廣、時間長、工作量大、影響行車非常嚴(yán)重占首位。哈局、沈局、呼局、蘭局等管內(nèi)大部分都鋪設(shè)在凍土地帶上,路基凍

3、害較為嚴(yán)重。重要表現(xiàn)形式為:在冬季路基土體凍結(jié)時,除路基縱斷面在短距離地段內(nèi)產(chǎn)生不均勻凍脹或路基發(fā)生凍結(jié)裂縫外,還存在這冰錐、凍脹丘、路基融沉及路基邊坡滑坍等一些獨特的表現(xiàn)形式。凍害發(fā)生發(fā)展時期,一般從每年10月中旬起至次年7月中旬止完全回落完。對鐵路線路影響很大。每年都會投入大量人力物力來處理路基凍害。根據(jù)歷年調(diào)查統(tǒng)計報告,沈局關(guān)內(nèi)有凍害207處多,其中凍害高50mm300mm的凍害6處、50mm以下的凍害198處,冰錐3處。冬季線路凍脹凸起冰錐流水成冰,冰水漫及線路影響行車。為了預(yù)防凍害事故的發(fā)生,在冬季需派人看守觀察組織刨冰,每年僅用于刨冰的工數(shù)就達(dá)5000多工日。夏季路基融沉病害情況嚴(yán)

4、重,在管內(nèi)就有200多處嚴(yán)重下沉地段。有的地段融沉很快,幾天就的抬道一次,全年累計下沉達(dá)200mm300mm,情況嚴(yán)重的,如潮烏線8km ,在1972年曾發(fā)生過5小時內(nèi),路基連續(xù)融沉達(dá)1。4m,造成列車顛覆事故。每年用于路基凍害融沉抬道的砂石料數(shù)量就達(dá)30000多立方米,使用的勞動里有20000多工日。     可見,路基凍害的存在,不僅增加了維修養(yǎng)護勞動里,影響了正常維護,加大了維修養(yǎng)護的成本,而且使的線路質(zhì)量下降,使用年限大大縮短,因此如何整治寒冷地區(qū)路基凍害減少維修養(yǎng)護工作量,確保行車安全一直受到各級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。經(jīng)過多年的研究和實踐,總結(jié)出了一

5、套防治凍害的措施,實驗了多種處理病害的新方法,取得了一系列成果,進一步完善了寒冷地區(qū)路基凍害的防治技術(shù),對今后的設(shè)計和施工具有重要意義。第二章 凍脹的形成原因     路基凍害是一個物理力學(xué)過程，土凍結(jié)是由于水熱動力變化而產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。凡溫度等于或低于攝氏零度且含有冰的土稱為凍土（frozen soil)。凍土凍脹時能夠引起鐵路線路變形而形成凍害。當(dāng)以凍脹的土融化時由于融土的透水性和壓縮性提高而使其承載力顯著下降，當(dāng)水分過飽和時又會產(chǎn)生路基基床翻漿冒泥等。因此對路基凍土的發(fā)展變化規(guī)律的研究就非常重要。     凍土是一種復(fù)雜的天

6、然復(fù)合體，土在凍結(jié)過程中是有條件的。如果條件全則凍土凍脹量大，反之則其凍脹量小或不凍脹。因此凍土的凍脹必須應(yīng)當(dāng)具有土、水、溫及力四個條件既：（一)  土質(zhì)對凍脹的影響 凍脹的一個重要物理指標(biāo)是土的分散性，即表示礦物成分形狀，粒度成分 及結(jié)構(gòu)特性的土的離散性強度。根據(jù)土顆粒同水相互作用的主動性，土具有不同的凍結(jié)變形能力。通過大量的現(xiàn)場觀測得知：一般情況下，顆粒粒徑大于0。1mm組成得碎石、礫石、砂類土，無凍脹性或凍脹很?。活w粒粒徑小于0。1mm組成得粘性土有較大的凍脹性；特別是粉、粘粒含量大于15%、容重較小的粉質(zhì)土凍脹性最強烈。 另外土的密實度對凍脹有著一定影響，在同一含水量下，干容

7、重不同，凍脹系數(shù)可相差很大。其變化規(guī)律，在相同條件下，凍脹系數(shù)隨含水量的增大而增大。 （二） 溫度對凍脹的影響 溫度是凍脹的四大要素之一,也是唯一的自然因素。溫度特征，在土凍脹過程可由溫度間隔（梯度）來表示，溫度變幅的極端值，即凍脹過程的起始溫度及凍脹停止溫度。實踐證明，這個溫度變化幅度相當(dāng)大，它取決于土的分散性、骨架特性、土的水理和物理化學(xué)性質(zhì)。所謂溫度對凍脹的影響，主要是指環(huán)境溫度對路基土體凍脹的影響作用。其作用有：一是土層內(nèi)的冷卻速度（凍結(jié)速率）與凍脹的關(guān)系。凍結(jié)速率直接影響凍脹率，凍結(jié)速率快時凍脹率小，但也不是凍結(jié)速率越慢則凍脹量越大。而是對某一種特定條件的土，都有一個最適宜的凍結(jié)速率

8、，在這個凍結(jié)速率下的凍脹量最大；二是在整個相轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)各種土溫（包括溫度梯度）與凍脹的關(guān)系。當(dāng)土層溫度處于相轉(zhuǎn)換區(qū)，且凍結(jié)速率較小時，土中水分遷移的條件最充分，可以形成較大的凍脹。 （三） 水分對凍脹的影響 在土凍結(jié)過程中，水分這一內(nèi)在因素是影響凍脹的很主要因素。土中有水分是造成凍脹的必要條件，但含水的土不一定都會有凍脹。只有在土的含水量達(dá)到或超過一定的數(shù)值后，才發(fā)生凍脹，在有地下水補給時，就會發(fā)生強烈的凍脹，因此，含水量的變化直接左右著土的凍脹強度。  （四） 外部荷載對凍脹的影響 外部荷載對凍脹具有壓抑或防止的作用。因為在荷載作用下土被壓密，使土的起始溫度降低、初始含水量

9、減少，且水分遷移過程也受到抑制。這是強夯法能防止凍害的基本原因。      實踐證明：當(dāng)已凍和未凍水總體的增量超過了該土體原來無孔隙水的空隙體積時，才是凍土凍脹的基本條件。如果無空隙水的空隙體積大于或等于結(jié)冰水的增量，使不能產(chǎn)生土的凍脹。     在寒冷地區(qū)因大氣負(fù)溫影響會使土中水凍結(jié)從而成為凍土。而水又與凍土緊密相關(guān),我們知道土中水分區(qū)分為結(jié)合水和自由水兩大類。結(jié)合水根據(jù)其所受分子引力的大小分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水,自由水又分為重力水與毛細(xì)水。重力水在0攝氏度時凍結(jié),毛細(xì)水因受表面張力的作用其冰點稍低于0攝氏度;結(jié)合水的冰點則隨著共受

10、到的引力增加而降低,弱結(jié)合水的外層在-0。5攝氏度時凍結(jié),越靠近土料表面其冰點越低,弱結(jié)合水要在-20-30攝氏度時才會全部凍結(jié),而強結(jié)合水在-78攝氏度仍不凍結(jié)。     當(dāng)大氣溫度降至負(fù)溫時,土層中的溫度也隨之降低,土體孔隙中的自由水首先在0時凍結(jié)成冰晶體。隨氣溫的繼續(xù)下降,偌結(jié)合水的外層也開始凍結(jié),使冰晶體逐漸擴大。這樣使冰晶體周圍土粒的結(jié)合水膜件薄,土粒就產(chǎn)生剩余的分子引力,另外由于結(jié)合水膜的減薄,使得水膜中的離子濃度增加(因為結(jié)合水中的水分子結(jié)合成冰晶體,使離子濃度相應(yīng)增加)這樣就產(chǎn)生滲透壓力(當(dāng)兩中水溶液的濃度不同時,會在他們之間產(chǎn)生一種壓力差,使?jié)舛?/p>

11、較小的溶液中的水向濃度較大的溶液滲流)。在這兩種引力作用下,附近未凍結(jié)的區(qū)域水膜較厚處的結(jié)合水,被吸引到凍結(jié)區(qū)的水膜較薄處。一旦水分被吸引到凍結(jié)區(qū)后,因為負(fù)溫作用,水既凍結(jié),使水晶體增大,而不平衡引力繼續(xù)存在。若未凍結(jié)的區(qū)域存在水資源(如地下水距離凍結(jié)區(qū)很近)及適當(dāng)?shù)乃囱a給通道,就能夠源源不斷地補充被吸收的結(jié)合水則未凍結(jié)的水分就會不斷地向凍結(jié)區(qū)遷移積聚,使冰晶體擴大,在土增中形成冰夾層,土體積發(fā)生隆脹想現(xiàn)象。這冰晶體的不斷增大一直要到水源的補給斷絕后才停止。     如上所述,正是由于水的補給,凍結(jié)的深度,范圍不斷增大,才會引起各種問題,凍結(jié)時的情況,在土中形成

12、了冰的透鏡體。凍脹現(xiàn)象是由凍結(jié)時,往往回發(fā)生土體膨脹,使地面隆起形成丘,即所謂的凍脹現(xiàn)象。    土的毛細(xì)作用顯著,并且透水性很強。    可供毛細(xì)管作用的下層水源充分。    0以下溫度持續(xù)時間長。      第三章 凍結(jié)深度的調(diào)查及計算方法 （一）凍結(jié)深度的調(diào)查 可靠的方法是實地勘測，觀測的儀器有凍土儀、地溫儀及直接挖驗觀測，由于受氣溫變化的影響及存在的滯后現(xiàn)象，凍結(jié)深度是一個變化值。測試及挖驗一定要注明時間，表示當(dāng)時的凍結(jié)深度值。最大凍結(jié)深度出現(xiàn)在最低月平均氣溫之后，并隨凍結(jié)深度每增加1m

13、，滯后近一個月，一般在三、四月份。 （二）凍結(jié)深度的計算 工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（TJ7-74）中的凍結(jié)深度計算公式是： Z=0.28Tm+7-0.5（m） 式中    Z凍結(jié)深度（m）         Tm低于0的月平均氣溫的累計值（取多年平均值），以正號代入。(見下表)     多年凍土地區(qū)地溫分區(qū)表:區(qū)號地溫區(qū)名稱年平均地溫 高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)-2.0高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)-2.0 -1.0高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)-1.0 -0.5高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)-0.5&#

14、160;這是斯蒂芬公式的簡化形式，使用時根據(jù)地區(qū)土質(zhì)的類型，對式中的三個常數(shù)進行修正，以獲得更好的精度。 第四章 路基凍土的分類及危害凍土的凍脹會使路基隆起,使柔性路面鼓包、開裂;使剛性路面錯縫或折斷;凍脹還使軌道變形,扭曲引起事故。路基凍害基本都是由凍土的凍脹造成的。     凍土是一種復(fù)雜的土顆粒、水、冰組成的天然復(fù)合體是一種非均質(zhì),各向異性的介質(zhì)。它對凍土地區(qū)的路基穩(wěn)定性有著極大的影響。根據(jù)凍土存在的時間緯度海拔高度,可分為:     持續(xù)三年以上的多年凍土;     冬季凍結(jié)夏季全部融化的季節(jié)性凍

15、土;     若冬節(jié)凍結(jié),一二年不化的土層稱為隔年凍土。     其中多年凍土和季節(jié)性凍土占路基凍害的主導(dǎo)地位。    （一） 多年凍土我國多年凍土主要分布于東北大小興安嶺、青藏高原以及西部高山區(qū)-天山、阿爾泰山及祁連山等地區(qū),占全國領(lǐng)土面積的22。3%。東北地區(qū)的多年凍土屬于高緯度地區(qū)多年凍土,基分布和凍土厚度受緯度地帶性控制,自西北向東南,由大片連續(xù)分布變?yōu)閸u狀分布。西部高山地區(qū),具有明顯的垂直分帶特點,同時也具有水平分布的不完整性和徑向差異性。青藏高原是我國面積最大的多年凍土地區(qū)又稱高原凍土。世界海

16、拔最高的鐵路,被人們稱為"天路"的青藏鐵路經(jīng)過多年的研究實踐,運用片石路基、以橋代路等多種先進技術(shù)手段于2006年7月1日竣工通車,是我們鐵路人永遠(yuǎn)的驕傲。     多年凍土按其含水量的不同可以分為:少冰凍土、多冰凍土、富冰凍土和寒土冰層。各種凍土地區(qū)的總含水量、融化后的潮濕程度及融沉分級如下表:  名稱土的類別總含水量(%)融化后的潮濕程度融沉分級少冰凍土粉黏粒含量15%的粗粒土10潮濕不融沉()粉黏粒含量>15%的粗粒土、細(xì)紗、粉沙12稍濕黏性土p半干硬多冰凍土粉黏粒含量15%的粗粒土10<16飽和弱融沉（）

17、粉黏粒含量>15%的粗粒土、細(xì)紗、粉沙12<18潮濕黏性土p<p+7硬塑富冰凍土粉黏粒含量15%的粗粒土16<25飽和出水（出水量<10%）融沉（）粉黏粒含量>15%的粗粒土、細(xì)紗、粉沙18<25飽和黏性土p+7<p+15軟塑飽冰凍土粉黏粒含量15%的粗粒土25<44飽和大量出水（出水量10%20%）強融沉（）粉黏粒含量>15%的粗粒土、細(xì)紗、粉沙飽和出水（出水量小于10%）黏性土p +15<p+35流塑含土冰層碎石類土、砂類土<44飽和大量出水（出水量10%20%）強融沉（）黏性土>p+35流塑注：1。p-塑限。

18、2。黏性土總含水量界限中的+7、+15、+35為不同類別黏性土的中間值，黏沙土比該值小，黏土比該值大。 3黏粒土為含碎石類土、礫沙、粗沙、中沙的土。 4粗粒土及砂類土總含水量界限為該兩類土的中間值，大小與粉、黏粒含量或顆粒大小有關(guān)。 5表中總含水量是指凍土中所有形式的總重量與凍土骨架質(zhì)量之比。  多年凍土地區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象危害如下：    (1) 厚層地下冰     厚度大于0。3m的冰層稱為厚層地下冰。厚層地下冰是由于多年凍土層層上水發(fā)育,季節(jié)融化層多呈飽和狀態(tài),當(dāng)凍結(jié)時,水分向上轉(zhuǎn)移,如果凍土層上限有條件上升則形成厚層地下冰,有時

19、厚度相當(dāng)大。也有的厚層地下冰是埋藏的冰川水。    (2) 寒凍裂縫     寒凍裂縫主要由土體局部不均勻凍脹形成的路基橫向扭曲,或冬季氣溫劇烈變化引起的土體不均勻收縮引起的。一般會在冬季逐步出現(xiàn)而到春季慢慢回落,但反復(fù)凍融會破壞路基穩(wěn)定性在列車振動作用下引起路基邊坡的滑坍。    (3) 熱融滑塌    當(dāng)多年凍土區(qū)斜坡下有厚層地下冰分布時,斜坡如受到自然或人為因素影響,其熱平衡受到破壞,地表層在重力作用下沿融凍界面滑塌,稱為熱融滑塌。熱融滑塌的位移多為牽引式位移。   

20、(4) 冰錐、冰丘    封凍于地表或冰面以下的地下或河水形成的尖丘狀隆起稱為冰錐。由于地下水受地面和下部多年凍土的遏組產(chǎn)生凍結(jié)膨脹,使地表下隆起形成凍脹土丘。若地下水含水氣體,使地表暖季發(fā)生爆炸的丘狀隆起稱為爆炸性冰丘。    (5) 熱融沉陷    多年凍土地區(qū)由于自然和人為因素破壞了多年凍土的熱平衡后,使地表下沉形成的凹地或積水凹地,稱為熱融沉陷。融沉的形式分:急劇沉落型,要發(fā)生在有厚層地下冰地段。緩慢沉落型,主要發(fā)生在富冰或飽冰多年凍土區(qū)。    (6)凍土沼澤    由于積雪

21、和地表水的影響,在平和低洼地帶形成沼澤,使地表長期積水或處于潮濕狀態(tài)。    多年凍土地區(qū)的線路應(yīng)使線路設(shè)于平緩、干燥、向陽的山坡或積雪較薄的一側(cè)山坡。丘陵地區(qū),路基宜高不低;對各種不良地質(zhì)區(qū)均應(yīng)繞避,熱融滑坍及冰錐、冰丘地段宜于下方筑堤通過,應(yīng)力求避免路塹通過,以填為宜。多年凍土地區(qū)路基一般在凍結(jié)季節(jié)施工,由于凍土開挖會促使其融化,應(yīng)進行快速施工。（二）季節(jié)性凍土路基凍害凍土地區(qū)還有很大部分季節(jié)性凍土，也是防治路基凍土凍害的主要方面。我國東北、華北和西北地區(qū)廣泛分布著季節(jié)性凍土。季節(jié)凍土的土層存在著一層冬凍春融的土層。季節(jié)性凍土按土的類別、天然含水量、潮濕程度和凍脹的級別

22、分類有:弱凍脹土、凍脹土、強凍脹土具體表格如下:分類名稱土的類別天然含水量n(%)潮濕程度凍脹分級分級名稱凍脹高（mm）弱凍脹土粉粘粒含量15%（或粒徑小于01。mm的顆粒含量25%）的粗粒土（包括碎石類土、礫沙、粗沙、中沙）n10潮濕微凍脹4n>10飽和弱凍脹524凍脹土粉粘粒含量>15%（或粒徑小于01。mm的顆粒含量>25%）的粗粒土（包括碎石類土、礫沙、粗沙、中沙、細(xì)沙、粉沙）n12稍濕微凍脹412<n18潮濕弱凍脹524n>18飽和凍脹2550強凍脹土粘性土np半干硬微凍脹4p <np+7硬塑弱凍脹524p+7 <np+15軟塑凍脹2550n

23、 >p+15流塑強凍脹>50注:wp-塑限;       碎石類土和砂類土的天然含水量界限為該兩類土的中間值,含粉粘粒少的粗顆粒土比表列數(shù)值小;細(xì)沙、粉沙比表列數(shù)值大;      粘性土天然含水量界限中的+7、+15兩值,為不同類別粘性土的中間值,粘砂土比該值小,粘土比該值大;      表中天然含水量是指凍前的含水量。第五章 多年凍土地區(qū)路基凍害的防治措施 （一）冰椎、凍脹丘的防治措施 對防治凍脹丘、冰椎的措施來說，主要有：疏導(dǎo)（如果地下水流大，一般應(yīng)利用排水溝

24、、保溫滲溝、保溫出水口、集水口等來進行疏導(dǎo)）、攔截（地下水流量小，則以攔截為宜。采用開挖凍結(jié)溝、截水溝、地下截水墻、積水溝、防冰墻、防冰堤等方法）、應(yīng)急搶救（爆破開冰放水、刨冰放水、冰上鑿孔放水、冰上排水溝、筑冰雪堤等）。 （二）路基融沉的防治措施 加強地表排水:即保護好路堤坡腳附近的天然地表不受破壞,在此基礎(chǔ)上避免路堤坡腳積水,使基底不發(fā)生水的橫向滲透,因為基底受水浸則會使病害地段路堤基底人為上限大幅度下降,這是路基融化沉陷的根本原因。 通常是在路堤上側(cè)設(shè)置排水溝來加強地表排水。排水溝的作用是：其一加強地表水的排泄，或引向涵洞；其二便是防止坡腳積水，避免造成橫向下滲。 保護好天然上限：路堤融

25、沉病害的關(guān)鍵是人為上限的下移（防火期，燒放火道，推放火隔離帶，造成了線路兩側(cè)植被的破壞，從而使永凍層的上限下移）。在多年凍土地帶，人為上限的變化即使是在連續(xù)多年凍土帶中亦只能少量的升入路堤土體之中，很少形成凍土核。其形態(tài)一般為陰坡側(cè)人為上限上升，陽坡側(cè)下降。因此在陽坡側(cè)應(yīng)修筑保溫護道。保溫護道的作用是：隔水作用、保溫作用、反壓作用。 加高路堤：低路堤（堤高小于1.01.5m）會造成基底人為上限的下降，所以為保持多年凍土上限不變，須加高路基，在連續(xù)多年凍土帶堤高應(yīng)大于1.5m。            第六章 路基凍害

26、的綜合整治 （一）整治路基凍害的基本措施 在凍害的防治工作中，我們必須貫徹“預(yù)防為主，預(yù)防和防治相結(jié)合”的原則，認(rèn)真做好預(yù)防工作。經(jīng)常采取的措施有： 1、經(jīng)常保持道床清潔，防止泥土雜物混入道床，及時清除邊坡土壟。 2、保持路肩和邊坡平整，無裂紋、無坑洼積水。 3、完善地表排水系統(tǒng)，保持各種地面排水設(shè)備狀態(tài)良好通暢，排除塹頂、堤腳及附近積水。 4、定期檢查、疏通各種地下排水設(shè)備，做到不積水、不堵塞，降低地下水位。 5、結(jié)合線路大中修工程，有計劃地進行更換或改良不均勻土質(zhì)。 6、入冬前，做好各項排水設(shè)備防寒工作，保持其狀態(tài)良好，不凍結(jié)，無損壞。 在凍害發(fā)生后，做好路基凍害調(diào)查分析是防治工作的開始，

27、調(diào)查工作的好壞直接關(guān)系著凍害的防治效果，是整治好凍害的關(guān)鍵?，F(xiàn)場調(diào)查的內(nèi)容主要有凍害發(fā)生的部位、形狀、長度、凍起高度、起落時間及其發(fā)展過程；另一方面通過鉆探、挖探等方法，觀察土層的土質(zhì)種類、厚度、凍土結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)等情況。通過這些調(diào)查資料分析凍害產(chǎn)生原因和變化規(guī)律，來制定科學(xué)合理的防治措施，從而達(dá)到整治凍害的目的。另外采取防治凍害措施時，必須首先考慮排水、疏干路基，然后考慮其它措施相配合。因為水不僅是產(chǎn)生凍害的原因，并且還會降低路基強度而引起其它路基病害。采取防治措施時，還要做到因地制宜，盡量就地取材。（二）整治路基凍害的原則 整治凍害必須貫徹和遵循二個原則：一是消除不均勻凍脹。主要是指消除路

28、基病害地段與相鄰地段的凍脹差值，或使這一差值在規(guī)定距離內(nèi)逐步消失，使線路達(dá)到合乎要求的標(biāo)準(zhǔn)。二是強調(diào)綜合整治的整體效果。各種整治凍害措施的目的、作用和效果不盡相同，各有針對性和適用范圍。因此要根據(jù)凍害的具體情況分析研究不同措施的互相搭配，注重它們的整體效果，以爭取達(dá)到根除凍害的目的。 （三）整治路基凍害的具體方法（1）、減少土體含水量 1、排水措施 水對土體的浸濕、飽和和沖蝕作用是促使路基病害發(fā)生和發(fā)展的重要原因之一。為了保持路基經(jīng)常處于干燥、堅固和穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)做好地表和地下排水工作。并且排水設(shè)備應(yīng)具有抗凍、防凍的能力，不被凍融破壞，能發(fā)揮正常排水作用。 2、隔水措施 是指用各種材料制成的隔水

29、層，使地下水不能透過，或隔斷毛細(xì)水的補給，阻止凍結(jié)時的水分遷移作用，以減少或消除凍脹。 這些材料有：粘土、耐寒塑料薄膜、土工纖維防滲布、聚氯乙烯板及氯丁橡膠板等。另外，用改性土如乳化瀝青，或灌漿、矽化加固等方法。 （2）、更換土質(zhì) 換土是最普遍、采取最多的一種整治凍害的措施。在國外，北美各國和西德都把換土作為主要的整治凍害措施，前蘇聯(lián)和北歐各國、日本也把換土作為重要的措施之一。 通過換土主要達(dá)到三個目的：一是將凍脹土換以部分不凍脹土，以便減少凍脹值；二是將凍脹性較弱的土（或不凍脹土）換以凍脹性較強的土，以便消滅凍谷或單側(cè)凍起等；三是改換土中的凍脹土層，或凍脹土質(zhì)的不均勻條件，以消除凍害條件。

30、換土在基床凍害整治的過程中是有條件的，經(jīng)調(diào)查分析認(rèn)定基床凍害產(chǎn)生凍害的原因為基床土體中土質(zhì)條件時(是土質(zhì)不均勻、或是土層厚薄層次不等)，才采取更換土質(zhì)的措施。如果基床凍害是水的原因，(即地表水或地下水的不均勻滲入或浸濕)，不是土的原因，則應(yīng)采用排水措施，而不應(yīng)當(dāng)采用換土措施。所以，在整治凍害的過程中，首先要“對癥下藥”必要時應(yīng)與排水措施相結(jié)合，不然這項措施是不能收到預(yù)期效果的。因而采取措施之前的調(diào)查分析即細(xì)致的設(shè)計是非常重要的。 在更換土質(zhì)的措施中，有兩種情況：一是更換凍脹土；另一種是更換不凍脹土。這兩種情況不僅起作用不同，而且條件要求也是不一樣的。 1、換填凍脹土 、作用 此項措施的應(yīng)用范圍

31、較小。因為只有在凍脹土的長距離地段內(nèi)由于局部非凍脹土所形成的凍害，而將局部非凍脹土換以同樣的凍脹土（如圖1），以解決病害地段的凍谷。 此外，由于不均勻而造成的凍害中，在凹陷的一側(cè)換以凍脹土，使凹陷處多凍脹一些，這也是防止基床凍害的一種方法。 適用范圍 這項措施適用于因土質(zhì)非均勻而發(fā)生的局部凍害（凍谷），或局部土層厚薄不同，或因水的局部不均勻浸濕而發(fā)生的凍害。 2、換填不凍脹土 、作用 一般所說的“換土措施”基本上是指換以不凍脹土而言。換土的第一種情況是對在不凍脹或弱凍脹土的長距離地段內(nèi)有局部的強凍脹土而產(chǎn)生的凍害，應(yīng)換除局部的強凍脹土而求得其凍脹高度均勻相等。換土的第二種情況是做砂墊層。做砂墊

32、層又分為兩種情況：一是將砂墊層設(shè)到臨界凍結(jié)深度，可以消除全部凍脹。二是將砂墊層的厚度控制在有部分凍脹土層中，保留有部分凍脹，以便平衡凍害地段與相鄰地段的均勻凍脹。 做砂墊層，在地下水充分不及條件下，能減少毛細(xì)水上升高度；另外砂中可積蓄水分，能避免翻漿。 此種換土方法是在道床下將道床挖成2。83。5米寬的凹槽,按筑路標(biāo)準(zhǔn)回填以不凍脹土,形成墊層。墊層必須配合以排水管或橫向盲溝,以免積水。換土的材料主要是砂,有時也用卵石、碎石等。采用填石墊層時，其下部也必須鋪一層砂作為反濾層，以免石塊壓入土中或春季翻漿時泥土帶入墊層中,堵塞了孔隙。 墊層填料的規(guī)格是決定墊層效果的根本因素之一。填料選擇得當(dāng)，不僅可

33、以消除凍害，使墊層的使用年限長久，而且還可以消除翻漿冒泥現(xiàn)象。否則，就很可能達(dá)不到換土的預(yù)期效果。選擇填料的標(biāo)準(zhǔn)自然是凍脹性的強弱，但同時還必須考慮填料的強度及其反濾性能。  、適用范圍 適用于因地表水而引起的凍害，在做砂墊層的同時應(yīng)作好排水。也可用于防治基床翻漿。另外根據(jù)多年整治凍害的經(jīng)驗，下列數(shù)據(jù)可作為參考：1、 換填的土質(zhì) 最好用與兩端相鄰無凍害地段土層相同的土。如換砂墊層，一般要求是骨料中小于0。074mm的顆粒含量不超過10%；或小于0。02mm的顆粒含量不超過3%，其塑性指數(shù)不小于4。 2、 換土的深度 一般凍脹性土層有多深就換多深，若超過凍結(jié)線時，則換至凍結(jié)深度即可。并

34、視換入的土與兩端相鄰地段土質(zhì)的差異程度進行適當(dāng)調(diào)整。換土過深或過淺，亦會產(chǎn)生坑洼或凍包。 換土深度的參考值：一般高路堤處800mm、低路堤處600mm、路塹處700mm。 3、換土的寬度 路堤應(yīng)整斷面更換。路塹及不填不挖地段最好整斷面更換，并設(shè)置必要的排水設(shè)備。 當(dāng)上層為粘性土、下層為砂性土，換土深度大于粘性土厚度時，無論有無地下水都可采用槽型換土（地下水承壓時除外）；年降雨量很小的地區(qū)，下臥土層不是砂土的也可采用槽型換土。槽型換土的槽底寬度不得小于2。7m，如圖所示。 4、換土地段的長度 更換長度可與凍害長度相等，并適當(dāng)作好順坡，或按下式計算： M = L + 2L0 + 5 式中 

35、; M換土地段總長度（m）；       L換土長度（m）；       L0順坡長度（m），一般最小810m，按下式計算： L0 = h 0 / i 其中  h0 均勻凍脹高度（mm）；       i 順坡坡度，與行車速度有關(guān)，一般為3。 5、縱斷面型式 為減少工作量，結(jié)合順坡可將換土的縱斷面型式分為二種， 倒梯形：適用于凍害地段較長（10m以上）的情況下。 三角形：適用于凍害地段較短、凍峰明顯的情況下。 也可用這二種型式的組合型。

36、不論那一種型式，都應(yīng)與凍害的外形相對稱。 （3）鋪設(shè)保溫層措施 采用保溫措施的目的是將冬季凍結(jié)線控制在保溫層內(nèi)，或?qū)⒍緝鼋Y(jié)進程線按照設(shè)計要求控制在需要的凍脹土層深度位置上，從而使凍脹性土不產(chǎn)生凍脹或使其產(chǎn)生一定的凍脹以適應(yīng)該地段兩端的均勻凍起高度。所謂保溫措施就是指在路基基床的土體中，從路基基床面往下做一定厚度的保溫材料層，使冬季的凍結(jié)深度不能超過保溫層厚度或按照設(shè)計要求超過保溫層一定深度。做法和更換土質(zhì)相近。 1鋪設(shè)保溫層新材料EPS 、爐渣的導(dǎo)熱系數(shù)很小，是一種良好的保溫材料，能就地取材，成本低，效果好。用作墊層的爐渣應(yīng)過篩，粒徑以340mm為宜。易粉碎的含水量較大的爐渣不宜使用。 、泥

37、炭和冷壓泥炭磚，經(jīng)國外幾十年運用證明效果良好，使用年限長。且濕度大的泥炭在水分凍結(jié)時，會放出大量潛能，能防止泥炭進一步凍結(jié)。實際調(diào)查表明，當(dāng)泥炭墊層的含水量為85%時，其保溫效果最好。 、采用EPS材料整治凍害是目前我國應(yīng)用較廣泛的一項新技術(shù)。在我們管內(nèi)得到了全面推廣，大量用于現(xiàn)場，收到較好效果。如牙林線409km凍害整治前，凍害高度150mm，利用此方法進行整治后，現(xiàn)凍高40，效果顯著。下面對EPS材料的特性、適用范圍及施工有關(guān)要求做以下簡介； 物理特性：它是一種強度很高的隔溫防水材料，密度為1550kg/m3。在100kPa和200kPa靜壓力下的壓縮變形不超過0。18%和1。2%，滿足路

38、基應(yīng)力要求。另外突擊吸水率為2。98%和2。86%，是較小的。 阿城現(xiàn)場實驗段:是處在1。0米左右的低路堤地段,兩側(cè)為水田,常年浸水路基為不均勻的粉質(zhì)土,含有腐植質(zhì)及砂礫夾層,液限WL=36%,塑限WP=24%,天然含水量W=25-51%,每到冬季都產(chǎn)生較嚴(yán)重的凍害。在該處鋪設(shè)了5。0CM厚,300CM寬的密度為45kg/m3EPS材料,并在兩側(cè)向下埋75cm深。在鋪設(shè)EPS段與不鋪設(shè)EPS段內(nèi)埋設(shè)了溫度傳感器,其間距為50cm,測試結(jié)果如圖所示,在EPS S上下的溫度差值是較大的。 根據(jù)現(xiàn)場實驗表明，凍結(jié)指數(shù)小于1000。d時，鋪設(shè)EPS的路基土不凍結(jié)，不鋪設(shè)EPS的路基土凍結(jié)深度為50cm

39、；凍結(jié)指數(shù)在10001500。d時，鋪設(shè)EPS的路基土凍結(jié)深度為20cm，不鋪設(shè)EPS的路基土凍結(jié)深度為100cm。線路狀況表明：鋪設(shè)EPS地段沒有凍害發(fā)生，不鋪設(shè)EOS地段仍有凍害發(fā)生。 路基鋪設(shè)EPS材料顯著改變了路基土的溫度狀況，在EPS板上的道碴，其年溫度較差增大，說明地溫通過EPS板這個交界面處傳導(dǎo)消散的熱能減?。欢鳨PS板下路基土的年溫度較差減小，則進一步說明EPS板下路基土通過其交界面?zhèn)鲗?dǎo)消散的熱能減小。EPS半上下的溫度差值較大，表明其絕熱性能好。由于EPS板的存在減少了自深層土向凍結(jié)表面的熱流量，并降低了路基土的凍結(jié)深度，從而消除了路基凍害。 EPS板鋪設(shè)的斷面形式：以雙股鋪

40、設(shè)為例，如圖所示。EPS板的規(guī)格：1500×1000×50mm。 線路橫向鋪設(shè)2塊，寬度為3。0m。路基頂面保持原基面形式，向外側(cè)設(shè)2%排水坡，多余路肩土應(yīng)撤除。設(shè)計及施工是線路原軌頂標(biāo)高不變。 EPS材料適用范圍 根據(jù)阿城工務(wù)段鋪設(shè)EPS材料整治路基凍害的經(jīng)驗，總結(jié)出EPS材料的使用范圍： 、鋪設(shè)EPS材料應(yīng)首先考慮凍高大于30mm以上的路基大凍害處所。 、根據(jù)路基凍害外部表面特征，以及同一橫斷面上左右股鋼軌的單側(cè)凍害、交錯凍害發(fā)生情況，只要準(zhǔn)確判斷出凍害的位置，也可采用單股鋪設(shè)方式。 、鋪設(shè)EPS材料對解決道口、橋頭及道岔路基凍害效果更好，可大大減少維修作業(yè)量及維修材料

41、。 、鋪設(shè)EPS板整治路基凍害可結(jié)合線路大、中修施工一并進行。 施工中應(yīng)注意的問題 、應(yīng)根據(jù)線路結(jié)構(gòu)的特點，采取切實可行的線路加固措施，線路加固適用的鋼軌應(yīng)進行探傷檢查。 、無縫線路的施工應(yīng)在鎖定軌溫增減10以內(nèi)的條件下施工。 、扣軌前先檢查施工位置處三根鋼軌的軌縫情況，如為瞎縫，必須進行調(diào)整，同時撥正方向。 、施工應(yīng)隨時檢查扣軌聯(lián)結(jié)狀態(tài)，特別是列車通過后，應(yīng)隨時全面擰緊所有螺栓。 、若同一工地兩組同時進行施工時，其間距應(yīng)保持20m以上，并須向一方向進行，禁止兩組相對施工。 、施工地段一經(jīng)開挖，必須當(dāng)天完成，不能未經(jīng)回填搗固而讓其過夜。 幾點提示 、EPS板鋪設(shè)深度對整治效果的影響：鋪設(shè)厚的E

42、PS板距軌枕底面的距離過大或過小都起不到良好的效果。過大則形成水槽，板上積水，水從板縫浸入板下基床；過小則使板鋪放于石碴上，起不到保溫作用。所以必須按現(xiàn)場實際情況及各種因素進行設(shè)計與施工。 對接縫對整治效果的影響：對接縫必須嚴(yán)密，離縫過大保溫效果不明顯，所以對接板縫不易大于3mm；施工中也應(yīng)避免接縫豎錯。 排水不暢對整治效果的影響：路塹地段應(yīng)加強整治排水措施，經(jīng)常清理淤積物，使路基土體中的水分充分排出，避免排水不暢，水浸路基。 整治后對線路的影響：凍害地段鋪設(shè)EPS板后，在列車荷載的作用下，會出現(xiàn)軌面標(biāo)高下降，線路形成漫坑。所以應(yīng)在施工時預(yù)留下沉量，加強搗固，施工后也應(yīng)加強整修。 2、保溫層的

43、厚度 根據(jù)當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深度、導(dǎo)熱系數(shù)，按均質(zhì)土層計算保溫層的厚度。無足夠數(shù)據(jù)時，可根據(jù)凍層深度來確定爐渣墊層的厚度。 3、保溫層的寬度 最好將路基頂面全部鋪設(shè)保溫材料，也可在軌枕頭外各1。3m范圍內(nèi)，或總寬5m范圍內(nèi)鋪設(shè)。 4、爐碴保溫層的排水與隔離 爐碴浸水后的保溫作用要顯著降低，因此保溫層的底面必須高于地下水水位。如地下水位較高，應(yīng)設(shè)置單側(cè)或雙側(cè)地下排水設(shè)備，使地下水位降低后再設(shè)置保溫層。也可在保溫層內(nèi)每隔510m設(shè)一橫向滲水盲溝，流水坡度采用510%。 在砂道床地段，可用細(xì)粒爐碴鋪一層10cm厚的隔離層，以免砂與爐碴混雜。也可鋪一層10cm厚的三合土或防滲土工布做隔水層。其頂面作成路拱以利排水。（4）、改良土質(zhì) 潮濕粘性土在冬季可以凍脹造成凍害，而在春季融化時，由于冬季聚積水分的多少不同，使得路基基床產(chǎn)生大小不同的變形，嚴(yán)重者產(chǎn)生翻漿冒泥。這些變形是不良土質(zhì)條件起主要作用。所以很多學(xué)者研究如何采用改良土質(zhì)的辦法來防治基床凍害，特別是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，利用化學(xué)試劑，如高分子化合物或聚合物等來改善土質(zhì)的性質(zhì)，凍害的整治措施也越來越多。 改良土質(zhì)的方式： (1)、降低土的凍結(jié)溫度； (2)、分散土的顆粒，降低土的滲透性； (3)、聚積土的顆粒，提高土的滲透性； (4)、提高抗水性能，以減少土的含水量； (5)、在土中形成不透水層，增加其抗凍脹性能； (6)、提高土