季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施

孙增斌

哈尔滨铁路局哈尔滨工务段 黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：近年来，季节性冻土地区铁路路基的冻害问题得到了业内的广泛关注，研究其相关内容并提出合理化的防治措施有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了季节性冻土地区路基冻害的分类，并结合相关实践经验，分别从板式无碴轨道建设、铁路路基铺置，以及铁路路基施工中的压实任务等多方面，提出了铁路路基冻害的防治措施。

关键词：季节性；凍土地区；铁路路基；冻害；防治措施

一、前言

作为季节性冻土地区铁路路基常出现的问题之一，冻害问题的重要影响不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对冻害问题的掌控力度，从而通过合理科学的措施与方法，对该项问题进行有效防治与处理。

二、概述

通常情况下，在受到气温变化的影响下，冻土路基一般产生升温速率的主要原因体现在两个方面，一方面是冻土中参与的冰和水的相变潜热数量，另一方面则是地基土层的导热系数。如果冻土地基中含有较高的冰量时，当温度发生变化，将会产生大量的冰水相变。所以，含冰量高的冻土地基温度对于气温改变的感应相对迟缓。这样一来，若是在气温胜率相同的情况下，一旦冻土地基处于剧烈相变的地区，其地基温度变化随之产生更多数量的冰水相变。因此，这种高含冰量的冻土地基的速率不高。相反，当冻土地基处于平稳区段时，低温发生变化，相变热量减少，此时导热系数将会成为主要影响因素，使得含冰量较高的冻土地基速率加快，同时季节性的冻土地基正是因为这一点，才会导致年平均温度急剧上升。

三、季冻地区路基冻害的分类

1.冻胀

冻胀是指由于土的冻结作用而造成的体积膨胀现象，这是季节性冻土区常常遇见的铁路病害。冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀两类，原位冻胀是指冻结锋面前进过程和已冻土继续降温过程中，正冻土中的孔隙水或已冻土中的未冻水原位冻结，造成体积增大9%；而当土体冻结以后，由于土颗粒表面能的作用，土中始终存在未冻结的薄膜水。在温度梯度的诱导下，薄膜水会从温度高处向温度低处迁移，正是由于水的抽吸作用使水分集聚在前进的冻结锋面后方并冻结，分凝成冰透镜体，这一过程称为分凝冻胀，分凝冻胀过程造成体积增大1.09倍。

2.融沉

季节性冻土融化时，冰晶和冰膜融化成水，土层在重力和上覆荷载的作用下，路基及基床会产生不同程度的沉降，即融沉。融沉一般有两个特性：其一，由于自然营力和人为因素及土体各方面的差异，融沉在空间上具有不连续性，厚度上具有不均匀性。其二，融沉多发生在低路堤地段。由于路堤高度、坡向、填料类别、保温设施，以及施工季节和施工后形成的地表特征、水文特征及冻土介质特征等因素的综合影响，土体中各土层的散热和吸热有极大差异。

3.翻浆冒泡

由于季冻区内独特的地质、地理环境，导致在某些路段冻结时间长，解冻缓慢，加之大量的积雪融化后雪水下渗，这样就在解冻层和未解冻层之间形成自由水。这部分自由水不能及时排出，造成土基软弱，强度急剧降低，在列车荷载作用下，路基面发生鼓包、唧泥现象，即为翻浆。这种冻害主要发生在河漫滩地貌单元、山前冲洪积平原、坡地的下坡部位、冬前路沟积满水的地段翻浆冒泥导致道床下沉，轨道状态不良，几何尺寸变化频繁，需要不断进行紧急整修。翻浆冒泥引起钢轨水平差较大，导致钢筋混凝土轨枕产生纵横裂纹。

四、季节性冻土地区铁路路基冻害的防治措施

1.板式无碴轨道建设

板式无碴轨道构造属于我国的铁路工程中的一类先进、新型的轨道构造。它的优势相当明显，包括了列车在运行过程中让乘客非常舒适满意、轨道的品质很好、放置装配非常简单迅速、有很好的抗滑动能力、期间的维护与检修成本较低等。它是当前技术相当熟练同时使用的很广泛的一类轨道构造。板式无碴轨道构造一般包括了60千克/米的钢轨和WJ-2型扣件、预定轨道板、乳化沥青砂浆层、钢筋混凝土护垫层等等。无碴轨道必须严格依照国家已颁布实施的《暂行规定》相关要求和经过审核通过了的相关技术规范准则来管控好施工的质量，板式无碴轨道的建设必须密切关注的方面是钢筋混凝土胡垫层与凸形挡台建造、基准器的定位、轨道板的预定、轨道板的调节、乳化沥青砂浆的建筑和长轨铺置六个关键的工序。

2.季节性冻土地区铁路路基铺置

设定一个规模合适的铺架基地当成施工建设的核心，是铁路铺轨施工中非常关键一项任务。基地通常都是包括了轨料存储库、轨排生产库、轨排存储库、长钢轨焊接和存储库、成品梁存储库、列车至发编组线和机务整备线等等。因此基地的地方选择必须依照它所能够承受的施工领域、铺架工程量的规模、给已存在线运转的影响、本地的天气状况、水文地理条件、工程地质面貌、公路和铁路传送及建筑原材料、地质材料、工业品市场、基地工程规模等条件完成协调统一分析来最终做出决策的。

3.完成季节性冻土地区铁路路基施工中的压实任务

完成季节性冻土地区铁路路基施工中的压实工作的技术措施一般包括以下几个方面，第一，在开展压实工作的时候要确保摊铺的速度和压路机碾压段长度之间保持一致，同时保证两者基本上稳定。如果是在温度较高的天气工作，同时风力较小，那么碾压路段的长度就不要太短。相反如果是在温度较高，风力较大的天气工作，那么可以适当的减短碾压路段长度。第二，在开展压实工作的进行中，如果压路机在碾压过程发生了沥青混合料牿轮的状况，可以往碾压轮轴上倾倒一些水。第三，在还没有冷却达到凝固状态的时候，路面的沥青混合料层面上，不要放置一些重型的机器设施或其他重型物品，同时不要在上面撒落一些矿料或者油料等杂物。第四，在压路机没法进行压实的公路路基路面段中可以通过使用振动夯板来进行压实工作的顺利完成。

4.完成季节性冻土地区铁路路基施工后的检测与评估任务

一定要增强对季节性冻土地区铁路路基在实施结束后的质量检测与评估的工作，不能在完成实施后就简单了事。检测的主要技术方法有两种，一种是核子密度仪法。这种方法一般用的较多的地方是，一些由沥青混合材料制成的路基路面的压实质量评定。这种测量方法对测定层有一点要求，就是必须厚度小于20公分。这类路基路面又分为沥青表明和土基层两部分，对于沥青表面部分的压实密度的测定是通过散射方法实施的，而土基层材料的压实质量测定是通过直接投射法实施的。这个试验方法的实施流程一般是，首先，正确定位位置与设备的预热准备。根据随机采样的方式来定位测试位置，预热设备，把核子仪水平放置到测试位置上，准备测试。测量完成后读取有关数据结果，关闭测量工具。最后，测量完成后需要把核子密度仪设备放回到指定的满足核辐射安全要求的设备箱中，保证仪器与施工人员的安全。另一种是灌砂法。灌砂法是路基路面压实质量检测的一般方法，然而对于那些拥有填石路堤的路基路面的压实质量检测，这种方法并不适合。这个方法的根本原理是通过选取一定标准规范的均匀砂，让它们按照一定高度在按照自由落体的方式降落到检测的洞中，根据单位重不变的原理和集料的含水值等信息来完成对路基路面压实质量的检测任务。

五、结束语

综上所述，加强对季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施的研究，对于其良好整体效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的铁路路基冻害防治过程中，应该加强对其关键环节与要素的重视，并注重其具体操作策略与方法的可行性。

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