季節性凍土地區鐵路路基凍害及其防治措施

孫增斌

哈爾濱鐵路局哈爾濱工務段 黑龍江省哈爾濱市 150000

摘要：近年來，季節性凍土地區鐵路路基的凍害問題得到了業內的廣泛關注，研究其相關內容并提出合理化的防治措施有著重要意義。本文首先對相關內容做了概述，分析了季節性凍土地區路基凍害的分類，并結合相關實踐經驗，分別從板式無碴軌道建設、鐵路路基鋪置，以及鐵路路基施工中的壓實任務等多方面，提出了鐵路路基凍害的防治措施。

關鍵詞：季節性；凍土地區；鐵路路基；凍害；防治措施

一、前言

作為季節性凍土地區鐵路路基常出現的問題之一，凍害問題的重要影響不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升對凍害問題的掌控力度，從而通過合理科學的措施與方法，對該項問題進行有效防治與處理。

二、概述

通常情況下，在受到氣溫變化的影響下，凍土路基一般產生升溫速率的主要原因體現在兩個方面，一方面是凍土中參與的冰和水的相變潛熱數量，另一方面則是地基土層的導熱系數。如果凍土地基中含有較高的冰量時，當溫度發生變化，將會產生大量的冰水相變。所以，含冰量高的凍土地基溫度對于氣溫改變的感應相對遲緩。這樣一來，若是在氣溫勝率相同的情況下，一旦凍土地基處于劇烈相變的地區，其地基溫度變化隨之產生更多數量的冰水相變。因此，這種高含冰量的凍土地基的速率不高。相反，當凍土地基處于平穩區段時，低溫發生變化，相變熱量減少，此時導熱系數將會成為主要影響因素，使得含冰量較高的凍土地基速率加快，同時季節性的凍土地基正是因為這一點，才會導致年平均溫度急劇上升。

三、季凍地區路基凍害的分類

1.凍脹

凍脹是指由于土的凍結作用而造成的體積膨脹現象，這是季節性凍土區常常遇見的鐵路病害。凍脹可分為原位凍脹和分凝凍脹兩類，原位凍脹是指凍結鋒面前進過程和已凍土繼續降溫過程中，正凍土中的孔隙水或已凍土中的未凍水原位凍結，造成體積增大9%；而當土體凍結以后，由于土顆粒表面能的作用，土中始終存在未凍結的薄膜水。在溫度梯度的誘導下，薄膜水會從溫度高處向溫度低處遷移，正是由于水的抽吸作用使水分集聚在前進的凍結鋒面后方并凍結，分凝成冰透鏡體，這一過程稱為分凝凍脹，分凝凍脹過程造成體積增大1.09倍。

2.融沉

季節性凍土融化時，冰晶和冰膜融化成水，土層在重力和上覆荷載的作用下，路基及基床會產生不同程度的沉降，即融沉。融沉一般有兩個特性：其一，由于自然營力和人為因素及土體各方面的差異，融沉在空間上具有不連續性，厚度上具有不均勻性。其二，融沉多發生在低路堤地段。由于路堤高度、坡向、填料類別、保溫設施，以及施工季節和施工后形成的地表特征、水文特征及凍土介質特征等因素的綜合影響，土體中各土層的散熱和吸熱有極大差異。

3.翻漿冒泡

由于季凍區內獨特的地質、地理環境，導致在某些路段凍結時間長，解凍緩慢，加之大量的積雪融化后雪水下滲，這樣就在解凍層和未解凍層之間形成自由水。這部分自由水不能及時排出，造成土基軟弱，強度急劇降低，在列車荷載作用下，路基面發生鼓包、唧泥現象，即為翻漿。這種凍害主要發生在河漫灘地貌單元、山前沖洪積平原、坡地的下坡部位、冬前路溝積滿水的地段翻漿冒泥導致道床下沉，軌道狀態不良，幾何尺寸變化頻繁，需要不斷進行緊急整修。翻漿冒泥引起鋼軌水平差較大，導致鋼筋混凝土軌枕產生縱橫裂紋。

四、季節性凍土地區鐵路路基凍害的防治措施

1.板式無碴軌道建設

板式無碴軌道構造屬于我國的鐵路工程中的一類先進、新型的軌道構造。它的優勢相當明顯，包括了列車在運行過程中讓乘客非常舒適滿意、軌道的品質很好、放置裝配非常簡單迅速、有很好的抗滑動能力、期間的維護與檢修成本較低等。它是當前技術相當熟練同時使用的很廣泛的一類軌道構造。板式無碴軌道構造一般包括了60千克/米的鋼軌和WJ-2型扣件、預定軌道板、乳化瀝青砂漿層、鋼筋混凝土護墊層等等。無碴軌道必須嚴格依照國家已頒布實施的《暫行規定》相關要求和經過審核通過了的相關技術規范準則來管控好施工的質量，板式無碴軌道的建設必須密切關注的方面是鋼筋混凝土胡墊層與凸形擋臺建造、基準器的定位、軌道板的預定、軌道板的調節、乳化瀝青砂漿的建筑和長軌鋪置六個關鍵的工序。

2.季節性凍土地區鐵路路基鋪置

設定一個規模合適的鋪架基地當成施工建設的核心，是鐵路鋪軌施工中非常關鍵一項任務?；赝ǔ６际前塑壛洗鎯?、軌排生產庫、軌排存儲庫、長鋼軌焊接和存儲庫、成品梁存儲庫、列車至發編組線和機務整備線等等。因此基地的地方選擇必須依照它所能夠承受的施工領域、鋪架工程量的規模、給已存在線運轉的影響、本地的天氣狀況、水文地理條件、工程地質面貌、公路和鐵路傳送及建筑原材料、地質材料、工業品市場、基地工程規模等條件完成協調統一分析來最終做出決策的。

3.完成季節性凍土地區鐵路路基施工中的壓實任務

完成季節性凍土地區鐵路路基施工中的壓實工作的技術措施一般包括以下幾個方面，第一，在開展壓實工作的時候要確保攤鋪的速度和壓路機碾壓段長度之間保持一致，同時保證兩者基本上穩定。如果是在溫度較高的天氣工作，同時風力較小，那么碾壓路段的長度就不要太短。相反如果是在溫度較高，風力較大的天氣工作，那么可以適當的減短碾壓路段長度。第二，在開展壓實工作的進行中，如果壓路機在碾壓過程發生了瀝青混合料牿輪的狀況，可以往碾壓輪軸上傾倒一些水。第三，在還沒有冷卻達到凝固狀態的時候，路面的瀝青混合料層面上，不要放置一些重型的機器設施或其他重型物品，同時不要在上面撒落一些礦料或者油料等雜物。第四，在壓路機沒法進行壓實的公路路基路面段中可以通過使用振動夯板來進行壓實工作的順利完成。

4.完成季節性凍土地區鐵路路基施工后的檢測與評估任務

一定要增強對季節性凍土地區鐵路路基在實施結束后的質量檢測與評估的工作，不能在完成實施后就簡單了事。檢測的主要技術方法有兩種，一種是核子密度儀法。這種方法一般用的較多的地方是，一些由瀝青混合材料制成的路基路面的壓實質量評定。這種測量方法對測定層有一點要求，就是必須厚度小于20公分。這類路基路面又分為瀝青表明和土基層兩部分，對于瀝青表面部分的壓實密度的測定是通過散射方法實施的，而土基層材料的壓實質量測定是通過直接投射法實施的。這個試驗方法的實施流程一般是，首先，正確定位位置與設備的預熱準備。根據隨機采樣的方式來定位測試位置，預熱設備，把核子儀水平放置到測試位置上，準備測試。測量完成后讀取有關數據結果，關閉測量工具。最后，測量完成后需要把核子密度儀設備放回到指定的滿足核輻射安全要求的設備箱中，保證儀器與施工人員的安全。另一種是灌砂法。灌砂法是路基路面壓實質量檢測的一般方法，然而對于那些擁有填石路堤的路基路面的壓實質量檢測，這種方法并不適合。這個方法的根本原理是通過選取一定標準規范的均勻砂，讓它們按照一定高度在按照自由落體的方式降落到檢測的洞中，根據單位重不變的原理和集料的含水值等信息來完成對路基路面壓實質量的檢測任務。

五、結束語

綜上所述，加強對季節性凍土地區鐵路路基凍害及其防治措施的研究，對于其良好整體效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的鐵路路基凍害防治過程中，應該加強對其關鍵環節與要素的重視，并注重其具體操作策略與方法的可行性。

參考文獻：

[1] 程培峰，宇德忠，范勇強.季凍區粉砂土路基水、溫變化監測與分析[J].公路.2014（10）：192-198.

[2] 石剛強，王珣.哈大鐵路客運專線路基填料凍脹性試驗研究[J].鐵道建筑.2014（10）：61-63.

[3] 杜兆成，張喜發，辛德剛，等.季節凍土區高速公路路基凍脹試驗觀測研究[J].公路.2015（01）：139-144.