寒冷地區(qū)既有路基凍害分析與整治

姜金勝

（黑河鐵路〈集團〉有限責任公司工務(wù)段 黑龍江 黑河 164300）

東北地區(qū)隸屬寒帶，既有鐵路路基凍害成為線路維護主要難題針對寒冷地區(qū)鐵路運營特點，對凍害路基進行處理，必須采用經(jīng)濟、可靠的加固手段，使路基土的濕陷變形停止、承載力滿足上部結(jié)構(gòu)荷重的要求。

1 凍害對線路的危害

1.1 解凍時土的性質(zhì)

凍土在解凍時顆粒間的粘聚力發(fā)生很大變化，同時冰夾層冰透鏡體和冰的其它包裹體從堅周的狀態(tài)變化為液體，使土的結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化。這是由于冰變成水，冰的膠結(jié)作用受到破壞，土的強度降低，承載力下降，解凍土發(fā)生沉降。由于土的類型不同，路基發(fā)生不均勻下沉。

1.2 對線路的危害

每年10月份即將進入凍結(jié)階段，隨著氣溫的下降，路基土層中水分逐漸凍結(jié)，凍結(jié)層對下層未凍土中的自由水有較大的吸附作用，較高的地下水源源不斷地補充到凍結(jié)層，甚至從凍裂縫中溢出，這時第一層潛水在流動過程中遇到路基而被阻，在線路外側(cè)地層比較薄弱或地面被凍裂處地下水冒出地面而凍結(jié)成冰，使凍結(jié)層中的冰晶體逐漸長大、堅實，由原來的針狀樣連接成厚3mm－5mm斷續(xù)相連的冰層。凍體的凍脹量遠遠大于路基土的孔隙率，造成路基凍起，形成線路左右股凍高不一致，線路偏跨。隨著氣溫的繼續(xù)下降，凍害也相應(yīng)增大，嚴重威脅著鐵路運輸?shù)陌踩\營，由于凍高變化速度很快，工務(wù)人員不得不隨著氣溫的降低，逐漸加大凍害墊板的厚度，直到第二年春天，隨著氣溫回升，再逐漸減小所墊凍害墊板的厚度。每年春季，路基全斷面融化時，路基開始產(chǎn)生融化下沉，每當列車通過時從軌枕下面擠出的泥漿四處飛濺，鋼軌、軌枕及路肩到處都是濺出的泥漿，同時也嚴重污染了道床。在列車荷載的不斷作用下，線路大量下沉，線路雙股下沉量不均等，甚至形成翻漿冒泥。偶遇陰雨連綿或短時大雨的天氣，路基飽水后成稀釋狀態(tài)的泥漿，再加上路基排水設(shè)備不完善，線路兩側(cè)原有側(cè)溝已經(jīng)破損嚴重。為了保證行車安全，工務(wù)段在該地段都要安排專人晝夜進行監(jiān)護，隨時組織力量進行搶修，每年都耗費了大量的人力、物力和財力，給線路的維修養(yǎng)護帶來許多困難。

2 路基凍害的整治方案

路基表層凍害的防制措施基本上分為三大類：

2.1 排水及隔水

目的在于排除地表水或降低疏導地下水及隔斷下層水以消除或減少路基土體的凍脹。其類型有地表排水，具體措施是側(cè)溝、天溝、排水溝、跌水、吊溝、排水槽、截水溝及取土坑排水等；基床排水，具體措施有基床整形(平整基床及路肩)、挖除道碴陷槽、路肩換滲水性土壤、加設(shè)橫向盲溝、砂井、縱向盲溝、橫向排水管等；排除地下水，具體措施有塑料薄膜、聚苯乙烯薄板、聚氯乙烯軟板、樹脂類注入、電硅化層等。

2.2 改良土體

目的是換除路基土體中的不均勻土質(zhì)，或改良土的性質(zhì)，以消除或減少路基土體的凍脹。主要采用注漿加固措施。

2.3 隔溫

目的是使凍脹性土脫離凍結(jié)層或部分脫離凍結(jié)層，從而消除或減少路基土體的凍脹。根據(jù)路基凍害及融沉產(chǎn)生的原因及特點，確定整治原則是保護多年凍土，采用EPs板保溫層、封水樁擋水及開挖大斷面排水溝排水相結(jié)合的綜合整治措施。

1）劈裂注漿法加固黃土路基基本原理

劈裂注漿是利用路基最小主應(yīng)力面與路基堤軸線方向一致的規(guī)律，以土體水力學劈裂原理，延線路縱向布孔，在漿液壓力作用下，以適宜漿液為能量載體，有控制的劈裂路基土層，在路基內(nèi)形成密實、連續(xù)、穩(wěn)定具有一定厚度防滲固態(tài)土體改良層，同時與漿脈聯(lián)通的所有裂縫、洞穴、碴馕等隱患均可填充密實，從而提高路基承載力及穩(wěn)定性。

2）整治方法-路基劈裂注漿

20世紀90年代以后，路基劈裂注漿治理下沉及外擠病害的方法逐步得到應(yīng)用。

（1）注漿孔的設(shè)計

注漿孔的平面設(shè)計、孔深和注漿傾角，對路基注漿加固的質(zhì)量控制都具有非常重要的作用。

①注漿孔位的平面設(shè)計。注漿孔位的平面設(shè)計，主要針對病害路基填筑的材料的不同而決定不同的取值。

②注漿角度設(shè)計。注漿角度的選擇是根據(jù)病害路基情況確定，為了將病害路基中的碴囊、空洞等注滿漿液，根據(jù)病害路基的具體情況選擇注漿管與路基形成15°-60°交角。

（2）注漿前探明路基“再生巖”層

基有下沉地段，都進行了加碴起道，道碴中不可避免的會有一些石粉和石屑，隨著列車運行中的振動和沖擊，這些石粉和石屑會沉附在道碴囊的頂層，隨著雨水的侵入及列車運行中不斷振動，聚集的石粉和石屑就形成了一個堅硬致密的殼，筆者暫稱之為“再生巖層”。探測方法是：吹風停止后，其壓力下降快時，該管所處的位置為道床通暢正常地段，如果壓力下降慢或長時間不下降時，該管所處的位置地質(zhì)情況就比較復(fù)雜，也就是說有再生巖存在。

（3）注漿前探明道床厚度

一般情況下，探測道床厚度的主要手段還是挖探坑法：在道床中心或坡腳挖探坑，其位置為注漿管頭位置或注漿管投影位置，其深度為道床厚度且不低于軌枕底面下0.5m處。注漿時要時刻觀察，達到注漿標高后立即停止注漿。

（4）注漿壓力控制

控制注漿壓力的變化是保證注漿質(zhì)量與行車安全的關(guān)鍵。在正式注漿前，應(yīng)按劈裂注漿的配合比和注漿壓力將漿液注入土體。正式注漿時，正常情況下，在一定壓力下道碴囊會順利注滿。但當注漿壓力持續(xù)上升，超過0.5MPa時，在道床探坑底部還未發(fā)現(xiàn)漿液，說明該處有再生巖，必須立即停止注漿，并拔下注漿管，排放氣體。如此時道碴囊未注滿，則應(yīng)分二次或三次將其注滿。如果注漿壓力超過0.5MPa還不停止注漿，有可能其壓力突然沖破再生巖殼，而使線路抬高，污染并硬化道床，影響線路的行車安全。

（5）漿液的凝結(jié)時間與加固質(zhì)量

病害路基的漿液，控制在20-30min內(nèi)凝結(jié)。凝結(jié)過快會給施工帶來困難，會嚴重影響加固質(zhì)量；凝結(jié)過慢，列車通過時會使?jié){液反復(fù)觸動，不利于漿液的凝固，同樣會嚴重影響路基加固的質(zhì)量。

3 結(jié)語

2010年通過采用注漿劈裂治理北黑線K245+120～K245+300路基段，經(jīng)過近兩年的觀察，加固效果明顯。補強處理后的路基穩(wěn)定，注漿法加固濕陷性黃土路基無論是在經(jīng)濟還是技術(shù)上都是一種切實可行、高效、經(jīng)濟的方案。注漿法所壓入路基基床的灌漿材料不隨時間的推移而改變，明顯地提高路基承載力，降低壓縮性，使?jié)裣菪渣S土的濕陷性大大減少。

［1］趙云龍.鐵路路基凍害及防治[M].北京：中國鐵道出版社，1984.

［2］童長江，管楓年.土的凍脹與建筑物凍害防治[M].北京：中國水利電力出版社，1985.

［3］中國科學院蘭州冰川凍土研究所.第二屆全國凍土學術(shù)會議論文選集[M].蘭州：甘肅人民出版社.

［4］鐵道第四勘察設(shè)計院.TB 10035－2002鐵路特殊路基設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2003.

［5］吳敬民，汪雙杰，章金釗.多年凍土地區(qū)公路工程[M].北京：人民交通出版社，2005.