严寒地区铁路路基冻胀及处理

严寒地区铁路路基冻胀及处理

魏军龙

中铁一局集团第二工程有限公司，河北 唐山 063004

摘要：高纬度严寒地区铁路路基冻胀直接影响轨道平顺性和列车运营安全，本文以工程实例从冻胀产生机理、处理措施以及处理结果进行阐述分析，较好地解决了施工阶段为避免运营中冻胀的相应工程措施，有较强的实践指导意义，可供同类工程参考或同行借鉴交流。

关键词：路基；冻胀；处理

1现状基本情况

东北某高寒地区铁路正线采用有砟轨道，速度目标值200km/h客货共线铁路，线路全长292.995km。线路通过地区主要为冲洪积平原及低山丘陵区两个地貌单元，海拔0m～500m之间，多为林区且树林茂密。工程地处严寒地区，地表普遍分布季节性冻土，一般每年10月下旬开始冻结，3月中达到最大冻结深度，最大冻结深度1.91～2.05m。地下孔隙潜水主要富含于第四系砂类土、碎石类土及黏性土中，靠大气降水及河流补给，山间沟谷、河流一级阶地埋深一般在0.5～6.5m。水位季节变化幅度2～3米。

在施工阶段及开通运营前对全线采用人工水准测量对全线路基面冻胀进行监测，共设监测断面3487个，测点位于路基左侧、中心和右侧，共计10641个，分6期进行测量；采用自动监测对代表性断面路基不同部位（中心和左侧或右侧）不同深度的地温（0.2～4.0m）、冻胀变形（0.5m、1.2m、2.5m、4.0m）、含水量（0.5m、1.2m、2.5m、4.0m）、水位（10.0m）进行监测，监测断面30个，每个传感器每日采集4次；采用综合物探对代表性段落进行路基本体含水量测试，全线布设3个段落。人工和自动监测数据采集从前一年11月初至次年5月底，根据多种监测手段获取的监测结果，确定了冻胀较大段落及分布情况。

为了查明路基冻胀原因，对后期路基防冻胀治理提供依据，建设单位、设计单位、施工单位联合开展现场调查、填料核查以及试验工作，采用取样、化验方法，对全线路基冻胀较大的工点进行填料细颗粒核查，对每个路基工点冻胀量大于8mm测点数量进行统计。

2冻胀原因分析

根据路基冻胀监测收集的测量数据、现场路基施工过程中的状态、成型地段路基现场情况调查资料以及填料核查试验数据，分析了本项目铁路路基冻胀的主要原因：

⑴施工现场局部还存在有施工不完善、不到位的地方，侧沟、排水沟等防排水措施局部尚未完成，路基两侧侧沟部分段落排水不畅或积水，未形成封闭的防排水体系。施工期间路基面散水、入冬以前频繁降雨等为路基填料提供了丰富的水分。如图1、图2。

图1 路基边坡排水系统不完善 图2 排水系统不畅

⑵局部段落路基两侧级配碎石靠近水电槽侧由于受压实设备条件限制压实不足，压实不不达标，导致地表横向路拱排水容易集聚、渗入路基本体，同时路基填料中≤0.075mm的细颗粒含量超标，容易存水。填料不密实为水相变化提供了空间，从而产生较大的冻胀变形。如图3、图4。

图3 路肩水电槽侧压实不足 图4 路堑段表层压实不足

⑶本铁路线设计冻深采用的是修正的标准冻深，实际采用的填料热传导系数与天然土壤存在偏差，导致的结果是实际测得的冻结深度与设计冻结深度存在偏差，对于冻胀的研判和处理存在差异，造成对冻胀结论的影响。

3路基冻胀异常地段整治措施

3.1设计防冻胀措施

设计冻深2.5m～2.8m，路基设计冻深范围内填料采用非冻胀填料填筑，非冻胀填料要求细颗粒(颗粒粒径≤0.075mm)含量小于5%、压实后小于7%，压实后渗透系数不小于5×10^-5m/s。

地下水发育地段，路堑两侧侧沟平台下设置渗水盲沟，渗水盲沟渗水管底高程不大于侧沟平台高程－设计冻结深度－管径－0.25m。

无地下水路堑地段于换填底两侧设置渗水盲管时，盲管直径0.15m，排水纵坡同线路坡度，同时不小于2‰。

图5 设计路基防冻胀处理措施

3.2现场施工现状

观测时全线路基基床表层基本施工完成，附属工程（盲管、侧沟、渗沟等）均施工完成。截止目前为止，全线大部分已完成铺轨。

图6.路基边坡施工完毕 图7.路基防排水体系完成

3.3整治原则

3.3.1路堤

⑴对于线路中心测线位置冻胀高度8mm～12mm的一般路基填方地段（填高＞3m），通过护肩泄水孔向内检查排水管，排除堵塞；根据两路肩监测点冻胀地表变化，确定富水填料位于路基本体范围的，通过护肩泄水孔及路堤在路基两侧间隔设置泄水孔，范围为穿过线路中心线1.0m，其目的是利用机械成孔，疏排基床内积存水从而降低冻害的可能。泄水孔分两层，第一层距路肩1.5～1.6m，第二次距路基2.3m左右，即4刚好到基床底层位置处，两层间隔布置，纵向间距3.0m左右。

⑵对于线路中心测线位置冻胀高度≥12mm的一般填方地段（填高＞3m）较分散的单点或者小段落连续的段落，除了按照上述⑴所列要求设置泄水孔，调整泄水孔间距：第一层距路肩1.5～1.6m，第二次距路基2.3m左右，纵向间距1.5m.同时根据冻胀范围分布、填料取样分析的细颗粒含量，对两者集中存在的情况采用基床表层挖除换填，换填材料为掺5%水泥的级配碎石，换填后按照基床表层施工，加强纵横向结合部处理。

渗水盲管采用空心型RCP-10NC(A)渗排水管材，管径100mm，环刚度≥32KPa，管壁空隙率≥80%，外包透水土工布。钻孔直径110mm，采用水平管棚钻机施工。

图8 边坡设置渗水盲管横断面示意图

图9 边坡设置渗水盲管正面示意图

3.3.2路堑

⑴对线路中心测线位置冻胀高度8mm～12mm的一般路基填方地段（填高＞3m），检查并疏通侧沟、渗水盲沟、渗水盲管及护肩泄水孔；根据冻胀范围分布、填料取样分析的细颗粒含量，对两者集中存在的情况采用基床表层挖除换填，换填材料为掺5%水泥的级配碎石。

⑵对于中心冻高≥12mm的低填及路堑地段（填高≤3m）的单个散点断面，结合细颗粒含量及冻高情况，采用挖除表层，换填级配碎石掺5%水泥的措施；

⑶对于线路中心测线位置冻胀高度≥12mm的连续的低填方或路堑段落，根据地表水汇集和地下水的排泄情况，在路基两侧的侧沟平台或路基坡脚设置矩形渗水盲沟，将地下水引排至路堑范围之外。对于个别散点，仍应根据冻胀范围分布、填料取样分析的细颗粒含量，对两者集中存在的情况采用基床表层挖除换填，换填材料为掺5%水泥的级配碎石，如图10。

图10 路堑段落两侧增加渗水盲沟示意图

3.3.3对于设计冻深范围内填料的细颗粒含量超标地段，需挖除重新填筑，避免冻胀。

根据现场调查，结合全线铺轨实际工程进度，结合细颗粒含量情况，对细颗粒含量超标较小地段推荐采用换填基床表层，采用级配碎石掺5%水泥回填，以缓解冻胀，减小冻高。

4施工建议及总结

4.1在检查统计期第二年度继续开展第二冻融周期全线路基冻胀监测工作，了解路基冻胀规律，检验本年度冻胀值较大的段落的处理效果，保证路基质量，并综合系统的分析有砟轨道路基冻胀规律，为严寒地区铁路建设提供经验数据。

4.2对全线路基侧沟，渗水盲沟及检查井，渗水盲管，护肩及电缆槽的泄水孔、排水沟等路基排水系统进行检查，确保其排水通畅，避免积水。

参考文献：

[1]王春雷,张戎垦,赵晓萌,周勇军.季节冻土区高速铁路路基冻胀监测系统及冻胀规律研究[J].冰川冻土，2014-08-15.

[2]刘伟锋.高寒环境下铁路路基冻害成因及处置对策[J].设备管理与维修，2021-03-25.

[3]赵富军. 哈大客专路基冻胀变形特征及防治措施[J]. 铁道建筑, 2016(9): 86-90.