浅谈路基冻害成因及预防整治措施

范实现

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摘要：路基冻害是北方地区铁路分布较广，较为普遍的病害。路基病害是由地下水或地表水，在冬季冻结后所产生的地表冻层，造成沿铁路线路纵向水平发生高低变化的病害，它直接危害行车安全。冬季路基冻害严重影响了线路质量,增加了养护维修难度，本文就路基冻害的形成原因进行分析,结合整治冻害的实际工作,运用相关理论和现场维修经验, 探讨路基冻害的整治方法,希望能对今后的路基冻害整治工作有所参考。

关键词：路基；冻害；整治；成因；预防

1 路基冻害的成因

在我国北方严寒地区，由于当地气候与地理环境原因致使铁路路基冻害现象时有发生，极大地影响铁路运行安全。冻害发生后，两股钢轨的高低会发生变化，两股钢轨同时冻起引起高低不良。直线线路两股钢轨冻起错位时，形成三角坑水平病害。（见图 1）。曲线外股钢轨冻起改变了曲线外股钢轨正常的水平超高度，里股钢轨冻起造成曲线水平反超高病害。其中直线条件下的水平、三角坑病害和曲线条件下的水平、反加高病害是造成机车车辆脱轨的重要原因。引发路基冻害的主要成因大体可分为三方面，即土质的原因、土质中水的原因、外界温度原因。现对原因分析如下：

1.1土质的原因

主要是指土质的尘土颗粒普遍较小，其土壤黏度较大，温度较低时会发生较大幅度的冻胀现象，土壤的颗粒越小其冻胀性越强，致使其土壤密度急剧下降，其土壤冻胀程度也随之增加，在冻胀至一定程度时，冻胀程度达到峰值。当土壤中水含量较高时，加之温度较低，水逐渐结成冰晶体，土壤中的水凝结冻固，并在冻结的过程中产生冰冻层，众所周知水结成冰体积会变大，体积增大约9％，致使土壤颗粒逐步发生偏移现象，土壤内部发生冻胀。

1.2 土质中水的原因

在温度处于零摄氏度时，土壤内部的水分处于冰水混合形态，温度持续下降，土壤中的水分随之冻结，冰晶增加水分减少，土壤内部冻胀程度发生剧增。温度逐渐降低至某一临界点时，土壤内部冻胀程度逐渐放缓，最终逐渐停止，处于这一阶段的土壤冻胀程度最为严重。在土壤层中埋有石头、树木、裂痕的路基，由于其土壤裂隙较多致使降水积累增加。在温度较低时，土层裂隙中的水分逐渐冻结为冰晶，进而产生严重的路基冻害。

1.3 外界温度原因

温度同样是铁路线路产生冻害不可缺少的条件之一。当气温低于 0℃及更低温度时，路基冻害开始显现。所以，在寒冷的地段，作为日常参考的气温参数需从年平均气温、冻结指数、冻结时间、冻结深度和平均气温等多个方面去考虑与衡量。对于铁路线路来说，日常用的一般是地表气温的温度，当地表温度低于零下时，就需要注意一下是否会造成铁路线路的冻害了。如同水一样，温度是铁路线路发生冻害的必要条件之一。

2 路基冻害的预防和整治措施

线路设备修理的基本任务是通过科学合理经济的维修策略，保持和恢复线路设备的安全性可靠性。以下，我们将对于路基冻害的常用整治措施进行梳理，分析利弊。

2.1 排水法

通常情况下，铁路线路发生冻害的成因是因为土壤中水的堆积造成的，如果能通过一些办法将土壤中的水排出去，那就能在一定程度上减少冻害的发生。排水法一般是通过挖掘排水、渗水的沟渠，或者是反压铁路护道等方式排出土壤里的水分，防止土体在低温下冻胀，有效防止铁路线路冻害的发生。除此之外，还可以采用对经常产生冻害现象的处所进行定期清理，对表面附着的尘土进行仔细清除，对道路两侧的杂土进行及时处理，避免尘土杂物覆盖道路排水孔等措施。

2.2 换土法

经过上述路基冻害的原因分析，土质的原因是形成路基冻害中的重要因素。将土层中吸水性较强的沙黏土、黏土换成含水性较小、非冻胀性或冻胀性较弱的土壤，这种方法的优势在于能够从根本程度上改善路基冻害的现状。但是，也存在一些局限，大范围的更换土壤，无论是人力、物力、财力投入较大，另一方面，大范围的更换土壤破坏了线路状态稳定，需要投入大型养路机械进行巩固夯实，在一般的维修天窗情况下难以进行。

2.3 冻害垫板作业

以普速线路为例，混凝土枕线路冻害地段，在冻结后，冻起高度不超过15mm地段，可用调高垫板进行整修。每处调高垫板不得超过两块，总厚度不得超过15mm。混凝土枕发生超过15mm以上冻害时，可采用调高扣件进行整修，每处调高垫板不得超过3块。线路、道岔上垫入或撤出冻害垫板作业时，在正线、到发线上，顺坡长度应为：允许速度不大于120km/线路不应小于冻起高度的600倍，允许速度为120-160km/h线路不应小于冻起高度的1200倍，允许速度大于160km/线路不应小于冻起高度的1600倍;在其它站线上，顺坡长度不应小于冻起高度的400倍。但是，该方法不能从根本上消灭线路的高低不平顺，而是通过搭建平台和顺坡，其作用不过是延长高低不平顺的波长，使线路高低不平顺相对缓慢变化，以满足行车要求，并不能彻底消灭线路高低不平顺。由于高低的存在容易引起晃车等问题，对允许速度较高的线路更是如此。

2.4 注盐法

注盐法因为操作简单，费用便宜，近些年来，用注盐法治理路基冻害已经成为了一种非常重要的方法。方法一，在铁路的路基表面打孔，用工具注入氯盐，使得熔点降低，同时在铁路线路的表面也均匀撒上一层氯盐，这种方法通常用来事后治理路基中的表层冻害。方法二，通过工业盐，还可以进行路基冻害的预防工作。具体做法是，秋季要根据历年掌握的冻害地段，对冻害地段进行撒盐，撒盐工作要在冻害发生前完成。撒盐时要扒开枕盒至枕底、枕端不少于 150mm（见图2），每孔撒盐量一般根据去年线路冻起高度来确定，利用冬前雨水浸入道床。目前济南局管内，青岛工务段、淄博工务段、聊城工务段已经实行了此方法，效果显著，由于路基冻害产生的车载仪大值以及轨检车大值显著减少。

图2（方法示意图）

2.4.1 注盐法存在的潜在风险

调研得知，当前使用的盐主要为氯盐类工业盐，氯盐类工业盐对于当前的钢轨、轨枕、混凝土桥面存在严重危害，还可能会增加土壤重金属，造成重金属污染，影响地下水水质。另一方面，桥梁梁缝中通常设置铁质梁缝挡砟板，工业盐还可能会产生对梁缝挡砟板的腐蚀作用。下一步，我们将深入调研，研制一种新型防冻害工业盐，使其对于钢轨、轨枕、桥梁以及土壤生态的影响降至最低，高效解决当前的路基冻害，以期延长工务设备的使用寿命。

3 结束语

本文就路基冻害目前已知的成因和预防整治措施，进行了初步的分析与总结。在具体的情况下，整治铁路线路的冻害成因，需要根据现场的情况来采取合适的整治措施。随着科学技术的发展，新材料新技术的出现，在整治冻害、加固改良土壤、提高路基承载力以及抗水性抗冻性方面，又将会有新的突破和发展，用以更好的维护铁路运输的安全。

参考文献：【1】《浅谈铁路线路的冻害及整治》科技风 , 编辑部邮箱 ,2018年13期

【2】《兰新铁路路基冻害特征与整治技术研究》西南交通大学

【网络出版年期】2015年 04期