季节性冻土区铁运客运专线路基的冻胀特性分析与措施

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1、季节性冻土区铁路客运专线路基的冻胀特性分析与措施中铁十九局集团第五工程有限公司路桥二公司屈振学郑杨摘要：在季节性冻土区的铁路客专路基工程中，冻胀、融沉和翻浆都会对基床产生较严重的破坏。根据路基冻胀观测所获得的资料，分别分析了温度、水分、土质、路基类型等因素对路基冻胀的影响。季节性冻融翻浆是发生路基稳定性的关键所在，本文通过对其产生影响的主要因素和防止措施的分析和探讨,提出了提高工程建设质量的方法及技术措施，对提高工程质量、降低运营维护成本具有重要意义。关键词：季节性冻土区,铁路客专,路基,冻胀,分析与措施前言温度为0℃

2、或负温，含有冰且与土颗粒呈胶结状态的土称为冻土，土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为冻深线或冻结线。我国冻土的分布面积大约720多万km2，季节性冻土区约有528万km2，季节性冻土在我国分布很广，东北、华北、西北是季节性冻结层厚0.5m以上的主要分布地区；多年冻土主要分布在黑龙江的大小兴安岭一带、内蒙古纬度较大地区，青藏高原部分地区与甘肃、新疆的高山区，其厚度从不足一米到几十米。路基土土质、水分及冻结条件的不均一性，会产生不均匀冻胀，不均匀冻胀力导致地面开裂;春

3、季融化时，土体甚至处于饱和状态，土粒间摩擦阻力降低以至消失，在荷载作用下则造成下沉，翻浆冒泥等病害。无论是冻结还是融化，给铁路客运专线的正常运行都造成了安全隐患，也额外增大了养护费用。参考东北地区铁路进行的路基冻害钻探调查、现场观测和室内试验工作。对东北铁路路基的破坏状况、路基土质条件、含水量和路基特征等有了明确认识。1冻胀产生的条件铁路冻胀是多种因素综合作用的结果，路基的土质情况、水分的变化、大气温度是形成基床冻胀的三个基本因素。没有负温水就不会成冰，体积就不会变化，负温在一定范围下，就会产生冻胀现象，因而温度是发生

4、冻胀的前提。只有负温，但含水量很小也不会产生冻胀。水的影响主要体现在土体冻结前含水量及冻结期的水分补给条件。1.1土质对冻胀性的影响土质对冻胀性的影响表现在粒度成分、矿物成分及密实度等方面。1.1.1土的粒度成分目前人们所确认的土颗粒粒度成分特征与冻胀性关系的界限并不一致。试验表明:在土颗粒粒径大于0.lmm的饱和粗颗粒中，冻结过程中水分迁移较弱。因此，这种土应视为弱冻胀性土。随着土中细粒含量的增大，其冻胀性也不同程度地增大。在饱水条件下，颗粒粒径小于0.05mm的粉粒含量小于总重量的15%时，土体的冻胀系数为0.5%

5、-1.8%;当粉粒含量超过50%时，土体冻胀系数达到8%。据统计，产生水分迁移和聚冰作用以粒径在0.075-0.005mm的土冻胀性最强，对于粒径<0.005mm粘性土而言，虽然有足够大的表面能，但由于其孔隙太小，对迁移水流有很大的阻力，所以其冻胀性小于粉质土。这种土层基本上可以认为是隔水层。从路基取样做室内冻胀试验时，发现ZK2—2,ZK1—2,ZK1—3及ZK3—1含水量非常相近，但冻胀率却相差很多，见图1,原因是ZK2一2为粉砂，而其它3种5均为低液限粘土。砂砾特别是粗砂和砾石，由于颗粒粗，表面能小，所以冻结时不

6、产生水分迁移，水分只在原处冻结或者在重力作用下向下移动，冻结后反而出现上部含水量减少，下部含水量增加的情况。砂在冻结时，如水分能自由排出，其体积实际上也不膨胀，因而不具有冻胀性。但当其中的细粒土含量达到15%时，就会发生冻胀，这也正是路基土换填材料严格控制粉粘粒含量的原因。1.1.2土的矿物成分对于粗颗粒土来说，不存在土的矿物成分对冻胀的影响。在细颗粒土中，尤其是粘性土，这种影响表现显著。由分析知:没有坚固晶格结构的矿物，如蒙脱石，具有较高的离子交换能力，同其它矿物比较，它能够牢固地结合大量水分，使毛细管的导水性能变得

7、极弱，导致这类土的冻胀性减弱。相反，具有较坚固晶格结构的矿物，如高岭土，它的离子交换能力很弱，超不过蒙脱石离子交换能力的10%，具有高带电荷性，土粒表面化学活动性较小，具有较大的可移动薄膜水，因而这类土的冻胀性较大。水云母类土的冻胀性则介于上述2类土之间，因此，路基土的矿物、化学成分对冻胀是有影响的。1.1.3土的密实度土的密实程度对土的冻胀有一定的影响，通常采用干密度作为表征土密实程度的指标。在路基施工中，用压实度来表征不同土质路基现场工地的密实度。在含水量一定的条件下，减少土体密度将增大土体的孔隙，从而降低饱和度。

8、在小密度土体冻结时，有充分的孔隙空间任冰自由膨胀，而不致引起土颗粒间的分离位移。此时，土体的冻胀强度甚微。随着密度的增大，自由水充填土孔隙的程度也在增加，也就是说，饱和度增高，土的冻胀性增大。当土体达到某一个标准密度时，反映出土中孔隙最小，达到最佳的颗粒聚集条件，这时的土体密度便能表证水分迁移处于最有力的条件，冻胀强度也达到最大值