冻融对寒区路基的影响.doc

冻融循环对寒区路基的影响及其防治措施
北京交通大学邹景利高亮
摘要：在冻土区进行道路工程建设过程中,冻土问题是影响和制约整个工程建设的关键因素。解决了这个问题，就可以大力发展寒区交通的发展，进而推动经济的发展。本文简单总分析了路基工程冻土发生灾害的机理，并讨论了寒区路基冻融的防治措施。
关键词：寒区；冻土；冻融循环；防治措施
1、引言
青藏铁路的开通，促进了西藏和东部地区的连接与沟通。青藏铁路成功的关键在于解决了路基的冻土问题，而冻土问题不仅是青藏地区而且是所有寒区铁路路基特有的病害之一。因此，在寒区修筑铁路，除了要使基床符合一般地区的有关规定外，还应考虑冻结层上水的发育程度及填料的冻胀敏感性。由于地基土及填筑中的水冻结时体积膨胀，产生的不均匀冻胀会造成线路超限，路基严重变形，使得铁路的整个钢轨高低不平，甚至扭绞成麻花状，这样极有可能导致列车脱轨、翻车等事故发生，因此必须要引起我们高度重视。
2、冻融循环对寒区路基的影响
冻土是一个复杂的多相和多成分体系，至少由气相(包括水汽和空气)、固相(包括矿物颗粒和冰)和液相(即未冻水)三相组成。在冻土中极易发生冻融循环，冻融循环就是冻结和融化作用交替发生的过程。温度在0℃以上的时候，使结构体表面的冰霜融化成水滴，水分将沿着结构表面的孔隙或毛细孔通路向结构内部渗透；当温度降低为0℃以下时，其中的水分结成冰，产生膨胀，膨胀应力较大时，结构出现裂缝，结构件表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现。它的反复出现，造成建筑构造的严重破坏。而只冻结不融化也会造成冻胀破坏，致使墙身开裂。抹灰成片脱落，重者可使墙身完全失去承载力和保温性能，冻融循环可以造成建筑构造内部的严重风化，失去耐久性。当冻土的融化速度很快时，会出现冰变成水的速率大于水能从土中排出的速率，从而使土中的孔隙压力增加，常造成斜坡和各种建造物的不稳定。当路基基底的多年冻土上部或路堑边坡上的地下冰层埋藏较浅，在施工及运营过程中各种人为因素的影响下，使多年冻土层局部融化，上覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷，会造成路基的严重变形，这种变形表现为路基下沉、路基路肩及边坡开裂、下滑、路堑边坡溜坍等后果。
寒区铁路成功的关键在于路基工程，冻土作为一个极为重要的关键因素，必须进行深入的研究，以此来保证寒区铁路工程的顺利实施和正常高速运营。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有地下冰，这是与其他岩土工程最为本质的区别。多年冻土区修筑工程构筑物时，面临的两大工程问题：冻胀和融沉。路基、桥涵、隧道等都会受到这两大工程问题的困扰。寒区路基必须首先面临多年冻土分布、多年冻土融区分布、多年冻土年平均地温分区、高含冰量冻土的分布等重大冻土工程地质问题，这关系到寒区路基的勘测、设计以及稳定问题，另外一个重要的核心问题就是寒区路基地下冰空间分布问题。地下冰是影响冻土路基稳定的最为重要的影响之一，是产生冻融灾害或者不良冻土现象的根本问题。地下冰最为集中分布在多年冻土上限附近，修筑路堤后引起多年冻土上限变化，其结果就会造成地下冰融化，导致路基产生融化下沉破坏。由于地下冰受多因素控制，在空间上的形成不均匀的和不同的含冰状态。这种不同的含冰状态直接影响着冻土路基的工程性质，而富冰、饱冰冻土和含土冰层，高温多年冻土区就会对工程产生巨大的破坏。对于其他类型工程建筑物来说，比如桥涵、路堑、高边坡等，高含冰量冻土的影响是极为关键的问题。在路基稳定性方面，还必须同时面临冻融灾害问题，即不良冻土现象。这些与冻融过程有关的不良地质现象，当它们威胁到铁路安全运营和工程稳定性时，就演变为一种工程灾害。这种工程灾害主要与地下冰、冻融过程和冻土温度有关。特别是在高含冰量、高温多年冻土的斜坡地带，微弱的工程热扰动可能就会引起冻土区斜坡稳定性变化，对于这样一些地表敏感性极强的多年冻土地带，工程勘测、设计和施工都应引起极大的重视。对于斜坡地段出现的冰椎、冰丘，延流冰，对工程的危害非常之大，常会导致铁路运营出现问题。对于路基附近出现的冰椎、冰丘，常会引起路基产生冻胀问题，也应对其予以极大的重视，并针对具体情况给出其防治措施。
3、冻胀病害的防治措施
路基防冻胀的技术主要有：
设置防冻层：
①基床表层：级配碎石粒径、级配及材料性能除应符合规范的要求外，同时应满足颗粒粒径d≤0.075mm含量不大于5.0％（重量比），压实后颗粒粒径d≤0.075mm含量不大于7.0%（重量比）；②在最大季节冻深范围内采用非冻胀性填料（细粒含量小于15%和平均冻胀率η≤1）填筑。
（2）设置隔断层：根据路基填挖形式分别在防冻层上下设置隔水材料，以防止地表和地下水的浸入。
（3）降低地下水：
①在地下水埋深较浅地段且路基高度小于季节冻深地段，路基两侧设降水设施，使地下水降至季节冻深以下在进行换填和隔断等处理措施；②路堑内采