路基凍害整治凍害基本原則

整治凍害必須貫徹和遵循兩個原則：

一是消除不均勻凍脹。主要是指消除路基病害地段與相鄰地段的凍脹差值，或使這一差值在規(guī)定距離內逐步消失，使線路達到合乎要求的標準。

二是強調綜合整治的整體效果。各種整治凍害措施的目的、作用和效果不盡相同，各有針對性和適用范圍。因此要根據凍害的具體情況分析研究不同措施的互相搭配，注重它們的整體效果，以爭取達到根除凍害的目的。 2100433B

在養(yǎng)護維修工作中，必須堅持以預防為主，采取預防與整治相結合的原則，認真做好預防工作。所采取的預防措施通常是：

(1)經常保持道床清潔，防止泥土雜物混入道床，及時清除土壟。

(2)保持路肩和邊坡平整，無裂縫、無坑洼積水。

(3)完善地表排水系統，保持各種地面排水設備平順暢通，排除塹頂、堤腳及附近積水。

(4)定期檢查、疏通各種地下排水設備，做到不積水、不堵塞，降低地下水位。

(5)結合其他作業(yè)，事先更換或改良不均質土體。

(6)入冬前，做好各項排水設備防寒工作，保持其狀態(tài)良好，不凍結，無損壞。準備必要的保溫材料，以便隨時應用。

在凍害發(fā)生后，應詳細、認真地進行路基凍害的調查，分析凍害形成的原因和規(guī)律。一是從外貌方面調查：凍害發(fā)生的部位、形狀、高度、起落時間及發(fā)展過程；二是進行鉆探或挖驗：記錄土層的類別、厚度、凍土結構、水文地質條件，包括必要的土工試驗等。為整治凍害提供充分的依據。

土凍結時在一定條件下會發(fā)生下部土體的水分向凍結峰面轉移的現象，即水分遷移，并析出冰層造成凍脹。解釋水分遷移的學說很多，目前普遍認為起主要作用的是“薄膜水遷移理論”。

物理學認為，由于土顆粒的電分子引力作用及水分子的雙極構造，當水和土顆粒接觸時，會在土顆粒表面形成一薄膜水層，見圖《路基凍害機理》所示。

最里層的水分子吸附力最大，為強結合水，水分子不能自由活動也不凍結，而外圍的水層為弱結合水，可以在水分子力作用下運動和在負溫下凍結。一般在土中，由于土顆粒間距離很小，甚至互相接觸，可以形成公共水化膜，這時它們的弱結合水層便會在土顆粒和水分子引力作用下達到相對的平衡狀態(tài)。當上部土體發(fā)生凍結時，由于形成冰晶，就從靠近凍結峰面的土顆粒外圍的水化膜中奪走一部分水，使水膜變薄，使公共水化膜產生不平衡。這時，減薄了的水膜就會從鄰近處抽吸水分來補充，以恢復平衡。所以在凍結過程中，增長著的冰晶不斷從臨近的水化膜中奪走水分，而相鄰的厚膜中的水分子又不斷地向薄膜補充，這樣，不斷地依次傳遞就形成了凍結時下部土體的水分向凍結峰面的遷移。

凍害為土體在凍結過程中因凍脹所引起的病害。由于土中的水在凍結過程中能向冷凍峰峰面遷移，并不斷凍結析出冰層，且體積增大9%，即造成土體的凍脹，使道床或路基凍起，在融化時又會發(fā)生沉陷。水分遷移是凍土中主要的物理力學過程，是路基產生凍害的基本原因。

冬季凍結，春季開始融化，夏季全部融化的土層稱為季節(jié)凍土。凍結狀態(tài)保持三年或三年以上的不融凍土，稱多年凍土。我國東北地區(qū)及西北高山、高原地區(qū)，大部分均為季節(jié)凍土地區(qū)。通過上述地區(qū)的鐵路路基，在土、水、溫度的共同影響下，路基面均有不同程度的凍脹，使線路縱、橫斷面產生凸凹不平的不均勻凍脹，影響行車平穩(wěn)及安全，構成凍害。均勻凍脹一般情況并不構成凍害。凍害嚴重地段往往伴生翻漿冒泥、道砟陷槽、基床土側擠等病害。

本項目針對季凍區(qū)路基凍害問題，提出設置冷阻層結構來解決凍害問題的思路。從數值計算、試驗研究、理論研究和實體工程應用等方面對冷阻層結構展開研究。數值計算方面，根據收集到的文獻及基礎試驗得到的基本參數，對冷阻層結構進行了理論計算和設計，并結合實際應用背景，給出了結構層最優(yōu)設計參數；試驗研究方面，開展了橡膠顆粒改良粉煤灰土的配合比試驗研究，得到了改良土的最優(yōu)配合比。進行了冷阻層室外模型試驗，對設置和不設置冷阻層結構路基結構在經歷一次凍結過程中的結構內部溫度分布進行對不，評價了冷阻層結構的保溫性能。進行了凍融循環(huán)條件下的動力響應試驗研究，分析了不同加載頻率、不同載重、不同凍融循環(huán)次數下橡膠顆粒改良粉煤灰土和粉質黏土的動力響應規(guī)律，結果表明橡膠顆粒改良粉煤灰土適合作為季凍區(qū)路基填料。開展了季凍區(qū)改良土凍融循環(huán)下動回彈模量測定試驗，獲得了改良土隨凍融循環(huán)進行動回彈模量的變化規(guī)律。進行了季凍區(qū)改良土基質吸力測量試驗，得到了改良土凍融循環(huán)條件下土水特征曲線，為后期研究的開展做足準備；理論研究方面，提出了季凍區(qū)非飽和土路基的水-熱耦合模型并應用試驗場地的試驗數據對數學模型進行了驗證，證明了本研究數學模型的可靠性，模型考慮了非飽和土的體積含水率，體積含冰率，滲透性，導熱性，冰水相變等特性，完全適用于季凍區(qū)非飽和土的路基的水熱耦合研究；實體工程應用方面，根據課題組研究成果，保持了課題組冷阻層研究的主體，結合廢棄資源再利用理念，因地制宜，提出了XPS板 油頁巖廢渣改良粉煤灰土的冷阻層結構，并依托工程鋪筑了試驗路，埋設相關傳感器，對研究成果的實際應用效果進行后續(xù)跟蹤檢測評價。本項目研究按照研究計劃總體開展順利，研究成果能夠很大程度上解決季凍區(qū)路基凍害問題，對提高我國季凍區(qū)道路服務水平，節(jié)約道路養(yǎng)護維修費用具有重要意義。 2100433B

季凍區(qū)路基凍害是影響道路安全運營的常見病害，主要由路基土體內部因素和環(huán)境外部因素共同作用導致。本課題在已有研究基礎上，提出設置路基冷阻層的新型路基形式，旨在減少路基上部凍結指數、減慢凍結速率、減小凍結深度，改善甚至是避免季凍區(qū)路基下部凍脹敏感土的凍結。本項目采用修正Berggren方程推導道路多層結構的凍結指數及冷阻層理論厚度，通過室外凍脹實驗對新型路基結構的保溫性、溫度場和水分場特性進行理論分析，并以二維水、熱輸移控制方程和有限元法對水熱耦合下路基溫度場、水分場進行計算，對多年后的水熱狀況進行預測。同時采用自制的凍融循環(huán)試驗機對冷阻層的耐久性作出評價。對于冷阻層的整體穩(wěn)定性，采用彈性層狀理論，借助數值分析方法，在最佳厚度的前提下，對半剛性基層在荷載作用下橫豎向變形，底部拉應力進行了分析，從而確保新型路基結構的正常使用。