季节性冻土地区铁路路基防冻胀措施与设计原则

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季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施

季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施

季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施作者:杨帅来源:《建筑工程技术与设计》2015年第14期【摘要】季节性冻土地区的铁路路基冻害会阻碍列车的安全、稳固运转。

本文在分析季节性冻土地区铁路路基冻害分类的基础上,进一步对季节性冻土地区铁路路基冻害的防治措施进行探究,希望以此为我国季节性冻土地区铁路的完善提供一些具有价值性的参考依据。

【关键词】季节性冻土;铁路路基冻害;防治0. 引言冻害是铁路、公路中常见的一类病害,尤其是我国东北区域的铁路路基冬季都会发生冻害现象,危及到行车安全[1]。

一般经常性的是由于土壤性质不同而引起的不均衡,在线路上形成高低不平的各类冻包、单股侧向冻起、双股异向冻起等冻害现象,最终因为土壤融冻回落,土壤中水份重新调节,导致路基翻浆冒泥、道碴陷槽、边坡坍塌与路基塌陷等路基病症。

鉴于此,本文对季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施进行分析与探究具有较为深远的意义。

1. 季节性冻土地区铁路路基冻害的分类1.1冻土地区铁路路基的表层冻害表层冻害主要包括了四个方面的原因,首先是路基基床面不整齐,容易积水。

其次是路基土体的表层是非均匀的质地。

然后是地表水或者地下水给路基的土体造成了不均衡的浸湿。

最后是气温影响导致的冻害,在土冻结时,由于表层土温及冻结速率的不同因而其水分迁移的聚流量和冻胀量便不相同,产生了冻害[2]。

1.2冻土地区铁路路基的深层冻害深层冻害表现的大小与地下水位的高低有关。

当地下水位距基床面近时,则冻胀量大,反之冻胀量较小。

如果地下水位在冻期中下降不多,其本身冻胀很大,当水位又处在水分迁移的距离内,则冻害在冬期末也还能向上冻胀。

因此,深层冻害形成的原因主要是地下水所引起的冻胀差异。

2. 季节性冻土地区铁路路基冻害的防治措施2.1板式无碴轨道建设板式无碴轨道构造属于我国的铁路工程中的一类先进、新型的轨道构造。

它的优势相当明显,包括了列车在运行过程中让乘客非常舒适满意、轨道的品质很好、放置装配非常简单迅速、有很好的抗滑动能力、期间的维护与检修成本较低等。

季节性冻土地区预防冻胀融沉路基结构优化设计分析

季节性冻土地区预防冻胀融沉路基结构优化设计分析

季节性冻土地区预防冻胀融沉路基结构优化设计分析作者:***来源:《西部交通科技》2020年第02期摘要:为了研究冻土地区路基冻胀融沉现象,解决存在于路基的冻胀问题,提高路基整体安全性,文章结合实体工程,对其结构特点和防冻设计进行研究。

结果表明:在一定范围内,冻结率会随着含水量增加而增加;表层级配碎石层是冻胀变形的主要集中部位;根据冻胀观测结果分析可知,增强路基排水能力、设置纤维混凝土防水层和选用不易风化、细颗粒含量较少的路基填料可以提高路基抗冻能力。

关键词:道路工程;预防冻胀融沉;路基;优化设计0 引言近年来,我国高速公路的通车里程迅速增加,其沿线有着较大的区域跨度,各种干线、支线公路分布在冻土地区。

冻土是一种温度低于0 ℃而且土颗粒被冰凝结的特殊土,在温度影响下会周期性冻结融化,其周期性变化会引起路基不均匀沉降,影响上部路网稳定性。

在这种冻土地区易引起公路路基冻胀融沉现象,从而导致严重的路基坍塌、边坡热融滑塌灾害,造成严重的经济损失和影响路线运营。

寒区工程建设是我国基础建设的一个重点,穿越冻土区的线路有青藏公路、青康公路、南水北调工程等,这些工程都饱受土体冻结和融化的影响,所以季节性冻土地区预防冻胀融沉路基的结构优化设计有着广阔前景。

1 季节性冻土区冻胀融沉类型、产生机理和影响因素1.1 季节性冻土区冻害类型(1)表层冻害冻胀量在0.3~0.4 mm范围内,发生在路基土体临界冻结深度上半部分,早冬季节是其高发期,结冻解冻表现为“早起早落”型。

这种冻害产生原因大多是因为路基上表面小坑洼积水的气温变化使积水发生物理变化引起。

(2)道床冻害一般发生在11月,12月停止发展,冻胀厚度在0.1~0.4 mm范围内,会引起坡面隆起、路肩纵向开裂变形。

其产生原因有很多:冻结时水分向上迁移、路基存在积水、道床厚度过小、路基土热传导不均匀以及稳定度较低、地下水与地表水对路基的侵入、路基上表面土压实不均匀等。

(3)深层冻害多发生在晚冬季节,冻期结束后停止发展,属“晚起晚落”型,是由地下水产生的,出现在路基土临界冻结深度内下半部分,其冻胀量在3 mm以上。

季节性冻土路基的冻胀机理及其防治措施

季节性冻土路基的冻胀机理及其防治措施

力学 观点 , 建立 冻胀 土体 的“ 模 型单元 ” [ 5 ] , 按 照是 否
被 冻结 以及是 否具有 稳定 温度 场及水 分场 把季节 性
冻 土划 分为冻 结 区和 未 冻 区 , 同 时按 照 水分 迁 移 的
活跃 程度 把冻 结 区划 分 为 已冻 土 和冻 结 缘 , 已冻 土
及 土 中孔 隙被 填充 等 微 观活 动 , 同时 也 存在 复 杂 的 物 理化学 过程 , 直 到另一个 平衡 态 的建立 , 冻胀便 减
弱 至停止 , 如果 外部 环境 再次发 生变 化 , 冻 胀便继续
进行 , 周 而复始 。 为 了详 尽 地表 述 冻胀 的微 观过 程 , 现 借鉴 冻 土
作者简介 : 江涛 ( 1 9 8 5 一) , 男, 助理工程师 , 毕业 于浙 江 大 学 岩 土 工 程 专 业 , 工学 币 士 , 研 究 方 向 为 铁 路 路基 设 计 。
江 涛
( 中铁 第 一 勘 察 设 计 院 集 团有 限公 司 , 西 安 7 1 0 0 土 地 区修 建 高 铁 时 , 往 往 面 临 路 基冻 胀 问 题 , 现 针 对 我 国 在 季 节 性 冻 土 地 区 高 铁设 计 中 存
在 的冻 胀 问 题 , 梳 理 了季 节 性 冻 土路 基冻 胀机 理 , 分析 了影响路 基冻胀 的主要 因素 , 在 此基础上 , 对 季 节 性 冻 土 路
第一 条 高寒地 区高 速铁路 哈大 高铁 的设 计 和建设 为 例, 在缺 乏其他 国家类似 建设经 验 的情 况下 , 研究 人 员对 路基 结构 、 填料 、 防排 水措施 等 环节进行 了较 为
深入 的研 究 , 总结 了一 套 较 为 全 面 的季 节性 冻 土 治 理措 施 , 推动 了我 国在 相关 领 域 的研 究 深 度 。哈 大

青藏铁路冻土路基分析及防治方法

青藏铁路冻土路基分析及防治方法

青藏铁路冻土路基分析及防治方法摘要:青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路,解决了多年冻土这一世界性工程难题。

冻土是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤,是一种对温度极为敏感的土体介质。

在冻土区修筑工程构筑物面临两大危险:冻胀和融沉。

本文主要围绕修筑青藏铁路过程中的冻土问题,以及从多年冻土区路基沉降变形、冻胀及不良地质环境等方面,系统论述了路基工程的主要病害类型、影响因素和防治方法。

关键词:青藏铁路;冻土;路基;防治方法0 引言我国是世界上第三冻土大国,约占世界多年冻土分布面积的10%,约占我国国土面积的21.5%。

青藏铁路格尔木至拉萨段多年冻土区线路总长约554km,其中,多年冻土地段长度448km,占多年冻土区线路总长的81%,融区地段长度106km,占19%[1]。

外界条件的变化会导致冻土升温,造成冻土内部结构发生变化进而引起冻土承载力降低,最终导致冻土路基会产生裂缝、冻胀、沉降等现象,影响路基长期稳定。

青藏铁路建设面临的核心技术难题之一在于如何在高温、高含冰量多年冻土地基上修筑稳定的线路。

1 青藏铁路沿线的冻土特征青藏高原冻土区是北半球中、低纬度地带海拔最高、分布面积最广、厚度最大的冻土区,北起昆仑山,南至喜马拉雅山,冻土面积为141万平方公里,占我国领土面积的14.6%。

青藏高原多年冻土的生存、发育和分布主要受到地势海拔的控制,随着地势向四周地区倾斜形成闭合的环状。

2 冻土区铁道路基主要病害2.1路基沉降变形沉降变形是多年冻土区铁路工程最主要的病害,其多发生在含冰量大的粘性土地带。

多年冻土区路堤变形的最主要因素是融沉。

积水渗透和路堤本身的热效应会引起路基的融沉。

冻土融沉还与地基土体、含水量、冻土层中粉黏粒含量等因素密切相关。

2.2冻胀季节性冻土区的路基病害以冻胀为主,直接影响到铁路的平顺性,给铁路工程安全带来严重隐患。

影响路基冻胀的主要因素有土质、温度和水分。

黄新文等[2]根据吉珲客运专线路基冻胀变形的监测数据,发现基床排水不畅是引起路基冻胀变形较大的主要因素。

季节性冻土路基冻胀影响因素分析及其防治措施

季节性冻土路基冻胀影响因素分析及其防治措施

季节性冻土路基冻胀影响因素分析及其防治措施摘要:路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象。

通过对土的冻胀机理及影响冻胀主要因素的研究,提出了防治路基冻胀的处置措施。

关键词:季节性冻土冻胀影响因素防治措施季节性冻土指地表冬季冻结而在夏季又全部融化的土。

我国北方地区温普遍较低,季节性冻土分布广泛。

路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象,也是该地区公路主要病害之一。

因此,了解冻胀的机理和影响因素,并寻找防治的途径是十分必要的。

由于冻胀问题比较复杂,涉及因素多,所以必须从理论上去认识和了解冰冻作用的物理力学性质,掌握和发现冰冻作用过程的规律,进而找出防治冻胀措施。

1路基土冻胀的形成机理土是由固体颗粒、液体水和气体组成的三相体。

固体土粒是土的最主要的物质成分,由无数大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起,构成土的骨架主体,称为“土粒”。

在土颗粒之间的空隙中,通常有液体的水溶液和气体(主要为空气)充填。

土在冻结过程中,不仅是土层中原有的水分的冻结,还有未冻结土层中水向冻结土层迁移而冻结。

所以,土的冻胀不仅仅是水结冰时体积增加的结果,更主要是水分在冻结过程中由下向上部迁移聚集再冻结的结果。

重力水和毛细水在0℃或稍低于0℃时就冻结,冻结后不再迁移;而结合水以薄膜形式存在于土粒表面,由于吸附的关系,结合水外层一般要到-1℃左右才冻结,内层甚至在-10℃也不会完全冻结。

所以当气温稍低于0℃时,重力水和毛细水都先后冻结,而结合水仍不冻结,依然从水膜厚处向薄处移动。

当含盐浓度不同时,结合水由浓度低处向高处移动,水分移动虽然缓慢,数量也不大,但是如有不断补给来源,一定时间的移动水量还是很可观的。

水的补给来源主要通过土的毛细作用,由于结合水向上移动,在温度合适时它也被冻结,这就造成冻结后的水分比冻结前的水分大量聚集。

这些水分冻结后就会形成严重的冻胀。

2路基冻胀的影响因素2.1土质对冻胀的影响土的冻胀主要是由于水分的迁移导致的水分大量积聚而引起的。

季节性冻土地区铁路路基冻害及整治措施研究

季节性冻土地区铁路路基冻害及整治措施研究

季节性冻土地区铁路路基冻害及整治措施研究摘要:季节性冻土地区的路基冻害问题会直接威胁铁路的安全行车。

本文重点分析研究季节性冻土地区铁路路基冻害的部位,以及如何采取相对应的方法进行整治和处理,以供参考。

关键词:季节性冻土;铁路路基冻害;整治措施1 季节性冻土地区铁路路基出现的冻害部位情况分析(1)表层冻害1.1.1 表层冻害的特点对表层冻害的特点进行分析,可以发现通常条件下隆起的高度能达到10毫米到40毫米。

对我国内蒙古某地区铁路局的具体数据进行分析,通常在11月份上旬开始出现表层冻害,最晚到12月份下旬这种冻害情况发展停止,在第2年的4月份到5月份产生回落。

出现这种表层冻害会产生一定的危害,可能会造成路肩纵向出现开裂、变形等问题,导致基床表层的土地强度无法达到要求,从而造成沉陷等问题的产生,导致坡面出现变形,造成土体强度下降。

1.1.2 表层冻害形成的原因1)由于基层填土的土质不均匀造成了基床出现强度不一的情况,因为列车行驶的过程中载荷较大,导致降水之后无法有效地排出,水分向基床主体当中渗入,这样就会导致基床当中的土体渗入水产生结冰等情况,在结冰之后体积出现膨胀。

另外水分又补给给冻结封面,这样水分会与冻前相比进一步增大,产生冻害等问题。

2)路基坡面的表层使用的主要是非匀质土,因为路基填料方面使用的各不相同,在建筑的过程中,夯填的密实度和涂层的厚薄也有一定的区别,这就造成填料的各个层次,填料的结构等相关条件又有一定的偏差,在冻期产生水分聚积、迁移等情况,造成冻胀量各不相同,最终产生坡面冻害。

3)气温会对土的冻结产生较大的影响,由于日照、地质、地形等各个方面的不同,路基在不同部位具有不同的热交换,在阴坡、阳坡各不相同,在土体冻结率方面也有较大的影响。

在土冻结的过程中,因为冻结速度以及表层土温各不相同,最终出现了冻害。

1.2 深层冻害路基深层冻害出现的时间相对较晚,一般在冻期后半段出现。

以内蒙古某地区铁路管理局地区进行分析,发现冻害主要产生在12月份中旬,在冻期末,这种动态情况才能得到控制,深层冻害的出现主要和地下水相关,如果没有地下水,也不会出现较大的影响,即使土质之间有一定的偏差,由于下部主要出现脱水等情况,也就不会产生非常严重的冻胀问题。

季节性冻土区铁运客运专线路基的冻胀特性分析与措施

季节性冻土区铁运客运专线路基的冻胀特性分析与措施

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℃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km 2,季节性冻土区约有528万km 2,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,因而温度是发生冻胀的前提。

只有负温,但含水量很小也不会产生冻胀。

季节性冻土地区高速铁路无砟轨道路基冻胀的预防

季节性冻土地区高速铁路无砟轨道路基冻胀的预防

季节性冻土地区高速铁路无砟轨道路基冻胀的预防王应铭【摘要】T he paper outlines the general features of ballastless track andits reaction to frost hazard. Possible reasons behind,includingclimate,environment,geological conditions,depth of freezing,type of filling,moisture content, subgrade structure and embankment height are studied. Alongside that,it studies issues like line selection,correction of freezing depth,elevation of subgrade surface and anti-frost filling,so as to underline the key topics in experimental study. All in all,the paper intendsto conclude favorable solutions to the frost heaving problems ballastless track suffers in areas with seasonal frozen soil and lay out ground for future study.%围绕季节性冻土地区高速铁路无砟轨道路基冻胀预防问题,简述了无砟轨道的特性及冻害对无砟轨道的影响。

分析了气候环境、地形条件、冻结深度、填料类别及含水率、水、积雪、路基类型、路堤高度等使路基产生冻胀的因素,并重点对线路选线、标准冻结深度综合修正、路基面高程、抗冻填料等进行了论述,提出了有待试验研究的问题。

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3. 2地 下 水的 处理
路 堑 通 过 地 下 水 发 育 地段 , 决地 下 解
水 对 路 基 的影 Ⅱ 比较 突 出 的 问 题 。 主 向是
要 采 取 以下 措 施 : 1) 置 防 渗 隔 断 层 设
mm。 冬季 严 寒 ,每年 1 1月到 翌 年 3月 为冰 冻 期 ,无 霜期 9 — 4 5 1 5天。年 平 均气
温一 7 2.~56℃.一 月份 平均 气 温 一1 C 88。
— 一
东 南 起 内 蒙 古 兴 安 盟 科 尔 沁 右 翼 前 旗 既
2 ℃ ,属严 寒地 区 ,极 端 最 高 气 温 84
路 堑 换 填 及 处 理 要 求 :当 有 害 冻 结
深 度 范 围内地 基 土 为不 ; 胀 ( 级) 弱冻 东 J 、 胀 ( l 时 ,可 以不换 填 非 ; 土 :当地 1 级) 东胀 基 土 为 ; 土 时 , 自基 床 表 层 至 有 害 ; 东胀 东 结深度范围内挖除换填非; 土。 东胀
平 均 降水 量 4 2 6 4 mm ,蒸 发量 为 1 9 . 7 8 分 析 与设计 ,结合 路 基高 度 、填 料 及地 基 6
6 中国勘察 设计 8
文 章编号 :Z S 2 5 6 K0 3 0 8
23 冻结 深 度 的确定 .
有 害 ; 深 度 一 般 采 用最 大 ; 深 东结 东结 度 的 0 6~ 5 0 g ,结 合 当地情 况 和 既 有线 经 验 采用 H O 7 ×最大 ; = 东结深 度 。
向 ,DK 4 + 0 一DK1 8 5 14 7 0 6 +2 0段 为 低 山 丘
冻结 深 度 2 4 m。 9
要 工 程 措 施
季 节 性 冻 土 由于 路 基 填 料 、 含 水 量 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 :温 度 升
一 考 题 研
5 e iI e e h p c ̄ s 0 c R
季 节 性 冻 土 地 区铁 路 路 基 防 冻 胀 措 施 与设 计 原 则
T e Ani f s e s r n e in P icpe f h t—r t a u ea d D sg r ilso ・ o M - - n R i yS b r d e s n l r z nS iAr a al u g a e i S a o a o e ol e wa n F
陵区 ,D 1 8 2 0 D 2 3 5 0为 中低 山 K + 5 一 K 4 + 0 6 河流宽谷 区。
1 气候特征 .
该 地 区地 处 欧 亚 大 陆 中纬 度 内 陆 ,
高 融 化 时,土体 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
3 路 基 防 冻 胀 设 计 原 则 .
3 1路基 基床 的 设计 .
路 堤 填 料 要 求 :路 基 高度 大 于 有 害
; 深 度 时 , 从 基 床 表 层 至 有 害 冻 结 深 东结
图1
度 范 围内 ,填 筑 非冻 胀土 ,当填 高 小于 有 效 冻结 深度 时 ,下挖 至有 害 冻结 深度 ,换 填非; 土。 东胀
姜 延庆 中 铁 工 设计 咨 询集 团 l 州设 计 院 郑 有 限 公 摘 要:结合白阿线芒罕屯 ( ) 含 至明水河 ( ) 含 段既有铁路扩能改造性 冻 土 地 区 路 基 防 ; 的具 体 措 施 。 东胀
Ac or n o pr tc iu tonofem er c dig t ac ial t a i s genc ap ci yc a t y—exp si an 0n engieern ort e n ig f h exs i al ayofM an itng r i w gha u o M i shuhe s ton, t e pa nt n t ng i ec i h perpoit hean i n soutt t— fos ea r fri a ub ade i a on l r z oia e r tm su e o al y s gr n se s a o en s l r a. w f
r 、L T
W ,l l, L
关键 词 :季节 性 冻 土 ,路 堤 ,填 料
s as a r z i em ba m en ,fl e on I o ensol f , nk t ier l
引 言
改 建 铁 路 白 阿 线 芒 罕 屯 至 明 水 河 段
扩 能 改 造 工程 位 于 内蒙 古 自治 区东 J  ̄] B I ,
有 白 阿 线 芒 罕 屯 车 站 ,穿 猛 鹫 山 至 兴 安 4 o , 03 C 极端 最 低气 温 一 4 5 。土壤 最 大 4 ℃
盟 科 尔 沁 右 翼 前 旗 德 伯 斯 镇 ,沿 洮 儿 河 逆 流而 上 ,经 索 伦镇 、 白海 、吉 拉 斯 台至 终 点 阿 尔 山 市 明水 河 镇 ,呈 东 南 西 北 走 2 路 基 冻 胀 的原 因 分 析 及 防 冻 胀 主 .
北 温 带 中部 , 属 中 温 带 大 陆 性 半 干 旱 季 成 下沉 、 翻 浆 冒泥等 病害 。 无论 是 冻结 还
风气 候 ,常 年 受 西北 部 蒙 古 高 气压 控 制 , 是 融 化,给 铁 路线 路 的正 常 运行 都 造成 了 大 陆性气 候 较强 ,寒暑 变 化剧 烈 ,春 季 干 安 全 隐 患,也 额 外增 大 了养 护费 用 。 旱 ,夏热 多 雨 ,秋 季凉 爽 ,冬 季 干冷 。年 本文对该段路基进 行防冻胀措施 的
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