寒冷地區(qū)路基凍害原因分析和整治方法 畢業(yè)論文

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1、寒冷地區(qū)路基凍害原因分析和整治方法福前線位于三江平原腹地，西起福利屯站，東至前進(jìn)鎮(zhèn)站，全長226.3KM。路基土質(zhì)不良，大部分為砂粘土、膨脹土、質(zhì)泥土，滲透土差，地下水豐富，加之全年平均氣溫在零下3℃，屬寒冷地區(qū)。路基土質(zhì)為冬季凍結(jié)、春季開始融化、夏季全部融化的季節(jié)性凍土，每年冬季凍害發(fā)生頻繁。所謂凍害，為土體在凍結(jié)過程中因凍脹所引起的病害。由于土中的水在凍結(jié)過程中能向冷凍鋒鋒面遷移，并不斷凍結(jié)排出冰層，且體積增大9%，即造成土體的凍脹，在融化時又會造成土體的沉陷，由于路基土體在融化過程中存在下臥隔水層還會產(chǎn)生翻漿冒泥等病害。因此，路基凍

2、害是嚴(yán)寒地區(qū)分布很廣的線路病害之一，路基凍害的存在，不僅給線路養(yǎng)護(hù)工作帶來一定的難度，而且制約了列車安全、提速、重載目標(biāo)的實現(xiàn)，抑制了鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略的實施。１前言凍害是我段以及哈爾濱鐵路局管內(nèi)分布很廣，表現(xiàn)非常明顯的季節(jié)性病害。就我公司氣候特點(diǎn)，凍害期一般為每年的10月份至次年5月份（見圖1），從凍害的發(fā)展，可以將其分為三個階段，即發(fā)生期（10月15日~12月15日），平穩(wěn)期（12月16日~3月5日）和回落期（3月6日~5月30日）。凍高月份圖1凍害發(fā)展變化圖發(fā)生期，即凍害產(chǎn)生的階段，這一階段凍起高度很大，凍高呈正值快速增長，隨著氣溫

3、的降低凍高速度不斷加劇，一般以11月15日~12月15日前后為變化迅速階段，這一階段對行車安全構(gòu)成的威脅較大，但其是一個上漲過程，檢查人員容易發(fā)現(xiàn)，可以及時進(jìn)行處理。平穩(wěn)期，這一階段氣溫相對較為穩(wěn)定，凍害發(fā)展變化緩慢，其凍起高度相對穩(wěn)定，對行車安全的危害較小，但需經(jīng)常檢查線路，以防天氣的突然變化。18回落期，亦稱凍融期。這個階段隨著天氣的轉(zhuǎn)暖，凍害的變化呈負(fù)增長趨勢，一般每年4月5日~5月30日左右為凍融速度最快階段，因這一階段軌道幾何尺寸的變化不是很大，檢查人員不易發(fā)現(xiàn)，因此這一階段對行車安全的影響最大。２路基凍害的分類２.１按縱向外部

4、形態(tài)分⑴凍峰：路基面在短距離內(nèi)的凍脹高度大于相鄰兩地段的凍脹高度所形成的凸起部分（圖2）。圖2凍峰⑵凍谷：路基面在短距離內(nèi)的凍脹高度小于相鄰兩地段的凍脹高度所形成的凹槽部分（圖3）。圖3凍谷⑶凍階：路基面兩相鄰地段的凍脹高度不同而在連續(xù)處所形成的錯臺部分（圖4）。圖4凍階２.２按橫向外部形態(tài)分⑴單側(cè)凍害：沿路基橫斷面兩側(cè)凍脹高度不等（圖5）。18圖5單側(cè)凍害⑵雙側(cè)凍害：沿路基橫斷面整個凍脹高度大體一致。⑶交錯凍害：在路基縱斷面上相鄰地段的凍脹高度均不相同形成高低交錯的現(xiàn)象（圖6）圖6交錯凍害２.３按凍脹產(chǎn)生部位分⑴道床凍害：由于道床不潔而

5、產(chǎn)生的凍脹，雖不屬于路基凍害的范圍，但其性質(zhì)及對線路的影響，與路基凍害相同。⑵表層凍害：受地表水影響產(chǎn)生的凍脹，發(fā)生在路基土體臨界凍結(jié)深度內(nèi)上半部分。一般凍脹高度較小，表現(xiàn)為“早起早落”型。⑶深層凍害：受地下水影響產(chǎn)生的凍脹。發(fā)生在路基土體臨界凍結(jié)深度內(nèi)下半部分。一般凍脹高度較大，表現(xiàn)為“晚起晚落”型。2.4按凍害高度大小分10~25mm為一般凍害，26~50mm為較大凍害，51~100mm為大凍害，100mm以上為特大凍害。３路基產(chǎn)生凍害的原因分析路基產(chǎn)生凍害的嚴(yán)重程度與路基土體的土質(zhì)、水分、溫度條件、外部荷載等因素有關(guān)，土體只具有上述

6、條件時不一定發(fā)生凍脹，若要產(chǎn)生凍脹，還要具備一個基本條件：已凍和未凍水的體積量必須超過該土體中原孔隙水的孔隙體積。反之，若原孔隙水的孔隙體積小于或等于凍結(jié)水的增加量時，凍脹是不會發(fā)生的。3.1路基的凍害變形與土質(zhì)條件有直接影響粗顆粒的沙礫土具有良好的排水條件，很少產(chǎn)生水份遷移和聚冰作用，凍害變形一般較小。黏砂土若有地下水補(bǔ)給，則往往發(fā)生較嚴(yán)重的凍害，黏土則可能形成較大的凍脹和翻漿冒泥。3.2路基土體中的水分是形成路基凍害的決定性條件18土體的凍脹是因水而形成的，即由兩部分水分結(jié)晶所形成，一部分是土體結(jié)晶前所含水分的結(jié)晶（即毛細(xì)水結(jié)晶），其

7、體積膨脹量為7~9%，另一部分是由于溫度降低所造成液態(tài)水遷移（水分由未凍結(jié)區(qū)向凍結(jié)面遷移），遷移水量及其本身結(jié)冰的體積膨脹的總合，為遷移水量體積的1.09倍。土體凍結(jié)前土體含水量（毛細(xì)水）的體積是有限的，能造成較大的體積膨脹的主要因素是凍結(jié)過程中水分遷移量及其凍結(jié)后的體積膨脹，易凍脹的土體，在負(fù)溫度作用下，未凍結(jié)區(qū)的水分向凍脹區(qū)遷移，一定時間后，遷移水分本身及其結(jié)晶的體積量會超過原孔隙水的孔隙體積，這時就具備了凍脹的充分條件，凍脹可在短期內(nèi)發(fā)生。反之，如果遷移水分及晶體增量達(dá)不到原孔隙水的孔隙體積時，則不會發(fā)生凍脹。3.3氣候條件是形成路

8、基凍害的另一個重要條件氣候條件主要是指氣候的冷熱、持續(xù)時間、降雨量、降雨持續(xù)時間等。氣候條件影響聚冰層的深度、分布，若聚冰層位距路基頂面較深處，一般對路基凍害影響較小。反之，若聚冰層距路基頂面