寒冷地区既有路基冻害分析与整治

姜金胜

（黑河铁路〈集团〉有限责任公司工务段 黑龙江 黑河 164300）

东北地区隶属寒带，既有铁路路基冻害成为线路维护主要难题针对寒冷地区铁路运营特点，对冻害路基进行处理，必须采用经济、可靠的加固手段，使路基土的湿陷变形停止、承载力满足上部结构荷重的要求。

1 冻害对线路的危害

1.1 解冻时土的性质

冻土在解冻时颗粒间的粘聚力发生很大变化，同时冰夹层冰透镜体和冰的其它包裹体从坚周的状态变化为液体，使土的结构发生巨大变化。这是由于冰变成水，冰的胶结作用受到破坏，土的强度降低，承载力下降，解冻土发生沉降。由于土的类型不同，路基发生不均匀下沉。

1.2 对线路的危害

每年10月份即将进入冻结阶段，随着气温的下降，路基土层中水分逐渐冻结，冻结层对下层未冻土中的自由水有较大的吸附作用，较高的地下水源源不断地补充到冻结层，甚至从冻裂缝中溢出，这时第一层潜水在流动过程中遇到路基而被阻，在线路外侧地层比较薄弱或地面被冻裂处地下水冒出地面而冻结成冰，使冻结层中的冰晶体逐渐长大、坚实，由原来的针状样连接成厚3mm－5mm断续相连的冰层。冻体的冻胀量远远大于路基土的孔隙率，造成路基冻起，形成线路左右股冻高不一致，线路偏跨。随着气温的继续下降，冻害也相应增大，严重威胁着铁路运输的安全运营，由于冻高变化速度很快，工务人员不得不随着气温的降低，逐渐加大冻害垫板的厚度，直到第二年春天，随着气温回升，再逐渐减小所垫冻害垫板的厚度。每年春季，路基全断面融化时，路基开始产生融化下沉，每当列车通过时从轨枕下面挤出的泥浆四处飞溅，钢轨、轨枕及路肩到处都是溅出的泥浆，同时也严重污染了道床。在列车荷载的不断作用下，线路大量下沉，线路双股下沉量不均等，甚至形成翻浆冒泥。偶遇阴雨连绵或短时大雨的天气，路基饱水后成稀释状态的泥浆，再加上路基排水设备不完善，线路两侧原有侧沟已经破损严重。为了保证行车安全，工务段在该地段都要安排专人昼夜进行监护，随时组织力量进行抢修，每年都耗费了大量的人力、物力和财力，给线路的维修养护带来许多困难。

2 路基冻害的整治方案

路基表层冻害的防制措施基本上分为三大类：

2.1 排水及隔水

目的在于排除地表水或降低疏导地下水及隔断下层水以消除或减少路基土体的冻胀。其类型有地表排水，具体措施是侧沟、天沟、排水沟、跌水、吊沟、排水槽、截水沟及取土坑排水等；基床排水，具体措施有基床整形(平整基床及路肩)、挖除道碴陷槽、路肩换渗水性土壤、加设横向盲沟、砂井、纵向盲沟、横向排水管等；排除地下水，具体措施有塑料薄膜、聚苯乙烯薄板、聚氯乙烯软板、树脂类注入、电硅化层等。

2.2 改良土体

目的是换除路基土体中的不均匀土质，或改良土的性质，以消除或减少路基土体的冻胀。主要采用注浆加固措施。

2.3 隔温

目的是使冻胀性土脱离冻结层或部分脱离冻结层，从而消除或减少路基土体的冻胀。根据路基冻害及融沉产生的原因及特点，确定整治原则是保护多年冻土，采用EPs板保温层、封水桩挡水及开挖大断面排水沟排水相结合的综合整治措施。

1）劈裂注浆法加固黄土路基基本原理

劈裂注浆是利用路基最小主应力面与路基堤轴线方向一致的规律，以土体水力学劈裂原理，延线路纵向布孔，在浆液压力作用下，以适宜浆液为能量载体，有控制的劈裂路基土层，在路基内形成密实、连续、稳定具有一定厚度防渗固态土体改良层，同时与浆脉联通的所有裂缝、洞穴、碴馕等隐患均可填充密实，从而提高路基承载力及稳定性。

2）整治方法-路基劈裂注浆

20世纪90年代以后，路基劈裂注浆治理下沉及外挤病害的方法逐步得到应用。

（1）注浆孔的设计

注浆孔的平面设计、孔深和注浆倾角，对路基注浆加固的质量控制都具有非常重要的作用。

①注浆孔位的平面设计。注浆孔位的平面设计，主要针对病害路基填筑的材料的不同而决定不同的取值。

②注浆角度设计。注浆角度的选择是根据病害路基情况确定，为了将病害路基中的碴囊、空洞等注满浆液，根据病害路基的具体情况选择注浆管与路基形成15°-60°交角。

（2）注浆前探明路基“再生岩”层

基有下沉地段，都进行了加碴起道，道碴中不可避免的会有一些石粉和石屑，随着列车运行中的振动和冲击，这些石粉和石屑会沉附在道碴囊的顶层，随着雨水的侵入及列车运行中不断振动，聚集的石粉和石屑就形成了一个坚硬致密的壳，笔者暂称之为“再生岩层”。探测方法是：吹风停止后，其压力下降快时，该管所处的位置为道床通畅正常地段，如果压力下降慢或长时间不下降时，该管所处的位置地质情况就比较复杂，也就是说有再生岩存在。

（3）注浆前探明道床厚度

一般情况下，探测道床厚度的主要手段还是挖探坑法：在道床中心或坡脚挖探坑，其位置为注浆管头位置或注浆管投影位置，其深度为道床厚度且不低于轨枕底面下0.5m处。注浆时要时刻观察，达到注浆标高后立即停止注浆。

（4）注浆压力控制

控制注浆压力的变化是保证注浆质量与行车安全的关键。在正式注浆前，应按劈裂注浆的配合比和注浆压力将浆液注入土体。正式注浆时，正常情况下，在一定压力下道碴囊会顺利注满。但当注浆压力持续上升，超过0.5MPa时，在道床探坑底部还未发现浆液，说明该处有再生岩，必须立即停止注浆，并拔下注浆管，排放气体。如此时道碴囊未注满，则应分二次或三次将其注满。如果注浆压力超过0.5MPa还不停止注浆，有可能其压力突然冲破再生岩壳，而使线路抬高，污染并硬化道床，影响线路的行车安全。

（5）浆液的凝结时间与加固质量

病害路基的浆液，控制在20-30min内凝结。凝结过快会给施工带来困难，会严重影响加固质量；凝结过慢，列车通过时会使浆液反复触动，不利于浆液的凝固，同样会严重影响路基加固的质量。

3 结语

2010年通过采用注浆劈裂治理北黑线K245+120～K245+300路基段，经过近两年的观察，加固效果明显。补强处理后的路基稳定，注浆法加固湿陷性黄土路基无论是在经济还是技术上都是一种切实可行、高效、经济的方案。注浆法所压入路基基床的灌浆材料不随时间的推移而改变，明显地提高路基承载力，降低压缩性，使湿陷性黄土的湿陷性大大减少。

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