大西高速铁路季节性冻土区路基冻害成因及整治措施

李尚飞

（大秦铁路股份有限公司 太原高铁工务段，山西 太原 030013）

大西高速铁路季节性冻土区路基冻害成因及整治措施

李尚飞

（大秦铁路股份有限公司 太原高铁工务段，山西 太原 030013）

以大（同）西（安）高速铁路高速综合试验段为例，对季节性冻土区路基冻害主要成因、整治措施及其效果进行研究。针对高速综合试验段路基含水量高、细颗粒含量大、所处区域长期低温而导致路基出现冻胀进行分析，采用封闭轨面渗水裂缝、清理电缆槽泄水孔、增设基床表层排水孔和基床底层排水盲沟等措施进行整治。分析对比病害整治区段同一位置的年度最大冻高数据，证明提出的路基冻害整治措施可行并有效。

大西高速铁路；季节性冻土区；路基冻害；整治措施；高速综合试验段

0 引言

高寒地区路基冻害一直是交通工程中存在的主要问题，也是影响冻土地区铁路和公路各项技术指标及行驶稳定性的控制因素。特别是在季节性冻土地区，路基随季节变化而反复出现冻胀融沉现象，容易产生不均匀冻胀，从而导致路基高低不平，严重影响行车安全。我国季节性冻土分布很广，约占国土面积的53.5%。研究季节性冻土地区路基土体的冻胀机理，分析其影响因素，寻求合理有效的防治措施，具有重要的现实意义[1-6]。

1 路基冻害概况

高速综合试验段（K164+800—K251+466）起自原平西站，经忻州西、阳曲西站至歇子寨大桥台尾，正线全长86.666 km，其中路基长16.798 km，占19.38%。2015年冬季是大西高速铁路开通后的首个冻融期，进入冻害爆发期，动态检查车检测出的偏差处所急剧上升，全线Ⅱ级偏差平均每日增加10个，Ⅰ级偏差平均每日增加25个。进入冻害稳定期后，全线发生冻害47处，其中路堑地段占81%，累计4 266 m，平均冻高5.9 mm，初期监测最大冻高15.0 mm。

2 路基冻胀原因[7-10]

（1）基床中含有细颗粒。现场调研发现，基床表层级配碎石中含有大量黏性颗粒，颗粒粒径对土体冻胀影响显著，为基床冻胀提供了条件。

（2）低温时段长。根据忻州气象局资料，忻州地区历年最冷月平均气温-8.8 ℃。忻州地区2015年10月—2016年4月平均气温偏低，其中2016年1月24日的气温为-16.8 ℃，接近历史最低气温。

（3）水分补给。路基中水分的含量是冻胀产生的重要因素，水的来源主要是地下水和大气降水。由于路基封闭层存在混凝土裂缝，大气降水渗入基床，导致路基中含水量升高。

高速综合试验段的路基含水量高、细颗粒含量大，且所处区域长期低温，导致路基发生严重冻害。

3 整治措施

路基冻害整治措施横断面示意见图1。根据轨面防水、路基内排水的原则，采用缝隙封堵、疏通基床表层排水和基床底层盲沟排水措施，并对冻害严重路段进行冻胀监测，检验冻害整治效果。

3.1 轨面渗水裂缝封闭

根据高速铁路无砟轨道离缝发生和发展特点，采用变形协调能力强、粘结性能好，并具有一定自愈合能力的密封材料，对封闭层出现的温缩型裂缝和封闭层与底座板、底座板与轨道板间的施工型离缝进行整治。

3.2 电缆槽泄水孔清理

清理电缆槽泄水孔、线间集水井横向排水管和基床表层泄水孔，使其排水畅通，更换损坏的排水管，使路基中的水能够及时排出。

3.3 增设基床表层排水孔

基床表层底部按泄水坡度垂直线路方向钻孔，成孔后清孔，并安装透水土工布包裹的开孔排水管至线间，排水管间距2 m。

图1 路基冻害整治措施横断面示意图

3.4 基床底层排水盲沟施工

排水盲沟剖面示意见图2。

图2 排水盲沟剖面示意图

（1）测量放样。根据排水施工平面定位布置图，进行施工测量放线，在地面定出排水沟的开挖边线，增设施工平面和高程控制桩，并根据沟槽设计及土质情况计算出开槽宽度和深度。

（2）开挖沟槽。测量放线后开挖沟槽。挖深由测量人员检测进行高程控制。采用以机械为主、人工为辅施工。开槽时应同时采取防水、排水措施，避免槽底进水浸泡。应尽量缩短开槽的暴露时间。开槽后不能立即进行下一道工序，应保留10～30 cm的挖深，待下道工序施工前整修为设计槽底高程，同时应预留约20 cm，采用人工清挖。严禁扰动槽底，如果发生超挖，应按设计要求进行回填。开槽过程中应经常检查槽帮是否稳定，一经发现变形、裂缝或支撑走动，必须立即停止施工进行处理。

（3）夯实沟槽土基。沟槽开挖达到设计深度后，沟底土基采用打夯机配合人工进行夯实，并进行找坡处理。

（4）基床底层横向排水管安装。在侧沟路基侧及下部设置盲沟，并间距2 m钻设横向排水孔，成孔后安装排水管。排水管直径100 mm，管体开孔，采用透水土工布包裹。

（5）浇筑混凝土垫层。在排水盲沟槽底铺土工布，上浇5 cm厚C25混凝土，并再次对垫层顶面进行坡度检验，以保证水沟排水通畅。

（6）混凝土排水管安装。按设计铺设管长4 m的混凝土管，并采用混凝土浇筑固定，同时在混凝土管表面采用砂浆顺坡，使下渗水能顺利流入混凝土管。

（7）敷设土工布。将土工布铺入沟内。铺放土工布时沟面上应留有土工布卷边，以包裹碎石填料。土工布之间的搭接长度应留30 cm，以保证过滤效果。土工布敷设时应采取适当的固定措施，防止充填碎石时土工布移动。

（8）碎石充填。垫层达到一定强度后，选用粒径为5～10 cm的碎石铺满沟槽。

（9）原有水沟结构恢复。碎石回填完毕后，在碎石顶部铺设保温板，进行水沟钢筋绑扎和模板支护，而后测量、放线，保证水沟沟底坡度与原有水沟顺接，最后对水沟进行浇筑。

4 高速综合试验段路基冻害整治效果

分析对比病害整治区段轨道检查车2015年和2016年同一位置的年度最大冻高数据（见图3），发现2016年最大冻高比2015年有明显降低，满足线路安全运营要求，证明该路基冻害整治措施可行并有效。

5 结论

（1）综合试验段（K164+800—K251+466）的路基冻害产生原因是路基中细颗粒含量较多、路基含水量较高、区域温度低且持续时间长。

图3 同一位置的年度最大冻高数据

（2）采用“轨面裂缝封闭+疏排基床表层滞水+修建排水盲管”的冻害整治措施可行，有效解决了路基冻害问题。

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Causes o f Frost Heaving o f Subgrade in Seasonal Frosted Sections of Datong-Xi’an HSR & Solutions

LI Shangfei
（Taiyuan HSR Track Maintenance Depot，Daqin Railway Co Ltd，Taiyuan Shanxi 030013，China）

This paper takes the Comprehensive HS Test Section of Datong-Xi'an HSR as an example and looks into the main causes of frost heaving of sub grade in seasonal frosted sections and solutions of the problem. Given the fact that the high water content and high fine particle content in the comprehensive HS test section and the long-term low temperature in the area lead to the frost heave of the sub grade, this article proposes solutions such as sealing water leaking cracks on the rail surface, cleaning the drainage openings in cable trough and opening drainage holes on the surface of the sub grade bed and blind ditches of drainage on the bottom layer of sub grade.It also compares the maximum height of frost heave in one year at a location in the section with that of another,and con firms that the solutions put forward in the paper are workable and effective.

Datong-Xi'an HSR；seasonal frosted sections；frost heaving of sub grade；solutions for treatment；comprehensive HS test section

U216

A

1001-683X（2017）09-0109-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.09.109

高铁联合基金项目（U1434211）；铁道科学技术研究发展中心项目（2016YJ032）

李尚飞（1988—），男，助理工程师，本科。E-mail：825330892@qq.com

责任编辑 李葳

2017-06-11