冻土层的形成和控制措施

1根据纬度和海拔高度的不同也可以将冻土划分为几类。由地面向下，每年冬季冻结到一定深度，当夏季来临时这一冻结深度又全部融化的土层叫做季节性冻土。如果该土层冬季冻结后，在二、三年的夏季内，才能完全融化的叫做隔年冻土；当土层的冻结状态持续在二年或三年以上，夏季内也不能完全融化的称为多年冻土。我国的多年冻土多分布在东北大、小兴安岭北部、青藏高原及西部高山等地区。在东北冬季长、夏季短，有茂密的森林，为多年冻土的存在提供了条件；而在青藏高原和西部高山则主要是受当地海拔高度的控制，具明显的垂直分带。在湿土冻结过程中，路基土体中的水分及因冻结向冻结峰面迁移来的水分冻结而引起体积膨胀，使得路基基床土体胀起，通常对这种胀起的现象称之为冻结膨胀（简称冻胀）。我们管内大部分线路都铺设在多年冻土地带之上，路基冻害较为严重。主要表现形式为在冬季路基土体冻结时，除路基（纵、横断面）在短距离地段内产生不均匀冻胀或路基发生冻结裂缝外，还存在着冰椎、冻胀丘、路基融沉及路基边坡滑坍等一些独特的表现形式。冻害发生发展时期，一般从每年10月中旬起至次年7月中旬止全部回落完。对铁路线路影响很大。为确保行车安全，每年都必须投入大量人力物力用以处理路基冻害。根据历年调查统计报告，管内现有冻害207处，其中冻害高度50MM300MM的冻害6处、50MM以下的冻害198处，冰椎3处。冬季线路冻胀凸起，冰椎则流水成冰，冰水漫及线路，影响行车，为了预防冻害事故的发生，在冬季需派人看守观察和组织刨冰，每年仅用于刨冰的工数就达5000多工日。夏季路基融沉病害情况严重，在管内就有200多处严重下沉地段。有的地段融沉很快，几天就得抬道一次，全年累计下沉达200300MM，情况严重的，如潮乌线8KM，在1972年曾发生过5小时内，路基连续融沉达14M，造成机车颠覆事故。每年用于路基融沉抬道的砂石料数量达3万多立方米，使用的劳力有2万多工日。由此可见，路基冻害的存在，不仅增加了维修劳力，影响了正常维修，加大了维修成本，而且使得线路质量下降，直接影响着行车安全。因此，严寒地区铁路，做好冻害的防治工作。包括“春融乱道”的防治，是线路养护维修的一项重要工作。第二节路基冻害防治措施的应用随着冻土区域工程规模的日益扩大，人们对路基冻害的发生发展规律及其防治措施进行了重点的研究工作。多年来我国科技工作者在路基病害防治研究中，经过不懈努力，积累了一些观测和试验研究资料，并总结出大量的防治经验，为路基冻害整治措施的设计提供了宝贵的依据。如在近年西部大开发战略实施过程中，铁道部根据东北地区冻土实验资料，对大兴安岭地区多年冻土分布的基本特征与青藏高原多年冻土情况进行了比较和论证，并在青藏高原的路基设计、工程施工以及病害防治中进行了借鉴，节省了大量的人力、物力、财力，取得了显著的效果。随着科技高速的发展，新的建筑材料，新的技术层出不穷，在路基病害防治中得到了广泛应用。为全面提高路基冻害的整治和预防水平提供了有力保障。第二章路基土体的冻胀规律冻胀是一个物理力学过程，土冻结是由于水热动力变化而产生的应力应变状态。冻胀时能够引起铁路线路变形而形成冻害。当已冻胀的土融化时，由于融土的透水性和压缩性提高而使其承载力显著下降，当水分过饱和时又会产生路基基床翻浆冒泥。因此对冻胀发展变化规律的研究就极其重要。第一节土的冻胀所谓土的冻胀是指含水湿土或非岩质土土壤由于水结晶并生成冰层、冰透镜体、多晶体冰晶等形状的冰侵入体，导致它的内部体积增大而言。2种土体积的增大是由两部分水分结晶所形成一是土体中冻结前所含的水分结晶，体积膨胀9；另一部分则是由于负温度下降，造成液相水迁移，起义水量及其本身结冰的体积膨胀，为迁移水量体积的109倍。土体冻结前原有含水量所形成的体积膨胀，是有限的。能造成较大的体积膨胀是冻结过程中的水分迁移量及其结冰体积的膨胀。一、土冻胀的必要和基本条件土在冻结过程中不是都能产生冻胀的，产生冻胀是有条件的。如果条件充分则其冻胀量大，反之则其冻胀量小或不冻胀。因此土的冻胀，一般应当具有土、水、温及力四个条件。即11严寒的气温；12对冻胀敏感的土13土中含有一定量的水分14一定的压力。具备这四个条件并不一定都会产生冻胀，但产生冻胀却必须有这四个必要条件。实践证明当已冻和未冻水总体的增量超过了该土体原来无孔隙水的孔隙体积时，才是土冻胀的基本条件。如果无孔隙水的孔隙体积大于或等于结冰水的增量，便不能产生土的冻胀。由此可见，适合于冻胀的土，虽然冻前含水量尚未达到冻胀起始含水量的程度，但在负温条件下未冻结区的水分向冻结区迁移通畅，在一定时间后，迁移水分本身及其冰晶的体积增量能超过无孔隙水的孔隙体积。这时就具备了冻胀的充分条件，冻胀可在短期发生，甚至较大。二、冻胀机理及影响因素1、冻胀机理土冻结时在一定条件下会发生下部土体的水分向冻结峰面转移的现象，即水分迁移，并析出冰层造成冻胀。解释水分迁移的学说很多，目前普遍认为起主要作用的是“薄膜水迁移机理”。物理学认为，由于土颗粒的电分子引力作用及水分子的双极构造，当水和土颗粒接触时，会在土颗粒表面形成一薄膜水层，最里层的水分子吸附力最大，为强结合水，水分子不能自由活动也不冻结；而外围的水层为弱结合水，可以在水分子力作用下运动和在负温下冻结。一般在土中，由于土颗粒间距离很小，甚至互相接触，可以形成公共水化膜，这时它们的弱结合水层便会在土颗粒和水分子引力作用下达到相对的平衡状态。当上部土体发生冻结时，由于形成冰晶，就从靠近冻结峰面的土颗粒外围的水化膜中夺走一部分水，以恢复平衡，所以在冻结过程中，增长着的冰晶不断地从邻近的水化膜中多走水分，而相邻的厚膜中的水分子又不断地向薄膜补充。这样，不断地依次传递就形成了冻结时下部土体的水分向冻结峰面的迁移。这个机理还解释了土中水的冰点一般低于0，有一个相转换区；冻土中仍存在一部分未冻水及在一个相当的负温范围内始终发生着冻结现象等的原因。2、影响土冻胀的基本因素土冻结过程中的水分迁移是一极其复杂的现象。在这一过程中，影响水分迁移量的主要因素有四个方面，即土、水、温和力。21土质条件对冻胀的影响冻胀的一个重要物理指标是土的分散性，即表示矿物成分形状，粒度成分及结构特性的土的离散性强度。根据土颗粒同水相互作用的主动性，土具有不同的冻结变形能力。通过大量的现场观测得知一般情况下，颗粒粒径大于01MM组成得碎石、砾石、砂类土，无冻胀性或冻胀很小；颗粒粒径小于01MM组成得粘性土有较大的冻胀性；特别是粉、粘粒含量大于15、容重较小的粉质土冻胀性最强烈。3另外土的密实度对冻胀有着一定影响，在同一含水量下，干容重不同，冻胀系数可相差很大。其变化规律，在相同条件下，冻胀系数随含水量的增大而增大。22水分对冻胀的影响在土冻结过程中，水分这一内在因素是影响冻胀的很主要因素。土中有水分是造成冻胀的必要条件，但含水的土不一定都会有冻胀。只有在土的含水量达到或超过一定的数值后，才发生冻胀，在有地下水补给时，就会发生强烈的冻胀，因此，含水量的变化直接左右着土的冻胀强度。23温度对冻胀的影响温度是冻胀的四大要素之一。温度特征，在土冻胀过程可由温度间隔（梯度）来表示，温度变幅的极端值，即冻胀过程的起始温度及冻胀停止温度。实践证明，这个温度变化幅度相当大，它取决于土的分散性、骨架特性、土的水理和物理化学性质。所谓温度对冻胀的影响，主要是指环境温度对路基土体冻胀的影响作用。其作用有一是土层内的冷却速度（冻结速率）与冻胀的关系。冻结速率直接影响冻胀率，冻结速率快时冻胀率小，但也不是冻结速率越慢则冻胀量越大。而是对某一种特定条件的土，都有一个最适宜的冻结速率，在这个冻结速率下的冻胀量最大；二是在整个相转换区内各种土温（包括温度梯度）与冻胀的关系。当土层温度处于相转换区，且冻结速率较小时，土中水分迁移的条件最充分，可以形成较大的冻胀。24外部荷载对冻胀的影响外部荷载对冻胀具有压抑或防止的作用。因为在荷载作用下土被压密，使土的起始温度降低、初始含水量减少，且水分迁移过程也受到抑制。这是强夯法能防止冻害的基本原因。第二节冻结深度的调查及计算方法1、冻结深度的调查可靠的方法是实地勘测，观测的仪器有冻土仪、地温仪及直接挖验观测。由于受气温变化的影响及存在的滞后现象，冻结深度是一个变化值。测试及挖验一定要注明时间，表示当时的冻结深度值。最大冻结深度出现在最低月平均气温之后，并随冻结深度每增加1M，滞后近一个月，一般在三、四月份。2、冻结深度的计算工业与民用建筑地基基础设计规范（TJ774）中的冻结深度计算公式是Z028TM705（M）式中Z冻结深度（M）TM低于0的月平均气温的累计值（取多年平均值），以正号代入。这是斯蒂芬公式的简化形式，使用时根据地区土质的类型，对式中的三个常数进行修正，以获得更好的精度。第三章严寒地区路基冻害的分类及成因在冬季，路基道床的冰冻，由于局部水文、地质条件的不同，在短距离内产生不均匀的冻胀，这种不均匀的冻胀就会导致线路的不平顺或轨向不良。因冻胀的差异而使冻害的表现形式也不相同，具体分类情况如下第一节路基冻害的分类不均匀冻胀所形成的局部差异，从线路纵断面上区分，其外部表现形式主要有三种、冻峰路基道床在较短距离内的冻胀高度，较大于相邻两地段的均匀冻胀高度，所产生的冻害。（图1）、冻谷路基道床在较短距离内的冻胀高度，较小于相邻两地段的均匀冻胀高度，所形成的冻害。（图2）、冻阶路基道床的两相邻地段，其均匀冻胀高度不同，在两不同冻胀高度的交换点处4所形成的冻害。（图3）在横断面上，往往由于两股钢轨下道床的脏污程度不同或因道碴陷槽的贮水量的不同，发生冻胀的差异，也会产生交错冻害或单侧冻害。图1图3夏季轨面线图2冬季轨面线从构造上，冻害还可以划分为以下三种道床冻害主要是道床不洁、脏污严重。约占冻害的50左右。其时间特点是冬初（10月中旬）即开始冻胀，而在冬季上半期（11月上旬）后即基本稳定。表层冻害是指产生在路基基床土体的临界冻结深度的上半部分即基床表层的冻害，其深度一般是从路基基床面向下至08M范围内。表层冻害的冻胀高度一般为3050MM，很少有50MM以上。其时间特点是大多在冬季上半期（11月12月中旬）即能发展到顶点，而解冻时（4月中旬5月中旬）又首先回落。根底冻害是指产生在路基基床土体的临界冻结深度的下半部分，即路基基床面08M以下为冻结所形成的冻害。冻胀较大，一般约在50MM100MM左右以上，大小主要与地下水位的高低有关。其时间特点一般根底冻害产生的时间较晚，在冬期的后半期（12月中旬以后）产生，直到冬季末甚至更晚才能停止达到稳定。另外，在多年冻土地区，还会产生一些特殊的病害如路基融沉、冰椎（管内较典型的有朝中282KM冰椎、冷不路12KM冰椎）等。第二节冻害成因一、道床冻害道床冻害冻起高度一般在25MM以内。近年来，由于运量的增加和列车速度的提高，道床污染板结日趋严重，导致了道床冻害的数量逐年增多。1、产生成因主要是道床污染引起的排水不良造成冻害。、道碴本身的质量问题引起的道床污染。由于我们管内道碴多以石灰岩为主，含少量的风化石。按照铁路碎石道碴要求，石灰岩各项技术指标均达不到级道碴标准。石灰岩属碳酸盐类，抗冲击、抗压碎等性能差，易碎粉尘遇水溶解形成胶汁，影响排水，导致冻害。、列车运输引起的道床污染。一是列车动载频繁冲击振动，使道碴相互磨擦，产生碎石粉末。二是由于列车上的散装货物，如砂子、煤炭等货物散落而污染道床。三是高坡大岭地段较多，列车制动减速，由于机车撒砂和闸瓦粉屑落入道床，加速了道床板结等病害的产生。、路基翻浆冒泥引起的道床污染。翻浆冒泥使道床中石碴粉末增多，路基上的污水与石碴粉末接触化合成一种胶汁，把脏物和石碴粘结在一起，造成排水不良，道床板结。、因早期设计标准低及日常维修更换枕木等原因，导致道床厚度不足，在列车荷载的作用下形成道碴囊。由于以上等原因，从而使道床中形成了不透水层或道碴囊，秋季降雨时，雨水流入道床，并滞留在其中。当气温下降时道床冻结，又因含泥量过多，部分道碴孔隙被填充，为冻结时水分的重分布提供了条件。当路基土体冻结时，在道碴囊中抽吸水分，大量聚水成冰，当超过了道碴孔隙的容量时，就产生道床表面冻胀臌起。又因线路上水沟和水囊等存水量的不同，以及线路朝向的不同，使冰冻速率和深度及吸入的水量也不等，因而引起冻胀高差，最后表现为短距离内的冻胀高度不等而形成冻害。5二、表层冻害表层冻害，主要是指产生在路基基床土体的临界冻结深度的上半部分的冻害。是寒冷地区比较常见的冻害形式，冻起高度一般较小，表现为“早起早落”型。一、形成原因1、路基基床面不平整,易积水11路基基床面土的压实不均匀固结的不均匀12路基基床面表层与道碴接触处被浸湿，承载力降低；13路基基床表层，冬季冻结时水分向上迁移，在春季时引起了土结构的变化；14道床厚度不足；15路基受列车冲击与振动的影响，使得具有适当含水量的粉性土发生触变性的液化；由于以上原因，造成路基基床面积水，水分渗入基床表层，土层含水量增大，超过了起始冻胀含水量，同时在表层中水结冰，体积膨胀时，水分又向冻结峰面补给，使水分比冻前增加较大，形成冻害。2、路基土体的表层为非均质由于路堤土质来源不同，且在填筑时，土层厚薄和夯填密实度也不同；路堑土体虽然是自然形成的，但土的覆盖堆积厚度及层次是不完全相同的。在冻期，经水分迁移、聚积时，由于这些土质、结构、层次等条件的不同，其聚流量也不尽相同。产生的冻胀量也不等，从而形成冻害。3、地表水或地下水对路基土体的不均匀浸湿31路基基床面不平整，积水不等形成的冻害当路基基床面形成道碴陷槽或道碴囊时，秋季降雨，水分掺入土中，其中水本身冻结时冻胀量并不大，而是这部分水，在冻结期间向冻结峰面迁移积聚。由于道碴所形成的基床面不平整，因而各部分抽吸的水分多少不等，冻胀量不同，形成了冻害。32路基两侧积水形成冻害如果路基两侧积水量相等，土质均匀，冬季冻胀量很大，不一定形成冻害。若土质均匀，但两侧积水的水位及深度范围不同时，由于其对路基体浸湿的不同，冻结时其冻胀量也将不同，因而形成冻害。33上层潜水和裂隙形成的冻害上层潜水和裂隙形成的冻害,常常发生在路堑与路堤相接的地方（即零断面或稍向路堑内部）。上层潜水是指大气降水或地表水下渗，沿山坡隔水层所发生的汇流，经路堑边坡流出，沿侧沟形成径流，其流量随降水的多少面异。雨水多时，可直渗道床，使路基表层土经常处于饱和状态。这种冻害多发生在山区，如图所示。裂隙水是沿构造裂隙渗流汇集到岩层破碎带。因此水量比较集中，并夹带着一些碎屑，从路堑边坡溢出，形成不均匀浸湿而产生冻害，如图所示。34侧沟积水形成的冻害在路堑地段因侧沟积水造成的冻害是比较常见的事。由于地表水冲刷边坡，侧沟淤积，积水浸湿了路基基床。尤其是粉质土中的路堑，当侧沟排水不良时，侧沟附近的土会被不均匀浸湿。特别是秋季降雨时节，侧沟附近的粉质土或粉质砂粘土的湿度能达到液限，冬季形成严重的冻害。5、气温影响及路基土体导热不均匀形成的冻害气温随着地形、土质、日照及植被的不同其热交换不同，同时对土中的速率影响也不同。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同，产生冻害。综上所述，在表层冻害中关键是地表水，再加上寒冷的气温和土的敏感性，即只有当土、6水、温等条件本身出现了差异，才能形成冻害。三、深层冻害深层冻害是指路基冻害产生在路基基床土体的临界冻结深度的下半部分。在此部位所产生的冻害大多是因地下水的作用结果。因为若无地下水，虽然土质有所差异，但因冻结进程线下移过程中，路基土体的原有水分因冰冻重新分布，已经向上迁移了，下部显现脱水现象，所以已无多少冻胀了。因深层冻害多产生在地下水充足，补给条件好的情况下，所以冻害高度较大，表现为“晚起晚落”型。深层冻害表现的程度主要与地下水位的高低有关。且危害较大。例如滨洲线513KM和牙林线岩山站91KM冻害均属于这种类型。由于水分供应充足，冬期时水分迁移的聚流量很大。冻害高度达200MM左右，对行车安全构成了一定的危害，每年都需要投入大量的人力、物力、财力来维持行车。第四章路基冻害的防治第一节路基冻害的防治原则在冻害的防治工作中，我们必须贯彻“预防为主，预防和防治相结合”的原则，认真做好预防工作。经常采取的措施有1、经常保持道床清洁，防止泥土杂物混入道床，及时清除边坡土垄。2、保持路肩和边坡平整，无裂纹、无坑洼积水。3、完善地表排水系统，保持各种地面排水设备状态良好通畅，排除堑顶、堤脚及附近积水。4、定期检查、疏通各种地下排水设备，做到不积水、不堵塞，降低地下水位。5、结合线路大中修工程，有计划地进行更换或改良不均匀土质。6、入冬前，做好各项排水设备防寒工作，保持其状态良好，不冻结，无损坏。在冻害发生后，做好路基冻害调查分析是防治工作的开始，调查工作的好坏直接关系着冻害的防治效果，是整治好冻害的关键。现场调查的内容主要有冻害发生的部位、形状、长度、冻起高度、起落时间及其发展过程；另一方面通过钻探、挖探等方法，观察土层的土质种类、厚度、冻土结构、水文地质等情况。通过这些调查资料分析冻害产生原因和变化规律，来制定科学合理的防治措施，从而达到整治冻害的目的。另外采取防治冻害措施时，必须首先考虑排水、疏干路基，然后考虑其它措施相配合。因为水不仅是产生冻害的原因，并且还会降低路基强度而引起其它路基病害。采取防治措施时，还要做到因地制宜，尽量就地取材。第二节路基冻害的防治措施整治冻害必须贯彻和遵循二个原则一是消除不均匀冻胀。主要是指消除路基病害地段与相邻地段的冻胀差值，或使这一差值在规定距离内逐步消失，使线路达到合乎要求的标准。二是强调综合整治的整体效果。各种整治冻害措施的目的、作用和效果不尽相同，各有针对性和适用范围。因此要根据冻害的具体情况分析研究不同措施的互相搭配，注重它们的整体效果，以争取达到根除冻害的目的。根据路基冻害的产生原因，列表说明冻害的防治措施。冻害种类冻害产生原因应采取的防治措施整治目标道床冻害排水不良加强基床排水的疏通，平整路肩、基床面增加道床渗透能力，疏通排水道床不洁清筛（破底清筛）或更换碎石道床7土质不良部分换土或土质改良消除不均匀冻胀以上列表简要说明了路基冻害的整治措施及整治目标，下面我们将要对在实践中经常应用的几种方法进行全面介绍总结多年在对基床冻害采取的整治措施，大体上可分为以下几大类1、排水及隔水其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。2、换土和改土其目的是换除路基土体中的不均匀土质，或改良土的性质，以消除和减少路基土体的冻胀。3、保温隔热其目的使冻胀性土脱离冻结层或部分脱离冻结层，从而减少和消除路基土体的冻胀。（一）、减少土体含水量1、排水措施水对土体的浸湿、饱和和冲蚀作用是促使路基病害发生和发展的重要原因之一。为了保持路基经常处于干燥、坚固和稳定状态，应做好地表和地下排水工作。并且排水设备应具有抗冻、防冻的能力，不被冻融破坏，能发挥正常排水作用。2、隔水措施是指用各种材料制成的隔水层，使地下水不能透过，或隔断毛细水的补给，阻止冻结时的水分迁移作用，以减少或消除冻胀。这些材料有粘土、耐寒塑料薄膜、土工纤维防渗布、聚氯乙烯板及氯丁橡胶板等。另外，用改性土如乳化沥青，或灌浆、矽化加固等方法。（二）、更换土质换土是最普遍、采取最多的一种整治冻害的措施。在国外，北美各国和西德都把换土作为主要的整治冻害措施，前苏联和北欧各国、日本也把换土作为重要的措施之一。通过换土主要达到三个目的一是将冻胀土换以部分不冻胀土，以便减少冻胀值；二是将冻胀性较弱的土（或不冻胀土）换以冻胀性较强的土，以便消灭冻谷或单侧冻起等；三是改换土中的冻胀土层，或冻胀土质的不均匀条件，以消除冻害条件。换土在基床冻害整治的过程中是有条件的，经调查分析认定基床冻害产生冻害的原因为基床土体中土质条件时是土质不均匀、或是土层厚薄层次不等，才采取更换土质的措施。如果基床冻害是水的原因，即地表水或地下水的不均匀渗入或浸湿，不是土的原因，则应采用排水措施，而不应当采用换土措施。所以，在整治冻害的过程中，首先要“对症下药”必要时应与排水措施相结合，不然这项措施是不能收到预期效果的。因而采取措施之前的调查分析即细致的设计是非常重要的。在更换土质的措施中，有两种情况一是更换冻胀土；另一种是更换不冻胀土。这两种情况不仅起作用不同，而且条件要求也是不一样的。1、换填冻胀土（1）、作用此项措施的应用范围较小。因为只有在冻胀土的长距离地段内由于局部非冻胀土所形成的冻害，而将局部非冻胀土换以同样的冻胀土（如图1），以解决病害地段的冻谷。此外，由于不均匀而造成的冻害中，在凹陷的一侧换以冻胀土，使凹陷处多冻胀一些，这8也是防止基床冻害的一种方法。（2）适用范围这项措施适用于因土质非均匀而发生的局部冻害（冻谷），或局部土层厚薄不同，或因水的局部不均匀浸湿而发生的冻害。2、换填不冻胀土（1）、作用一般所说的“换土措施”基本上是指换以不冻胀土而言。换土的第一种情况是对在不冻胀或弱冻胀土的长距离地段内有局部的强冻胀土而产生的冻害，应换除局部的强冻胀土而求得其冻胀高度均匀相等。换土的第二种情况是做砂垫层。做砂垫层又分为两种情况一是将砂垫层设到临界冻结深度，可以消除全部冻胀。二是将砂垫层的厚度控制在有部分冻胀土层中，保留有部分冻胀，以便平衡冻害地段与相邻地段的均匀冻胀。做砂垫层，在地下水充分不及条件下，能减少毛细水上升高度；另外砂中可积蓄水分，能避免翻浆。砂垫层如图所示，此种换土方法是在道床下将道床挖成2835米宽的凹槽,按筑路标准回填以不冻胀土,形成垫层垫层必须配合以排水管或横向盲沟,以免积水换土的材料主要是砂,有时也用卵石、碎石等。采用填石垫层时，其下部也必须铺一层砂作为反滤层，以免石块压入土中或春季翻浆时泥土带入垫层中,堵塞了孔隙。垫层填料的规格是决定垫层效果的根本因素之一。填料选择得当，不仅可以消除冻害，使垫层的使用年限长久，而且还可以消除翻浆冒泥现象。否则，就很可能达不到换土的预期效果。选择填料的标准自然是冻胀性的强弱，但同时还必须考虑填料的强度及其反滤性能。（2）、适用范围适用于因地表水而引起的冻害，在做砂垫层的同时应作好排水。也可用于防治基床翻浆。另外根据多年整治冻害的经验，下列数据可作为参考1、换填的土质最好用与两端相邻无冻害地段土层相同的土。如换砂垫层，一般要求是骨料中小于0074MM的颗粒含量不超过10；或小于002MM的颗粒含量不超过3，其塑性指数不小于4。2、换土的深度一般冻胀性土层有多深就换多深，若超过冻结线时，则换至冻结深度即可。并视换入的土与两端相邻地段土质的差异程度进行适当调整。换土过深或过浅，亦会产生坑洼或冻包。换土深度的参考值一般高路堤处800MM、低路堤处600MM、路堑处700MM。3、换土的宽度路堤应整断面更换。路堑及不填不挖地段最好整断面更换，并设置必要的排水设备。当上层为粘性土、下层为砂性土，换土深度大于粘性土厚度时，无论有无地下水都可采用槽型换土（地下水承压时除外）；年降雨量很小的地区，下卧土层不是砂土的也可采用槽型换土。槽型换土的槽底宽度不得小于27M，如图所示。9（二）、改良土质潮湿粘性土在冬季可以冻胀造成冻害，而在春季融化时，由于冬季聚积水分的多少不同，使得路基基床产生大小不同的变形，严重者产生翻浆冒泥。这些变形是不良土质条件起主要作用。所以很多学者研究如何采用改良土质的办法来防治基床冻害，特别是一些工业发达国家，利用化学试剂，如高分子化合物或聚合物等来改善土质的性质，冻害的整治措施也越来越多。改良土质的方式1、降低土的冻结温度；2、分散土的颗粒，降低土的渗透性；3、聚积土的颗粒，提高土的渗透性；4、提高抗水性能，以减少土的含水量；5、在土中形成不透水层，增加其抗冻胀性能；6、提高土的强度，防止基床变形。改良土质整治基床冻害的方法，已经研究了多年，由于冻害的影响因素是多方面的，其整治效果是不稳定的，或有些措施的有效期还有待于考证，或因工程投资较大、成本较高，推广起来有困难。但这些措施的施工方法简单，能在很大程度上施行机械化，还有一些方法的工程成本随着工业化发展是可以降低的。所以对于改良土质这一方向作进一步研究，使其广泛应用是完全可能的（三）铺设保温层措施采用保温措施的目的是将冬季冻结线控制在保温层内，或将冬季冻结进程线按照设计要求控制在需要的冻胀土层深度位置上，从而使冻胀性土不产生冻胀或使其产生一定的冻胀以适应该地段两端的均匀冻起高度。所谓保温措施就是指在路基基床的土体中，从路基基床面往下做一定厚度的保温材料层，使冬季的冻结深度不能超过保温层厚度或按照设计要求超过保温层一定深度。做法和更换土质相近。1、保温层的材质、炉渣的导热系数很小，是一种良好的保温材料，能就地取材，成本低，效果好。用作垫层的炉渣应过筛，粒径以340MM为宜。易粉碎的含水量较大的炉渣不宜使用。、泥炭和冷压泥炭砖，经国外几十年运用证明效果良好，使用年限长。且湿度大的泥炭在水分冻结时，会放出大量潜能，能防止泥炭进一步冻结。实际调查表明，当泥炭垫层的含水量为85时，其保温效果最好。、采用EPS材料整治冻害是目前我国应用较广泛的一项新技术。在我们管内得到了全面推广，大量用于现场，收到较好效果。如牙林线409KM冻害整治前，冻害高度150MM，利用此方法进行整治后，现冻高40，效果显著。下面对EPS材料的特性、适用范围及施工有关要求做以下简介；物理特性它是一种强度很高的隔温防水材料，密度为1550KG/M3。在100KPA和200KPA静压力下的压缩变形不超过018和12，满足路基应力要求。另外突击吸水率为298和286，是较小的。实验结果分析根据现场实验表明，冻结指数小于1000D时，铺设EPS的路基土不冻结，不铺设EPS的路基土冻结深度为50CM；冻结指数在10001500D时，铺设EPS的路基土冻结深度为20CM，不铺设EPS的路基土冻结深度为100CM。线路状况表明铺设EPS地段没有冻害发生，不铺设EOS地段仍有冻害发生。路基铺设EPS材料显著改变了路基土的温度状况，在EPS板上的道碴，其年温度较差增大，说明地温通过EPS板这个交界面处传导消散的热能减小；而EPS板下路基土的年温度较差10减小，则进一步说明EPS板下路基土通过其交界面传导消散的热能减小。EPS半上下的温度差值较大，表明其绝热性能好。由于EPS板的存在减少了自深层土向冻结表面的热流量，并降低了路基土的冻结深度，从而消除了路基冻害。EPS板铺设的断面形式以双股铺设为例，如图所示。EPS板的规格1500100050MM。线路横向铺设2块，宽度为30M。路基顶面保持原基面形式，向外侧设2排水坡，多余路肩土应撤除。设计及施工是线路原轨顶标高不变。EPS材料适用范围根据阿城工务段铺设EPS材料整治路基冻害的经验，总结出EPS材料的使用范围、铺设EPS材料应首先考虑冻高大于30MM以上的路基大冻害处所。、根据路基冻害外部表面特征，以及同一横断面上左右股钢轨的单侧冻害、交错冻害发生情况，只要准确判断出冻害的位置，也可采用单股铺设方式。、铺设EPS材料对解决道口、桥头及道岔路基冻害效果更好，可大大减少维修作业量及维修材料。、铺设EPS板整治路基冻害可结合线路大、中修施工一并进行。施工中应注意的问题、应根据线路结构的特点，采取切实可行的线路加固措施，线路加固适用的钢轨应进行探伤检查。、无缝线路的施工应在锁定轨温增减10以内的条件下施工。、扣轨前先检查施工位置处三根钢轨的轨缝情况，如为瞎缝，必须进行调整，同时拨正方向。、施工应随时检查扣轨联结状态，特别是列车通过后，应随时全面拧紧所有螺栓。、若同一工地两组同时进行施工时，其间距应保持20M以上，并须向一方向进行，禁止两组相对施工。、施工地段一经开挖，必须当天完成，不能未经回填捣固而让其过夜。几点提示、EPS板铺设深度对整治效果的影响铺设厚的EPS板距轨枕底面的距离过大或过小都起不到良好的效果。过大则形成水槽，板上积水，水从板缝浸入板下基床；过小则使板铺放于石碴上，起不到保温作用。所以必须按现场实际情况及各种因素进行设计与施工。对接缝对整治效果的影响对接缝必须严密，离缝过大保温效果不明显，所以对接板缝不易大于3MM；施工中也应避免接缝竖错。排水不畅对整治效果的影响路堑地段应加强整治排水措施，经常清理淤积物，使路基土体中的水分充分排出，避免排水不畅，水浸路基。整治后对线路的影响冻害地段铺设EPS板后，在列车荷载的作用下，会出现轨面标高下降，线路形成漫坑。所以应在施工时预留下沉量，加强捣固，施工后也应加强整修。2、保温层的厚度根据当地的冻结深度、导热系数，按均质土层计算保温层的厚度。无足够数据时，可根据冻层深度来确定炉渣垫层的厚度。113、保温层的宽度最好将路基顶面全部铺设保温材料，也可在轨枕头外各13M范围内，或总宽5M范围内铺设。4、炉碴保温层的排水与隔离炉碴浸水后的保温作用要显著降低，因此保温层的底面必须高于地下水水位。如地下水位较高，应设置单侧或双侧地下排水设备，使地下水位降低后再设置保温层。也可在保温层内每隔510M设一横向渗水盲沟，流水坡度采用510。在砂道床地段，可用细粒炉碴铺一层10CM厚的隔离层，以免砂与炉碴混杂。也可铺一层10CM厚的三合土或防渗土工布做隔水层。其顶面作成路拱以利排水。（四）高抬道采用炉碴、石屑或渗水性能较好的砂性土，通过多次抬道分层垫入枕底，将路基面抬高至需要的高度，使抬道范围内的冻害地段有一层保温层。高抬道适用于沼泽地区路基和两侧常年积水的低