中国水利水电第三工程局有限公司
摘要：像我国东北等季节性冻土地区,土地冻胀一直是困扰铁路路基建设的一个重要问题。严重的铁路冻胀使路基产生不均匀变形,这将严重影响列车行驶的平稳性和安全性。高速铁路缩短了人们的出行时间，但是却路基的冻胀变形控制提出更高的要求。针对路基填料的冻胀特性,提出了控制路基填料冻胀的措施,这对于高速铁路路基的抗冻设计和铁路路基改善整治具有重要的工程意义。本文重点分析了路基冻胀的影响因素，并对高速铁路粗颗粒改性土填料冻胀特性进行研究。这对解决高速铁路冻胀问题具有指导性意义。
关键词：路基冻胀；高速铁路；路基填料
1影响路基冻胀的主要因素
一般来说，影响路基冻胀的因素主要有适宜的土质、足够的负温总量和土中水源补给．适宜的土质是内因，负温和水分是外因，当三个条件都具备时，路基就不可避免地发生冻胀．土质包括土的颗粒组成矿物成分和盐的含量;水分取决于填料的天然含水量和迁移水分，天然含水量和迁移补给水分与土颗粒成分含量粒径等密切相关;路基温度主要取决于所在地区的自然环境，温度又包括为土的冻结温度、冻结速率等因素．土体颗粒粒径土体密度对土体的渗透率有一定的影响。一般情况下，填料粒径对冻胀性影响十分显著，随着粒径的变小，颗粒与水之间的相互作用增强，渗透性减弱，填料天热含水量增大，冻胀性增强．实验研究表明纯净的粗颗粒土在冻结过程中不会发生冻胀问题，而是呈现向下排水的现象。但是当粗粒土中含有细颗粒时，就会增加薄膜水的含量和连续性，这将导致粗粒土发生冻胀，而冻胀量与细粒的含量相关。细颗粒含量越高，冻胀量就越严重，相反，细颗粒含量越低，冻胀量就越轻微，因此，这一特点决定了粗颗粒土在路基病害处理中是最好的换填材料．当粗粒土中允许细颗粒含量范围较大时，只能满足低等级铁路路基变形要求，而无法满足高等级铁路路基变形要求。对于高速铁路和客运专线而言，线路平顺性要求就很高，冻胀的影响就增大了，冻害数量增多，导致轨道不平顺超标，影响铁路正常安全运营．
2高速铁路粗颗粒改性土填料冻胀特性研究
高速铁路对路基变形有严格的控制标准,目前寒区高速铁路部分地段的路基冻胀变形已经严重影响到高速列车的运行，因此，改善和解决路基冻胀问题刻不容缓。尽管目前路基填料采用传统意义上的不冻胀粗颗粒填料,但实际路基冻胀量已超出高速铁路路基变形极限值15mm。为减小路基冻胀变形的问题,对高速铁路路基的粗颗粒填料进行冻胀特性改良。我们通过填料的方式改良,减小寒区高速铁路路基的冻胀变形。在实验过程中得到的主要研究结论:(1)在开放补水条件下,级配碎石的冻胀率随着细颗粒土含量的增加而增大,且在细颗粒土含量大于15%后,其增大的趋势更加明显。(2)经过水泥改良的级配碎石在浸水后的冻胀率较未浸水前均有所增大,但仍小于未改良前级配碎石的冻胀率。综合考虑级配碎石层的冻胀变形,改良后路基的冻胀变形可控制在3.55mm,小于规范要求的变形极限值15mm，符合变性要求，能够满足高速列车运行平稳性。
3现场渗透性试验
在现场渗透性试验中，我选择哈齐客专某段路基进行试验。哈齐客专是目前我国在建的纬度最高的无砟轨道铁路，地下水位高，排水不畅通，这种环境条件给路基防冻胀带来了更大的难度。路基采用填料防冻胀设计，基床表层采用级配碎石掺水泥填筑，基床底层采用AB组填料填筑，填料最大粒径小于60mm，路基面至最大冻结深度范围内要求采用AB组土填筑．细颗粒含量采用水洗法测定．渗透试验是利用一些试验器具测定岩土的渗透系数的试验，分为室内试验和野外测定试验两大类．室内试验和现场试验渗透系数有较大差别，主要在于试验装置和试验条件的差别，也就是和渗透系数的影响因素有关，现场测定法的试验条件比实验室测定法更符合实际土层的渗透情况，是更为可靠的测定方法．因此，本文采用现场试验测定路基填料的渗透系数．
4现场冻胀变形监测
为了掌握路基冻胀变形发生发展规律，在该试验段内布置了变形监测断面，采用几何水准测量方法进行监测，监测点布设在路基基床底层表面左右轨道底座位置处线路中心．基床表层填料防冻胀性能要优于底层填料，而且表层防水层施作后，可有效防止表水下渗．所以，当后续工程施作完成后，同等气温条件下路基冻胀量会比现在要小，按照目前已开通线路运行情况，该类填料能满足路基防冻胀要求．
5结论与建议
(1)通过现场渗透性试验可以看出，表水入渗后随即可渗出排走，短时间内就会维持到天然含水量状态，填料含水量不会超过室内试验的最大含水量．
(2)室内冻胀试验结果表明，在天然含水量状态下，冻胀率仅为0．38%，而且是在侧向变形约束条件下的轴向变形率，可以说明在垂向和横向开放的路基结构中，冻胀率会小于室内试验结果的．根据以上室内试验结果分析，结合以往研究成果(路基土体冻胀主要集中在最大冻结深度的0．6～0．7的范围内)，可以认为在冻深3m以内的地区，采用AB组填料(细颗粒含量小于5%)填筑的路基，填料满足水洗法测定的细颗粒含量小于5%，压实后小于7%，路基冻胀变形能够满足高速铁路路基防冻胀要求．
(3)在季节性冻融循环影响下，需要进一步对严寒地区路基防冻胀综合措施的稳定性和长期可靠性进行研究．
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