1、1试析严寒地区高铁路基冻胀原因及其处理措施摘要：由于严寒地区恶劣的气候及特殊的地质特点，使得高速铁路在严寒地带常遭受损害，如何维护好高速铁路在严寒地区的正常运行，使其不因冻胀而遭受损害，已成为我们高铁施工建设中关注的重点和迫切需要突破的关键点。因此，本文主要在分析影响路基冻胀原因的基础上，提出有关的解决措施，例如改变土壤的水分含量、改良土质及改变高铁路基的结构形式等，旨在促进我国高速铁路在严寒地区施工建设这一伟大的事业。 关键词：严寒地区；高铁路基；冻胀；原因；措施 中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号： 随着现代社会经济的高速发展及科学技术的日渐改善，高速铁路的建设也越来越普及
2、，并在这几年里得到了快速的发展。尤其是在严寒地区高速铁路的建设如川藏铁路、青藏铁路的开通，更是填补了我国高速铁路在严寒地区施工方面的空白，大大为我国在严寒地区修建高速铁路积累了丰富而宝贵的经验。但与此同时，由于严寒地区恶劣的气候及特殊的地质特点，使得高速铁路在严寒地带常遭受损害。如何维护好高速铁路在严寒地区的正常运行，使其不因冻胀而遭受损害，已成为我们在严寒地区高铁施工建设中关注的重点和迫切需要解决的突破点。因此，只有正确分析好严寒地区高铁冻胀的原因，并找出有关的解决措施，才能促进我国高速铁路在严寒地区施工建设这一伟大的事业。 21 严寒地区高铁路基冻胀的原因分析 造成高铁路基在严寒地区产生冻
3、胀的原因有很多，一是由于气温问题及水分流失的不平衡使得聚冰层形成，二则是由于严寒地区特别是高纬度高海拔地区的土质造成的。 1.1 严寒地区温度低造成的影响 严寒地区特别是高纬度地区的气温低是造成高铁路基膨胀的大原因之一。由于在严寒地区，冬季里严寒干燥会持续很长的时间，而春季和秋季又十分的干旱多风，不仅蒸发强度大，而且持续的时间也很长，而这些严寒地区最低温甚至可达到-30， 而负温又是造成高铁路基出现冻胀现象的必要条件，同时土体会在负温的环境下产生冻结，其特性也会随着气温的变化而变化。在相对范围内，负温越大，土的冻胀程度也会越严重，直到达到相对范围内的最大值，才会渐渐趋于稳定。 1.2 土中水分
4、冻结成冰造成的影响 土中水分冻结成冰也是造成高铁路基产生冻胀的一个重要原因，同时也是冻胀产生的首要条件。土中水分含量的多少，是冻胀产生的一个基本因素。土中水分含量会具有相对的界限，但土中水分含量超过了这个界限，这些冻结成冰的水分就会致使土壤冻胀的产生。水的来源主要有两个：一是地下水，二是大气降水以及各种排水和人工灌溉产生的回归水。关于地下水对冻胀的影响关键在于地下水与地表的距离，地下水的水位越高，则土的冻胀程度就越高，而大气降水产生影响最大的则是冻胀前的降水量。在相对封闭的系统里，冻胀量是与土中的含水量成正比的，含水量越大，冻胀量也就越大，但是最终的结果会趋于一个定值。3然而，在开放的系统里，
5、土中水的来源是源源不断的，这使得土壤的冻胀性也就大大增加了。 1.3 严寒地区土质的特性造成的影响 （1）土的分散性造成的影响 其实，严寒地区土壤之所以会发生冻胀现象，很大程度上是由于土中水分的迁移造成的，水分大量地积聚在一起所引起的，而严寒地区的土质条件又是土中水分迁移情况的决定因素。而严寒地区细粒土的冻胀情况是最为明显的，因为细粒土的含粉粒多，渗透性比较强，并且在水分方面能及时补给，因此土中的水分也会更容易地形成大量积聚的局面。在地下水位相同的条件下，土的冻胀量也会随着土壤颗粒的大小不一而不同，颗粒越细产生的土壤冻胀量越大，而颗粒越粗，突然产生的冻胀量也就越小。而在这些土壤中，砂砾土的冻胀
6、量最小，而粉性土产生的冻胀量则是最大的。砂砾土之所以产生的冻胀程度最低，是因为当土壤的直径大时，在没有粉性土和粘性土填充的情况下，它的表面是几乎没有吸附作用的，因此很难会形成土壤的毛细结构或者是薄膜机构，从而也减少了土壤冻胀的可能性。而粉性土之所以产生的冻胀量最大，是因为当土壤颗粒的直径过小时，则土壤中颗粒的分散型就会极大，使得表能很高，土壤对水的吸附性也会随着增强，但粉性颗粒的含量超过土壤含量的一半时，因土中的空隙过小就会阻塞了水的流通，从而使得水分迁移产生困难，造成水的大量积聚，从而引发了土壤的冻胀。也就是说，土的分散性是影响冻胀现象的一个最重要的因素。 （2）土壤颗粒的交换离子特性及矿成
7、分造成的影响 4土壤颗粒的交换离子特性及矿成分对土冻胀造成的影响主要体现在这两者的特性直接影响了土壤颗粒表面的物理及化学特性。而严寒地区，特别是高纬度地区中大部分土壤的矿物组成的成分是水云、高岭石及蒙脱石这三种成分，他们的结构都是呈层状或片状的。而粘土的冻胀很大程度上就是受到这些粘土矿物影响的，而这种影响又是由凝结水的能力（矿物表面活动性）所决定的。而矿物表面上凝结的水量又是由阳离子的交换存在的情况、矿物含有的成分以及土壤颗粒本身的大小决定的。高岭土质实际上属于粉性粘土，其直径小于 0.05 的占到 65%以上，极其容易形成析冰及水分迁移，土壤的冻胀程度很高。因为，这种土壤表面的化学活动性非常
8、弱，并且不会交换阳离子，亲水性很小，而其中的矿物成分又是处于比较松散的一种聚集状态，使得可移动的薄膜水的存在性很大，具有比较高的冻胀性。其次，粘性土主要是以蒙托石的矿物成分为主，属于粘土，分散性也更高，尽管水的移动性不大，但和离子交换的能力却很强， ，对于水分迁移这一方面，它的土壤就变成了一层不透水的“隔离层” ，使得水分的迁移也大受阻碍。因此，粘性土的冻胀性相对于粉性土来说较弱。 2 预防和减少冻胀情况出现的措施 2.1 降低土壤的含水量 严寒地区的气候和气温我们无法改变，但我们却可以想方设法去降低土壤的含水量，使其达到相对范围内的指标量。如在高纬度地区，特别是哈齐路段，可使用客土去进行土壤
9、的填充。而客土从取土场搬运出来后，我们就要进行降低客土含水量的处理，在保证土壤的压实度的情5况下，去确定土壤的最佳含水量。 2.2 改良严寒地区的土质 首先是针对土壤成分的改良，通过对客土进行级配这一实验分析，因为粘性土和粉性土的比较容易形成析冰和强烈的水分迁移，土壤的冻胀性很强，因此，在满足试验方面的要求的级配的前提下，尽量减少直径小于 0.05 的颗粒，通过采掺进其它颗粒的方法进行土壤特质的改良。 2.3 改变高铁路基的结构形式 首先是高铁路基材料的选取，一方面，可在路基的基底使用大约60cm 厚的混凝土钢筋筏板，因为这一厚度的混凝土筏板不仅可以增大路基的受力面积，减少它的下沉，而且还可以
10、隔断了原地面的土体和路基的本体，从而防止土壤因水分的往上迁移而形成的冻冰层；另一方面，可用非冻胀的 A、B 组的填料去填筑基床的底层，这样可以减少高铁路基在机床这一层面受冻的膨胀。其次，路基的表层可用级配的碎石急性填筑，并且在路基的两侧的边坡设置宽护道等等，这样不仅可以减少路基因受冻的原因而向路基边坡的两侧膨胀，还可以防止路基的主体因为膨胀的因素而威胁到行车的安全。 结束语 总而言之，在严寒地区建筑高速铁路的任务非常艰巨，解决严寒地区高铁路基冻胀这一问题是关键。只有分析好产生冻胀的原因，才能更好地针对这些影响的因素，想出有效的措施来解决这一棘手的问题，从而为高速铁路在严寒地区的建设，打开一条宽敞的大道。 6参考文献 1 赵润涛，李季宏，李曙光客运专线路基工程的防冻胀处理措施J铁道勘察，2011 (4) 2 卢成明，刘江平，李修忠综合物探在高速公路路基密实度检测工作中的应用J 工程地球物理学报，2005,2 (4)
