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[1]陈肖柏.土的冻结作用与地基[M]．北京：科学出版社，2006．[2]刘巍然，高江平.压实黄土路基中水分迁移的数值模拟[J].长安大学学报(自然科学版)，2006，26(4)：5–7.[3]景宏君，张斌.黄土路基强度规律[J].交通运输工程学报，2006，4(2)：14–18.[4]刘保健，支喜兰，谢永利，等.公路工程中黄土湿陷性问题分析[J].中国公路学报，2005，18(4)：27–31.[5]俞祁浩，刘永智，童长江.青藏公路路基变形分析[J].冰川冻土，2002，24(5)：623–627.[6]吴青柏，童长江.冻土变化与青藏公路的稳定性问题[J].冰川冻土，1995，17(4)：350–355.[7]高彦斌，汪中为.应变速率对黏土不排水抗剪强度的影响[J].岩石力学与工程学报，2005，24(增2)：2 779–2 783.[8]扈胜霞，周云东，陈正汉.非饱和原状黄土强度特性的试验研究[J].岩土力学，2005，26(4)：660–663.[9]张茂花，谢永利，刘保健.增湿时黄土的抗剪强度特性分析[J].岩土力学，2006，27(7)：1 195–1 200.[10]益群，沈锋，胡向东，等.上海地区冻融后暗绿色粉质黏土动本构关系与微结构研究[J].岩土工程学报，2005，27(11)：1 249–1 252.[11]陈炜韬，王鹰，王明年，等.冻融循环对盐渍土黏聚力影响的试验研究[J].岩土力学，2007，28(11)：2 343–2 347.[12]梁波，张贵生，刘德仁.冻融循环条件下土的融沉性质试验研究[J].岩土工程学报，2006，28(10)：1 213–1 217.[13]苏谦，唐第甲，刘深.青藏斜坡黏土冻融循环物理力学性质试验[J].岩石力学与工程学报，2008，27(增1)：4 313–4 319.[14]杨更社，周春华，田应国，等.软岩类材料冻融过程水热迁移的实验研究初探[J].岩石力学与工程学报，2006，25(9)：566–570.[15]齐吉琳，程国栋，PIETER P A.冻融作用对土工程性质影响的研究现状分析[J].地球科学进展，2005，20(8)：887–894.[16]王大雁，马巍，常小晓，等.冻融循环作用对青藏黏土物理力学性质的影响[J].岩石力学与工程学报，2005，24(23)：4 313–4 319.[17]邓学均，黄晓明.路面设计原理与方法[M].人民交通出版社，2007.[18]Van Bochove,Eric，Effects of freeze-thaw and soil structure on nitrous oxideproduced in a clay soil，Soil Science Society of America Journal,v 64,n 5,Sep,2000,p 1638-1643[19]，Impact of land use and seasonal freezing on morphological andphysical properties of silty Norwegian soils，Soil&Tillage Research 81(2005)39–56[20]Podgorney,RobertK.;Bennett, the long-term performance ofgeosynthetic clay liners exposed to freeze-thaw，Journal of Geotechnical andGeoenvironmental Engineering.，v 132，n 2，February 2006，p 265-268[21]Hooper,Fred effects and gas permeability of utility line backfillASTM Special Technical Publication,n 1459,2004,p 127-139[22]Parsons,Robert of cement kiln dust for the stabilization of soils，Geotechnical Special Publication,n 126 I,Geotechnical Engineering forTransportation Projects:Proceedings of Geo-Trans 2004,2004,p 1124-1131[23]Arora,Sunil，Class F fly-ash-amended soils as highway base materials，Journalof Materials in Civil Engineering,v 17,n 6,November/December,2005,p640-649[24]Tikalsky， method for assessment of the freeze一thaw resistance of Preformed foam cellular concrete，Cement and Concrete Researeh，v34，n5，May 2004，P889一893.[25]Zhang，Peng，ExPerimental research on eombined action of freeze一thaw cycles and carbonation for concrete structures，Jian-zhu Jiegou Xuebao/JoumalofBuildingStructUres，v27，nSUPPL.，October，2006，P717一721.[26]Green，Mark .F .Effect of freeze一thaw cycles on the bond durability between fibre reinforced Polynler Plate reinforcement and conerete，Canadian Journal of CivilEngineering，v27，n5，Oct，2000，P949一959[27]Maria Hohmann-Porebska Microfabric effects in frozen clays in relation togeotechnical parameters Applied Clay Science 21(2002)77–87[28]simonesn E,Isacsson behavior during freezing and thawing using variableand confining pressure triaxial tests[J].Canadian geotechnical joumal,2001,38(4):863-875.[29]Simonsen,E.,Ja noo,VC., properties of unbound road m aterialsduring seasonal frost Regions Eng.,submitted.[30]Berg,L.,Bigl, modulus testing ofmaterials from Mn/ROAD,Phase Cold Regions Research andEngineering Laboratory,CRREL .[31]Yong R N Boonsinsuk P. Yin CW P. Altermation of soil behaviour after cyclic freezing and thawing[A]. In Proceedingsof4th in-ternational Symposium on Ground Freezing[C]. Rotterdam the . Balkema 1985. 187-195.[32]ChuilinYcM. YazyninOM. Frozen soilmacro and mierostructure formation [A]. In 5th International Conference on Pemafrost[C].Trondheim TapirPublishers 1988. 320-323.[33]AoyamaKOgawa S. FukudaM. Temperature dependencies of mechanical properties ofsoils subjected to freezing and thawing [A].In Proceedings of the 4th international Symposium on Ground Freezing [C]. Rottedam Netherlands A A. Balkema Publishers1985. 217-222.[34]邴文山译．道路冻害与防治[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1991．[35]吴紫汪，马巍．冻土强度与蠕变[M]．甘肃：兰州大学出版社，1993．[36]吴紫汪，张家鼓，朱元林．冻土强度与破坏特征[C]．第二届全国冻土学术会议论文选集．北京：人民出版社，1983．[37]吴紫汪．基础与冻土间冻结强度实验研究[J]．中国科学院兰州冰川冻土研究所集刊，1981(2)．[38]罗小刚，陈湘生．冻融对土工参数影响的试验研究[J]．建井技术，2000（02），24-27.[39]杨平，张婷.人工冻融土物理力学性能研究[J]．南京林业大学学报，2002，05，0665一03.[40]马巍，徐学祖等.冻融循环对石灰粉土剪切强度特性的影响[J]．岩土工程学报，1999，21(2):158一160.[41]程红强，张雷顺等.冻融对混凝土强度的影响[J]．河南科学，2003，02，0214-03[42]魏海斌，刘寒冰，高一平等.冻融循环对粉煤灰土动强度的影响[J]．吉林大学学报(工学版)，2007，37(2).[43]武红娟，徐伟，王选仓.土基模量随季节变化规律及其数值的确定[J].工程地质学报，2008，16(01).[44]付丽红，曹海利.黄土路基强度控制指标试验研究[J].路基工程，2008(02).[45]凌建明，陈声凯，曹长伟.路基土回弹模量影响因素分析[J].建筑材料学报，2007，(4):446一45.[46]霍明，丁小军，台电仓等．高速公路既有路基湿状态及稳定性评价研究[R]．中国，2009．[47]覃绮平．土基回弹模量影响因素及其相关关系研究[D]．长安大学硕士学位论文，2005．[48]吉林省交通厅.公路工程抗冻设计与施工技术指南[S].北京：人民交通出版社，2006.[49]林世文，包俊超，兰荣旺.冻融试验研究[J].岩土工程技术.2001，3:161一164[50]Konrad proeess during freeze一thaw Cycles in clayey silts[J].ColdRegions Science and Technology，1989，16(3):291一303[51]Yong R N，Roonsinsuk P .Alteration of soil behaviour after cyclic freezing andthawing[C].In: Fourth International Symposium on :[]，1985[52]齐吉琳，张建明，朱元林.冻融作用对土结构性的影响的土力学意义[J].岩石力学与工程学报，2003，22(增2):2690一2694[53]齐吉琳，马巍.冻融作用对超固结上强度的影响[J].岩土工程学报.2006，28(12):2082一2086.[54]侯恩创．冻融循环对路基土物理力学性质影响的研究[D]．东北林业大学硕士学位论文，2009．[55] 中华人民共和国行业标准，公路土工试验规程（JTG E40—2007），人民交通出版社，2007[56] 中华人民共和国行业标准，公路路基路面现场测试规程（JTG E60—2008），人民交通出版社，2008[57] 交通部.公路土工试验规程（JTJ E40—2007）[S]. 北京：人民交通出版社，2007.[58] 交通部.公路路基施工技术规范(TG F10-2006)[S]. 北京：人民交通出版社，2006.[59] 邓学钧.路基路面工程[M]．人民交通出版社，2005．[60] 交通部.公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007) [S]. 北京：人民交通出版社，2007.[61] 交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册•路基[M].北京：人民交通出版社，1995.

1 论文路基冻害产生原因及防治措施第一章 绪 论第一节 路基冻害路基冻害是寒冷地区，铁路线路上分布很广和常见的病害。它与寒冷的气候有关，冻结线能达到相当深度；又涉及到土的特性，因为有的土类对冰冻作用很敏感。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50mm～300mm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200～300mm，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，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。作者： .* 2005-11-5 10:11 回复此发言--------------------------------------------------------------------------------2 论文这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： 严寒的气温； 对冻胀敏感的土; 土中含有一定量的水分; 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。2．1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。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。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。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。作者： .* 2005-11-5 10:11 回复此发言--------------------------------------------------------------------------------3 论文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》（TJ7-74）中的冻结深度计算公式是：Z=√∑Tm+（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：⑴、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）⑵、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）⑶、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：⑴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。⑵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范围内。表层冻害的冻胀高度一般为30～50mm，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。⑶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，即路基基床面以下为冻结所形成的冻害。冻胀较大，一般约在50mm-100mm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。⑴、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Ⅰ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。⑵、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。作者： .* 2005-11-5 10:11 回复此发言--------------------------------------------------------------------------------4 论文⑶、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。⑷、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。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1．1路基基床面土的压实不均匀(固结的不均匀);1. 2路基基床面表层与道碴接触处被浸湿，承载力降低；1．3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；1．4道床厚度不足；1．5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3．1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。3．2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。3．3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。3．4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、水、温等条件本身出现了差异，才能形成冻害。作者： .* 2005-11-5 10:11 回复此发言--------------------------------------------------------------------------------5 论文三、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）或更换碎石道床表层冻害 因水造成的冻害：侧沟或排水沟淤塞，基床面不平整，无排水设备路基坡脚积水 深挖或扩大侧沟，加强清理侧沟保持排水系统畅通；削减路肩或用渗水土填垫路肩；高抬道；清理平整基床面，加强基床排水，砂垫层，矽化加固； 防止地表、排水设施积水裂隙水 做好地表及边坡排水，尤其是排水系统 保持排水畅通地下水的表层滞水、潜水 做好地表及边坡排水，尤其是排水系统；加深侧沟；设砂垫层或隔水层 疏导排水、防止下渗地下水补给充分 隔水层，矽化加固，砂垫层 降低地下水地表水对路基土体的不均匀浸湿 矽化加固，砂垫层或设隔水层；消除不均匀浸湿因素 清除不均匀冻胀，减少冻结深度道碴陷槽积水 换土；排水后用隔水材料封闭基床面；设横盲沟、边坡渗沟或塑料管斜孔排水 消除积水因土质造成的冻害：土质不同 换土、铲除不均匀土质、砂垫层、矽化加固、炉渣垫层、注盐、隔水层、聚苯乙烯保温板 清除不均匀冻胀，减少冻结深度作者： .* 2005-11-5 10:11 回复此发言--------------------------------------------------------------------------------6 论文土层厚薄不等 换同样土 清除不等厚度导热不均匀 炉渣盖被炉渣垫层，聚苯乙烯保温板，塔头保温 清除不均匀冻胀，减少冻结深度深层冻害 地下水流向路基 截水渗沟，引水渗够，排水槽等 加强地表排水拦截排出潜水路基土体有浅层地下水 明沟，排水槽，引水渗沟等 拦截、排出地下水路基土体有深层地下水 设引水渗沟，必要时设保温层等 降低地下水位路基基底有泉眼 设涵洞引排土质不良 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