严寒地带客运专线砾石类AB组填料路基防冻胀措施研究（最终稿）.doc

铁道部科技研究开发计划 哈大客运专线施工综合技术研究 试验研究大纲 课题名称：哈大客运专线施工综合技术研究 子课题名称：严寒地带客运专线砾石类A、B组填料路基防冻胀措施研究 课题主持单位：中建总公司哈大工程指挥部 子课题主持单位：中建铁路公司哈大项目部 子课题参加单位：中建铁路公司哈大项目部一分部 中建铁路公司哈大项目部二分部 起止年限：2008年5月-2010年10月 2010年1月 严寒地带客运专线砾石类A、B组填料路基防冻胀措施研究 试验研究大纲 1、任务来源 与铁道部签订的科技研究开发计划课题合同。 2、国内外研究现状及研究问题的提出 2.1国内外研究现状 严寒地带是指最冷月或一定时期内平均气温低于-15℃的地区。我国是一个严寒地区分布广泛的国家，根据我国对严寒地区的调查认为，由于地表土冻结和融化造成土体性质的变化，许多建筑物的破坏都是由于土的冻胀作用的结果。这种冻胀现象反映在我国铁路路基上就是冬季路基冻胀，引起路基变形、裂缝等，这些将严重影响着铁路行车安全和运输效率。据统计，在2004至2005年间，在我国北方产生了大量的冻胀病害:在哈尔滨铁路局，产生冻胀病害的部位有16123处，总长度达米;沈阳局辖内线路路基病害有1376处，产生病害长度达34496.7米;呼和浩特铁路局发生冻胀病害部位有788处，作为交通运输的主要方式——铁路，尤其是高速铁路路基如何解决冻胀病害已成为迫在眉睫的问题。 2.1.1严寒地带土体冻胀的形成及其病害发生的机理 鉴于冻胀在寒区建设中的地位，自上个世纪30年代，北半球高纬度各国逐步开展了土的冻胀理论及其过程应用方面的研究工作，至今已有百余种的冻胀试验和判别方法，为工程冻害防治提供了依据。 目前工程界比较统一的认识是，严寒地带土体冻胀产生的原因，大家普遍认为有三大要素，即：水，冻胀敏感性的土及土中的负温，同时认为，只要彻底消除这三个要素中其中一个因素，则可彻底消除冻胀产生的危害。土体中的水分是导致冻胀的物质因素，水分可能来自于降水、地下水甚至水蒸汽，由于土体冻结过程中温度差异导致的吸力，冻结锋面附近甚至其下很深部位的水分都可能迁移上来形成冰透镜体。如果具备负地温和冻胀敏感性土体条件，甚至在没有自由水体补充的情况下也一样会产生相当大的冻胀量。许多研究者发现，非饱和土体在冻结过程中也会产生一定的冻胀量。因此，在路基工程中，水分是导致冻胀产生的关键性控制因素，对于具体工程而言，区域地下水分布、补给和运移对于冻胀产生的影响十分重要。土中的负温最直接的表现就是冻深。对土体冻胀敏感性，Jonson等人曾对确定冻胀敏感性土体的不同判别标准进行过综述，我国《冻土工程地质勘察规范》根据冻胀率结合土性进行等级划分。目前我国的规范里规定A、B组填料中细粒(直径为0．075mm以下的颗粒)含量规定小于15%。 2.1.2 目前普遍采用的防止冻胀的方法都是从冻胀发生三要素，即水，冻胀敏感性的土及土中的负温三个方面入手，采取防水、改善填料及干涉地温的办法。根据工程的实际情况，可以单独使用其中一种，也可以综合使用。 防水主要有两个方面，一是隔，一是排。隔是指采用沥青混凝土、复合土工膜等合成材料，将水隔在路基易发生冻胀的部位之外。隔水措施在路基工程的另一个表现是防止毛细水上升至冻胀部位，例如使路堤的填房高度大于毛细水上升高度或者在路基底部设置隔断层防止毛细水上升，隔断层可以使用复合土工膜等隔水材料，也可以使用粗颗粒土阻断。 改善填料有很多种具体措施，最常用的就是挖除冻结深度范围内的冻胀性土换填非冻胀性土，对于路堤，则可以在易发生冻胀的部位使用非冻胀性填料。这种方法简单易行，效果明显，国内外普遍采用。例如在冬季严寒的德国，在道碴道床和冻结变化的土路基之间铺设一层由非黏性碎石组成的不相连的保护层，称为防冻保护层(FSS)。 干涉地温对于季节性冻土与多年冻土上存在不同。比如同样是使用保温板，季节性冻土防治的目的是利用保温板的低导热性阻止外界低气温降低地温，使土体不冻；而多年冻土则是利用保温板的低导热性阻止外界高气温升高地温，使土体不化。这种方法在国内外也有应用，青藏铁路为了保护多年冻土就使用了保温板；同样是在德国，在道碴道床和冻结变化的土路基之间铺设一层由导热性能极低的材料组成的隔热层(WDS，类似于保温板)。但是由于保温板的使用寿命及造价问题，这种方法并未被广泛的应用。 2.2研究的背景和必要性 目前,虽然我国在铁路工程上取得了可喜的成绩。然而,在严寒地区修筑铁路,由于冻土土质、温度、水及荷载的作用所引起的温度场、变形场和应力场的变化和重新分布,导致铁路路基、路面冻胀、翻浆、融沉等问题。现在对严寒地区冻害研究也比较多,但各有其使用范围,没有比较针对严寒地带客运专线砾石类A、B组填料路基防冻胀措施研究。进行此项