铁路路基季节性冻土基床设计研究浅析

袁报 王润民 庄德华

摘 要：季节性冻土地区铁路路基基床设计，需要结合不同的铁路等级、地质特征、地下水埋深、冻胀类型情况等进行综合考虑，设计复杂，效率低下。对季节性冻土地区运行线路进行调研，有针对性对基床加固设计进行研究，并完成季节性冻土地区新建铁路单线双线设计时速≤160公里的客货共线铁路路基基床标准设计。

关键词：季节性冻土;设计冻深;有害冻胀深度

0 概述

我国幅员辽阔，季节性冻土面积占国土面积超过50%[1]。

季节性冻土地区路基基床在冬季降雨、降雪等冻融循环作用下，由于基床填料不合格、排水不畅或排水系统失效等因素导致的基床翻浆冒泥、路肩塌陷及外挤、局部溜坍等基床问题。

杜晓燕、张玉芝、刘华等[2～6]针对季节性冻土区高速铁路路基冻胀，有限元计算手段验证，填料换填以及路路橋过渡段路基变形特征分析等进行了深入的研究。

房建宏，陈志国，武立波等[7～9]依托公路项目展开了大量的路基防冻胀技术研究。

普速铁路的研究反而相对较少。

1 设计冻深确定

结合现行规范，对标准冻结深度、土的类别对冻深的影响系数、冻胀性对冻深的影响系数、周围环境对冻深的影响系数、地形环境对冻深的影响系数等进行分析[10～12]，计算设计冻深，见表1。

通过计算，普速铁路最大冻深2.4m，小于基床厚度2.5m。

2 季节性冻土地区调研

2019年三季度赴沈阳铁路局和哈尔滨铁路局进行实地考察调研。季节性路基冻害主要集中在哈尔滨铁路管辖范围。

2.1 冻害概况及整治方案

2.1.1锦州工务段

①冻害情况：存在冻害的有Ⅰ级铁路沈山线、沟海线，Ⅱ级铁路高新线，最大冻胀引起的轨面高程变化为5～10mm，冻害不严重，主要为路基表层轻微冻害。

②整治方案：一般采取秋季提前预垫板，冻害起时垫板找细，春季冻害回落期撤板的措施，对路基基床结构没有采取相关整治措施。

2.1.1大庆工务段

①冻害情况：将路基冻害分级管理。按照轻微冻害、一般冻害、严重冻害、冰锥或冰丘四个等级进行管理，见表2。

②形成路基冻胀病害的基本原因有以下几种：

A.路基基床面不平整，积水冻结膨胀形成冻胀病害。统计2018年11月至2019年10月部分数据。见表3。

B.碎石或混砂道床垫层不洁，污染严重，混入泥土量较多，遇积水产生冻胀，冻胀量10～20mm左右，发现19处。

C.地表水、地下水或浅层潜水对路基土的不均匀浸湿，多产生低矮路堤以及堑、堤相接的零断面和路堑地段。

D.路堤填土不均匀及路堑基底土质差异。

E.路基不同朝向形成的不均匀冻胀。

③ 路基冻害常用整治方法

A.保温方法：XPS板保温护道、草皮（或泥炭）保温护道。

B.降低地下水位方法：纵横向渗水盲沟、渗水暗沟（暗管）、排水沟、增设横向排水涵、管。

C.改良路基土质方法：基床表层换填、打入式灰土挤密桩、路基注浆或注盐等。

D.截排水方法：对于路基上游侧存在冰锥、冰丘的地段，可采取远离路基的挡水埝、截水沟、冻结沟、储冰沟（场）等措施，阻止冬季地下水向路基渗透产生的冻害。

E.阻断毛细水上升方法：采用换填粗砂或碎石层、铺设氯丁橡胶板、线路抬道等阻断措施进行整治。

3 通用图编制

3.1通用图范围

适用于季节性冻土地区新建铁路单线双线设计时速≤160公里的客货共线铁路路基基床设计，改建铁路参照执行。

3.2主要内容及特点

①包括的基床加固类型系统全面：分两册，每册分别纳入21种基床加固措施，类型系统全面。通过调研及计算统计，有害冻胀深度（或防冻层厚度）hf≤2.4m，综合施工分层厚度考虑取值，依据路基基床范围的地质和地下水埋深情况，针对一般路堤、路堑和低矮路堤对基床的要求不同，并提供基床加固措施一览表，包括路基类型、地质情况、地下水情况、有害冻胀深度（或防冻层厚度）和处理措施及备注，便于使用者根据项目实际情况选择加固措施。同时也纳入了地区适应性较强、实践证明效果显著的新结构、新材料，如装配式盲沟、保温材料及保温出口结构等。

②提出了基床加固设计原则： 详细说明如何根据铁路等级、有害冻胀深度（或防冻层厚度）、基床结构、工程类型、工程及水文地质条件、气候条件、环境保护及景观要求等条件，选用适宜的工程措施。

③基床设计措施的组成内容详细完整：集中各基床结构类型设计内容主要包括设计说明和设计图。设计说明包括基床设计依据、适用范围、设计原则、工程措施、基床土工材料技术指标、施工技术要求、质量批检要点等;设计图包括代表性横断面图、各细节大样图、土工材料连接图、防排水材料与接触网立柱接口图、装配式盲沟详细设计图和保温出口平纵横面设计图等。

3.3效益

①经济效益巨大：目前我院季节性冻土地区的铁路，各设计生产院和施工、监理单位均已采用本图集，规范化、标准化的推进有利于提高工效、节约人力资源、确保工程质量、减少基床病害，更有利于后期运营维护成本的降低;新施工工艺的推广提高了施工效率，节约资源;基床结构设计的优化节省了工程材料，减少了工程投资;基床加固设计工程在铁路投资中所占比重大，应用的长期经济效益巨大。

②社會效益显著：本图设计中认真贯彻当前的铁路技术政策，在保障安全、健康环保、节约资源、减少运营养护、提高旅客视觉舒适度等方面均具有突出的社会效益。

4结束语

通过在川藏线、沈吉线、临港疏港铁路等多条铁路路基基床设计中应用、提高了设计效率、优化结构设计，保证设计质量，具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 徐敩祖，王家澄，张立新. 冻土物理学[M]. 北京：科学出版社， 2001：9–12.

[2] 杜晓燕，叶阳升，张千里，蔡德钩.季节性冻土区高速铁路路基冻深研究 [J] 中国铁道科学，2015（3）：11-17.

[3] 张玉芝，杜彦良，孙宝臣，张少朋，韩晶.季节性冻土地区高速铁路路基冻融变形规律研究 [J] 岩石力学与工程学报，2014（12）：2546-2553.

[4]刘华，牛富俊，牛永红，林战举，鲁嘉濠.季节性冻土区高速铁路路基填料及防冻层设置研究 [J] 岩石力学与工程学报，2011（12）：2549-2557.

[5] 张玉芝，杜彦良，孙宝臣.季节性冻土地区高速铁路路桥过渡段路基变形特征分析 [J] 中国铁道科学，2016（1）：39-45.

[6] 刘华，牛富俊，牛永红，林战举，鲁嘉濠.季节性冻土区高速铁路换填路基冻结特征的有限元分析 [J] 工程地质学报，2013/21（4）：516-524.

[7]  房建宏，李东庆，周家作，张坤.季节性冻土路基防冻胀技术研究 [J] 中国公路学报，2013（11）：9-14.

[8]  陈志国，王哲人.季节性冻土地区公路路面抗冻设计方法 [J] 中国公路学报，2009（9）：34-40.

[9]  武立波，祁伟，牛富俊，牛永红.季节性冻土区公路路基冻害及其防治研究进展 [J] 冰川冻土，2015（10）：1283-1293.

[10]中华人民共和国国家铁路局. TB10035—2018、J158-2018 铁路特殊路基设 计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2019.

[11]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50007—2011 建筑地基基础设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2012.

[12]中华人民共和国行业标准编写组. JTJ118—2011 冻土地区建筑地基基础设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.