概述
路基凍脹,主要是路基水在冬季受低溫影響,溫度較高的水向溫度較低的土層方向轉移,在溫差聚水作用下,水分迅速聚集並逐漸形成聚冰層。水的補給是由地下毛細作用引起的,使路基表層水分不斷增加,結冰后土體膨脹增大,形成凍脹。
存在現象
東北地區由於冬夏季溫差大,容易出現路基凍脹。在這種區域,設計、建設高鐵時,要控制路基中水的含量,路基中如果沒有水分,就會像沙土一樣,沒有強度。而水分多了,冬天凍起來,夏天一膨脹,會導致路基變形,影響高鐵的平順性和安全性。
高架橋的基座打入地下40多米深,採用高架的軌道並沒有出現問題,問題主要出在路基上鋪設無砟軌道的路段,與普通鐵路相比,高鐵對路基防沉降變形的要求更高,在建設過程中,必須將水分控制在適量的程度。讓水分冬天一凍,剛好把路基中的縫隙填滿,不會再膨脹,這樣路基就不會隨著天氣變化出現凍脹循環。
如果當地地下水位比較高,就必須做好地基封堵處理;如果是表面來水,那路基的表面一定要包裹封閉好,修好邊坡和排水溝等設施,將水從表面排走。出現問題,說明哈大高鐵設計時,對線路情況研究得不夠透徹,存在設計深度不夠的問題。
技術標準
根據鐵道部頒布的《高速鐵路設計規範(試行)》等現行的高鐵建設標準,高鐵路基、橋樑、隧道工後沉降必須小於15mm,路基與橋樑、路基與隧道等結構物間的工後差異小於5mm,折角小於千分之一。
典型案例
哈大高鐵正面臨路基凍脹問題的困擾,哈大高鐵於2007年8月23日正式開工建設,到2010年底已基本完成軌道鋪設的工作,但其後一年多的時間裡,觀測到部分路段路基隨天氣變化,出現了超標準的凍脹變化。
哈大高鐵部分路段的路基,沒有處理好凍脹的問題,正在對路基進行重新處理,經過科學試驗已經掌握了在北緯45度嚴寒地區(最低溫度可達-40°C地區)鋪設無砟鐵路的技術,而哈大高鐵在設計、建設過程中,沒能認真套用這些技術。
治理方法
1、將路基地表水引向路基外排除,切斷浸蝕路基的水源。
2、設定隔溫層,防止水的凍結和路基土膨脹。
3、在路堤下部設定隔斷層,以隔斷毛細水上升,防止路基凍脹。隔斷層應採用滲水性良好的粗粒料填築,其位置宜在路基的中部或底部,厚度一般是40~50cm,其底面宜設反濾層,也可用清砂,防滲型土工織物等不透水材料修築。
最新研究
2008年11月,來自鐵道部科技司、工管中心、鐵科院、中鐵第一勘察設計院、中國鐵建等單位的專家,在哈爾濱召開了哈大客運專線成高子試驗段階段成果審查會。鐵道部科技司吳克儉副司長對該試驗給出了正面評價:“該試驗對防凍漲下了大功夫,取得了成果。要深化和細化防凍漲和防開裂措施。
嚴寒地區板式無砟軌道試驗段工程,位於黑龍江省成高子站,距哈爾濱約20公里,試驗段全長563.2米。是中國首次也是世界首次在位於北緯45度以上嚴寒地區(最低溫度可達-40°C地區)試驗鋪設無砟鐵路。
為了在位於北緯45度附近嚴寒地區建設高鐵,此前由鐵道部牽頭,相關科研單位在東北地區,曾做過很多關於無砟軌道路基建設的試驗,而且取得了創新和突破。該科研項目通過了鐵道部科技司驗收,並且獲得了中國鐵建科技創新一等獎。濱綏線是一條繁忙路線,經過近4年運營這個試驗段的客貨運量已超過4億噸,路基沒有發生變化。
高鐵無砟軌道技術,原創在日本,中國進行的進一步研發創新,還吸引了日本鐵路專家的注意。試驗成功的時候正處於哈大高鐵建設的初期,完全有可能將試驗成果用於哈大高鐵。而且哈大公司還曾多次組織人員去成高子試驗段,觀摩學習。