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摘要：简要的分析了严寒地区路基冻害的产生原因,并根据实际施工经验总结了关于路基冻害的预防措施。
关键词：严寒地区 ， 路基，冻害 ， 预防
Abstract: a brief analysis of the cold area of cold roadbed of reason, and according to the actual construction experience summarized the roadbed frost prevention measures about.
Keywords: cold region, roadbed, cold, prevention
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、概述
哈尔滨地区冬期寒冷而漫长，且冬季来临早，一般每年10月份即进入负温阶段，极端最低气温-39.9℃～-32. 8℃，最大积雪厚17～30cm，最大冻结深度185cm。因此在此种环境下进行地基处理和路基施工,必须对冻害的预防有着深刻的认识并采取有效的预防措施。
二、冻害产生的原因及对路基施工产生的影响
冻害的产生主要是由于土体中存在的孔隙水，因受到负温而结晶，继而形成冻土，且使土体发生冻胀。
因此，冬季在冻土形成过程中进行地基CFG桩施工，其桩头混凝土极易受冻，达不到设计强度，而使整根桩的承载力达不到设计值，且桩头在土壤冻结深度范围内受冻拔力作用而发生断裂，形成断桩。而在路基填筑过程中，填料的细颗粒含量越大其冻胀性越明显。
三、冻害的预防
认识到冻土对路基处理和路基施工产生的危害，应尽量避免在冬季冻土形成时进行施工，如须施工必须采取必要的预防措施。
（一）CFG桩基冻害预防
1、桩头混凝土受冻预防
进入冬季施工CFG桩时，其设计桩顶标高上部的土体不要清除，只对场地进行整片即可；其二，成桩后桩顶置换出的土不要立即清除，待一个段落全部CFG桩施工完成后，将桩顶废土摊铺整平，作为覆盖防冻层；如桩顶以上防冻层厚度仍不满足最大冻结深度的要求时，其实必须再增加覆盖土或其他材料。
2、桩头断裂预防
因土壤受冻对桩头产生冻拔力，因此需要越冬的桩头必须进行防冻处理。除了用废土作为覆盖防冻材料外，还可根据当地的自然资源选择即经济又保温的材料。我部2008年CFG桩采用当地盛产的玉米杆作为覆盖材料,并取得了较好的效果。
玉米秸杆覆盖的方法和效果
(1)首先通过计算确定相应的各类参数和玉米杆的覆盖厚度（参考建筑施工计算手册）
①无保温措施的土壤冻结情况
根据公式：H=A（P1/2+0.018P）
其中 H——未保温的土壤冻结深度（cm）；
A——系數，对黏土、粉质黏土取2.5，对粉土、细砂取3.0；
P——冻结指数，P=Σt.T ；
t——土壤冻结的天数；
T——土壤冻结期间，每天平均负气温（℃）（取正号）。
在以上各项中，A取2.5。根据哈尔滨地区气温规律，冻土季节一般为本年的11、12月到来年的1、2、3月，共跨五个月，约137天，即t=137。在这段时期内，每天的平均气温约为-10℃，即T=10,因此P=Σt.T=137×10=1370。
可得出：H= A（P+0.018P）=2.5×（13701/2+0.018×1370）=154cm。
覆盖过程中冻土深度按154cm进行考虑。
②覆盖玉米杆的厚度确定
根据公式：h=H／β计算得出。
其中 H——未保温的土壤冻结深度（cm）；
h——土壤的保温防冻所需的保温层厚度（cm）；
β——各种材料对土壤冻结影响系数，玉米杆取1.4；
则玉米杆覆盖厚度:h= 1.54／1.4=110cm。
(2)采用两层塑料薄膜，底部一层，顶部一层，中间夹厚度不小于1.1m的玉米秸杆进行覆盖。
(3)对覆盖层内外温度进行数据采集，其内外温度对比见下表：
通过表中数据分析，采取覆盖措施后，覆盖层内的温度较之外部环境温度有较大的改善，亦可以减小下部土层的冻结深度。
(4)土壤冻结深度对比
冬季过后的3月份，我部对覆盖处土壤冻结深度与未覆盖处土壤冻结深度做了对比，未覆盖处的土壤冻结深度均在1.6m～1.8m之间，覆盖处的土壤冻结深度均为30～50cm。
现场覆盖 覆盖完成
需要注意的是：采用玉米秸秆覆盖时尽量要及时覆盖，因该覆盖层只能起到保温作用，而无法升温，如低于-5℃才进行覆盖，则其对减少下部土体的冻结深度难以达到预期效果；顶部塑料膜须覆盖紧密，以减小温度损失；另外塑料膜和玉米秸秆均为易燃材料，现场需安排人员值班，以防火灾。
（二）路基冻害预防
路基冻害预防，主要是选择级配良好、且透水性好的路基填料，具有良好的抗冻胀性能。我部路基本体填料主要是A.B组填料。
1、A.B料的定义：
①、A组填料是指颗粒级配良好，细颗粒含量＜15%，颗粒形状等质地较好的填料；B组填料相对于A组填料仅是颗粒级配不良的填料。
②、A组填料与 B组填料的区别在与细粒土的含量，细粒土小于15%为A组,15%～30%之间为B组，大于30%为C 组。
2、室内试验项目及试验结果分析
A、B组填料填筑，料源质量是关键，为此我们进行了大量粗粒土的室内试验。主要工作及其结论如下:
（1）由于现场无天然A、B组料，经多次掺配试验，最终选取20～40㎜20﹪、10～20㎜30﹪、5～10㎜30﹪、0～5㎜20﹪的掺配比例进行了筛分试验,并分别从级配情况和是否满足基床填料的要求两方面进行了分析。分析结果认为,A组填料级配优良,是用于路基基床的最佳填料,且填料的干密度和孔隙比分别呈线性的相关关系。（见下图）
定 名 粗粒土:级配良好的细角砾
（2）采用不同的击实标准、击实功和测定含水量的方法进行击实试验的研究,通过试验结果可知,击实功越大所得的干密度越大,含水量的测定方法对试验的结果也影响较大。
（3）击实前后筛分试验，主要是模拟填料经现场碾压前后的颗粒变化的情况，预测粗粒土经碾压后的级配状况。
①经击实后，颗粒向级配良好方向发展，少部分由于0.25-5mm颗粒较少、级配反而变差。
②填料击实前不均匀系数Cu在7.32-31.12之间、曲率系数Cc在1.07-2.68之间；击实后不均匀系数Cu在86.7-560之间、曲率系数Cc在1.00-1.21之间，加之粗颗粒含量差异不大，击实前大于5mm颗粒含量P5在38.8%-59.4%之间，击实后在26.0%-49.0%之间，反映出填料颗粒级配的相对均匀性。
③填料细颗粒含量击实前后进行比较，粒径d＜0.075mm部分击实前在0.2%-7.3%之间，击实后在1.0%-14.2%之间，这样能更好的降低空隙率，提高各项检测指标。
（4）根据现场及料源调查所取数据，我部所选料场主要为细角砾土，最佳含水率在5.5%-7.5%之间，最大干密度在2.25-2.28g/cm3之间，料源地没有天然A、B组填料，通过四级掺配其击实前后的筛分曲线比较接近，其填料等级都属于A类填料，平均颗粒密度一般为2.71g/cm3。
粗粒土对路基的稳定与否，与粗粒土中粗颗粒的强度和抗风化能力息息相关，可通过测定破碎率及崩解率来评定填料的稳定性。
四、总 结
1、根据当地自然环境条件选择经济合理效果好的材料进行桩头防冻保温，CFG桩可以直接利用置换出的废土作为覆盖保温层。
2、采当地用玉米秸秆覆盖保温，既经济又能保证保温效果，不仅可以对已施工的路基进行保温，同时可以对来年需先期施工段落采取同样的保温方法，减小土体的冻结深度，缩短解冻的时间，尽早进行施工。
3、路基填筑中，良好的填料是路基防冻胀的基本要求，正确的选择路基填料也是预防路基冻害的先决条件。
4、通过科学的方法和有效的措施，可以有效的预防路基冻害的产生和扩大，避免了因冻害产生的质量隐患和经济损失，同时也保证了以后列车运行的安全。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：严寒地区 ， 路基，冻害 ， 预防
Abstract: a brief analysis of the cold area of cold roadbed of reason, and according to the actual construction experience summarized the roadbed frost prevention measures about.
Keywords: cold region, roadbed, cold, prevention
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、概述
哈尔滨地区冬期寒冷而漫长，且冬季来临早，一般每年10月份即进入负温阶段，极端最低气温-39.9℃～-32. 8℃，最大积雪厚17～30cm，最大冻结深度185cm。因此在此种环境下进行地基处理和路基施工,必须对冻害的预防有着深刻的认识并采取有效的预防措施。
二、冻害产生的原因及对路基施工产生的影响
冻害的产生主要是由于土体中存在的孔隙水，因受到负温而结晶，继而形成冻土，且使土体发生冻胀。
因此，冬季在冻土形成过程中进行地基CFG桩施工，其桩头混凝土极易受冻，达不到设计强度，而使整根桩的承载力达不到设计值，且桩头在土壤冻结深度范围内受冻拔力作用而发生断裂，形成断桩。而在路基填筑过程中，填料的细颗粒含量越大其冻胀性越明显。
三、冻害的预防
认识到冻土对路基处理和路基施工产生的危害，应尽量避免在冬季冻土形成时进行施工，如须施工必须采取必要的预防措施。
（一）CFG桩基冻害预防
1、桩头混凝土受冻预防
进入冬季施工CFG桩时，其设计桩顶标高上部的土体不要清除，只对场地进行整片即可；其二，成桩后桩顶置换出的土不要立即清除，待一个段落全部CFG桩施工完成后，将桩顶废土摊铺整平，作为覆盖防冻层；如桩顶以上防冻层厚度仍不满足最大冻结深度的要求时，其实必须再增加覆盖土或其他材料。
2、桩头断裂预防
因土壤受冻对桩头产生冻拔力，因此需要越冬的桩头必须进行防冻处理。除了用废土作为覆盖防冻材料外，还可根据当地的自然资源选择即经济又保温的材料。我部2008年CFG桩采用当地盛产的玉米杆作为覆盖材料,并取得了较好的效果。
玉米秸杆覆盖的方法和效果
(1)首先通过计算确定相应的各类参数和玉米杆的覆盖厚度（参考建筑施工计算手册）
①无保温措施的土壤冻结情况
根据公式：H=A（P1/2+0.018P）
其中 H——未保温的土壤冻结深度（cm）；
A——系數，对黏土、粉质黏土取2.5，对粉土、细砂取3.0；
P——冻结指数，P=Σt.T ；
t——土壤冻结的天数；
T——土壤冻结期间，每天平均负气温（℃）（取正号）。
在以上各项中，A取2.5。根据哈尔滨地区气温规律，冻土季节一般为本年的11、12月到来年的1、2、3月，共跨五个月，约137天，即t=137。在这段时期内，每天的平均气温约为-10℃，即T=10,因此P=Σt.T=137×10=1370。
可得出：H= A（P+0.018P）=2.5×（13701/2+0.018×1370）=154cm。
覆盖过程中冻土深度按154cm进行考虑。
②覆盖玉米杆的厚度确定
根据公式：h=H／β计算得出。
其中 H——未保温的土壤冻结深度（cm）；
h——土壤的保温防冻所需的保温层厚度（cm）；
β——各种材料对土壤冻结影响系数，玉米杆取1.4；
则玉米杆覆盖厚度:h= 1.54／1.4=110cm。
(2)采用两层塑料薄膜，底部一层，顶部一层，中间夹厚度不小于1.1m的玉米秸杆进行覆盖。
(3)对覆盖层内外温度进行数据采集，其内外温度对比见下表：
通过表中数据分析，采取覆盖措施后，覆盖层内的温度较之外部环境温度有较大的改善，亦可以减小下部土层的冻结深度。
(4)土壤冻结深度对比
冬季过后的3月份，我部对覆盖处土壤冻结深度与未覆盖处土壤冻结深度做了对比，未覆盖处的土壤冻结深度均在1.6m～1.8m之间，覆盖处的土壤冻结深度均为30～50cm。
现场覆盖 覆盖完成
需要注意的是：采用玉米秸秆覆盖时尽量要及时覆盖，因该覆盖层只能起到保温作用，而无法升温，如低于-5℃才进行覆盖，则其对减少下部土体的冻结深度难以达到预期效果；顶部塑料膜须覆盖紧密，以减小温度损失；另外塑料膜和玉米秸秆均为易燃材料，现场需安排人员值班，以防火灾。
（二）路基冻害预防
路基冻害预防，主要是选择级配良好、且透水性好的路基填料，具有良好的抗冻胀性能。我部路基本体填料主要是A.B组填料。
1、A.B料的定义：
①、A组填料是指颗粒级配良好，细颗粒含量＜15%，颗粒形状等质地较好的填料；B组填料相对于A组填料仅是颗粒级配不良的填料。
②、A组填料与 B组填料的区别在与细粒土的含量，细粒土小于15%为A组,15%～30%之间为B组，大于30%为C 组。
2、室内试验项目及试验结果分析
A、B组填料填筑，料源质量是关键，为此我们进行了大量粗粒土的室内试验。主要工作及其结论如下:
（1）由于现场无天然A、B组料，经多次掺配试验，最终选取20～40㎜20﹪、10～20㎜30﹪、5～10㎜30﹪、0～5㎜20﹪的掺配比例进行了筛分试验,并分别从级配情况和是否满足基床填料的要求两方面进行了分析。分析结果认为,A组填料级配优良,是用于路基基床的最佳填料,且填料的干密度和孔隙比分别呈线性的相关关系。（见下图）
定 名 粗粒土:级配良好的细角砾
（2）采用不同的击实标准、击实功和测定含水量的方法进行击实试验的研究,通过试验结果可知,击实功越大所得的干密度越大,含水量的测定方法对试验的结果也影响较大。
（3）击实前后筛分试验，主要是模拟填料经现场碾压前后的颗粒变化的情况，预测粗粒土经碾压后的级配状况。
①经击实后，颗粒向级配良好方向发展，少部分由于0.25-5mm颗粒较少、级配反而变差。
②填料击实前不均匀系数Cu在7.32-31.12之间、曲率系数Cc在1.07-2.68之间；击实后不均匀系数Cu在86.7-560之间、曲率系数Cc在1.00-1.21之间，加之粗颗粒含量差异不大，击实前大于5mm颗粒含量P5在38.8%-59.4%之间，击实后在26.0%-49.0%之间，反映出填料颗粒级配的相对均匀性。
③填料细颗粒含量击实前后进行比较，粒径d＜0.075mm部分击实前在0.2%-7.3%之间，击实后在1.0%-14.2%之间，这样能更好的降低空隙率，提高各项检测指标。
（4）根据现场及料源调查所取数据，我部所选料场主要为细角砾土，最佳含水率在5.5%-7.5%之间，最大干密度在2.25-2.28g/cm3之间，料源地没有天然A、B组填料，通过四级掺配其击实前后的筛分曲线比较接近，其填料等级都属于A类填料，平均颗粒密度一般为2.71g/cm3。
粗粒土对路基的稳定与否，与粗粒土中粗颗粒的强度和抗风化能力息息相关，可通过测定破碎率及崩解率来评定填料的稳定性。
四、总 结
1、根据当地自然环境条件选择经济合理效果好的材料进行桩头防冻保温，CFG桩可以直接利用置换出的废土作为覆盖保温层。
2、采当地用玉米秸秆覆盖保温，既经济又能保证保温效果，不仅可以对已施工的路基进行保温，同时可以对来年需先期施工段落采取同样的保温方法，减小土体的冻结深度，缩短解冻的时间，尽早进行施工。
3、路基填筑中，良好的填料是路基防冻胀的基本要求，正确的选择路基填料也是预防路基冻害的先决条件。
4、通过科学的方法和有效的措施，可以有效的预防路基冻害的产生和扩大，避免了因冻害产生的质量隐患和经济损失，同时也保证了以后列车运行的安全。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。