[发明专利]一种利用泊松效应缓解路基冻胀变形的处治方法

说明书

本发明涉及路面抗冻设计领域，公开了一种缓解路基冻胀变形的处治方法。该方法包括以下步骤：(1)在待处治的路段采集路基土样；(2)根据以下过程确定所述路基土样的最佳孔洞率：测试所述路基土样的最优含水率和最大干密度，根据测得的最优含水率和最大干密度确定所述路基土样的压实度，然后根据该压实度将所述路基土样制成一系列开设有孔洞的筒状样品，测试这些筒状样品的冻胀率，选取冻胀率低于3％的筒状样品并计算其孔洞率，将其定为所述路基土样的最佳孔洞率；(3)按照步骤(2)确定的最佳孔洞率在所述待处治的路段的路基基床上表面垂直向下开设孔洞。该方法可以有效地利用孔洞的泊松效应缓解路基冻胀变形。

技术领域

本发明涉及利用泊松效应进行铁路公路路基抗冻设计领域，具体涉及一种缓解路基冻胀变形的处治方法。

背景技术

冻土是一种由冰胶结合且性质特殊的多相复杂体系，与其他类型土相比，最大特点是水、热、力等性质的不稳定性。我国冻土地区分布广泛，约有98.9％的面积被不同类型的冻土所覆盖，其中对工程建设影响较大的季节性冻土区的面积占全国面积的53.5％。

青藏公路和青藏铁路的建设加速了我国在冻土地区交通建设的步伐，近年来随着哈大、哈齐高铁的建设，我国开始大规模的在季冻区建设铁路干线。但无论是季节性冻土还是多年冻土，表层都存在着一层冬冻夏融的冻结一融化层，该层在冻融过程中会引起路基土样性质的变化，容易发生道路工程春季的翻浆冒泥现象，造成有砟铁路道砟陷槽、大幅的沉陷变形或边坡滑塌现象，给路基带来变形、冻胀、沉降和裂缝等病害，严重影响行车安全和运输效率。

根据哈尔滨铁路局、沈阳铁路局、呼和浩特铁路局及秦沈客运专线的铁路路基病害资料，冬季的冻胀和春季的翻浆是季节冻土区铁路路基的主要病害。随着经济的发展，由于大量高速、重载车辆的出现，更加剧了这种病害的程度。而目前我国正在东北、西北及华北等季节性冻土地区开展大规模的高速铁路建设。截止到2015年3月，东北地区已建成并投入运营的高速铁路有哈大、长吉和盘营等线，共计1119公里；在建的包括哈齐、沈丹、哈牡、京沈、吉图珲、哈佳等线路，共2198公里。西北地区已建成并投入运营的有兰新、郑西、大西等线路，共计2977公里；在建的线路有西宝、宝兰等线路，共计625公里。此外，根据我国预计将修建北京至莫斯科的欧亚高速运输走廊，全长超过7000公里。

这些高速铁路穿越了冻土广泛分布的高寒地区，高铁建设和运营过程中将面临着一系列抗冻防寒等诸多问题。高速列车在高速运行状态下对路基的变形响应更加敏感，冻胀的不均匀性，常使轨道结构的水平、高低也发生不均匀变化，改变线路的整体平顺度，而路基较大的冻胀变形也会导致路基面以上轨道结构中的轨道扣件、轨距杆等工作状态几乎失效，引起线路高低不平，从而影响铁路的平顺性和乘坐舒适度，更为严重的是影响列车的行驶安全，大大增加了铁路工务部门的线路维护工作量。可以说，季节性冻土路基防冻胀是众多问题中最为基础、最为核心的问题。有效解决该问题可为我国国家和国际战略的顺利推进提供坚实的理论基础及强有力的技术支撑。

为了解决路基冻胀问题，研究人员已经进行了大量研究并取得了一定的成果，比如改变路基土质结构，增设隔水保温垫层等。

CN103541740A中公开了一种减小寒区隧道衬砌冻胀力的结构系统，由内侧到外侧依次包括隧道初衬混凝土、复合土工布防水层、缓冲层和二次衬砌；所述缓冲层由聚乙烯泡沫塑料衬垫和纤维增强泡沫混凝土组成；所述聚乙烯泡沫塑料衬垫铺设并固定于防水层表面，并使二者紧密粘合；在聚乙烯泡沫塑料衬垫外侧浇筑纤维增强泡沫混凝土。

《季节性冻土路基防冻胀技术研究》(中国公路学报,2013,26(6):9-14) 中公开了一种季节性冻土路基防冻胀技术研究，通过在季节性冻土地区采用碎石路面垫层加隔水土工膜以减少季节冻深，从而改善道路冻胀变形。

然而，目前季冻区路基冻胀问题的解决方法与技术多是单一地减少路基的纵向冻胀量，不能很好地解决路基的不均匀冻胀问题。因此，如何同时改善路基的横向和纵向形变，将路基冻胀力均匀而有效地释放是路基工程抗冻设计领域一个亟待解决的问题。

发明内容