路基凍害

凍害為土體在凍結過程中因凍脹所引起的病害。由於土中的水在凍結過程中能向冷凍峯峯面遷移，並不斷凍結析出冰層，且體積增大9%，即造成土體的凍脹，使道牀或路基凍起，在融化時又會發生沉陷。水分遷移是凍土中主要的物理力學過程，是路基產生凍害的基本原因。

冬季凍結，春季開始融化，夏季全部融化的土層稱為季節凍土。凍結狀態保持三年或三年以上的不融凍土，稱多年凍土。我國東北地區及西北高山、高原地區，大部分均為季節凍土地區。通過上述地區的鐵路路基，在土、水、温度的共同影響下，路基面均有不同程度的凍脹，使線路縱、橫斷面產生凸凹不平的不均勻凍脹，影響行車平穩及安全，構成凍害。均勻凍脹一般情況並不構成凍害。凍害嚴重地段往往伴生翻漿冒泥、道砟陷槽、基牀土側擠等病害。

土凍結時在一定條件下會發生下部土體的水分向凍結峯面轉移的現象，即水分遷移，並析出冰層造成凍脹。解釋水分遷移的學説很多，目前普遍認為起主要作用的是“薄膜水遷移理論”。

物理學認為，由於土顆粒的電分子引力作用及水分子的雙極構造，當水和土顆粒接觸時，會在土顆粒表面形成一薄膜水層，見圖《路基凍害機理》所示。

最裏層的水分子吸附力最大，為強結合水，水分子不能自由活動也不凍結，而外圍的水層為弱結合水，可以在水分子力作用下運動和在負温下凍結。一般在土中，由於土顆粒間距離很小，甚至互相接觸，可以形成公共水化膜，這時它們的弱結合水層便會在土顆粒和水分子引力作用下達到相對的平衡狀態。當上部土體發生凍結時，由於形成冰晶，就從靠近凍結峯面的土顆粒外圍的水化膜中奪走一部分水，使水膜變薄，使公共水化膜產生不平衡。這時，減薄了的水膜就會從鄰近處抽吸水分來補充，以恢復平衡。所以在凍結過程中，增長着的冰晶不斷從臨近的水化膜中奪走水分，而相鄰的厚膜中的水分子又不斷地向薄膜補充，這樣，不斷地依次傳遞就形成了凍結時下部土體的水分向凍結峯面的遷移。

在養護維修工作中，必須堅持以預防為主，採取預防與整治相結合的原則，認真做好預防工作。所採取的預防措施通常是：

(1)經常保持道牀清潔，防止泥土雜物混入道牀，及時清除土壟。

(2)保持路肩和邊坡平整，無裂縫、無坑窪積水。

(3)完善地表排水系統，保持各種地面排水設備平順暢通，排除塹頂、堤腳及附近積水。

(4)定期檢查、疏通各種地下排水設備，做到不積水、不堵塞，降低地下水位。

(5)結合其他作業，事先更換或改良不均質土體。

(6)入冬前，做好各項排水設備防寒工作，保持其狀態良好，不凍結，無損壞。準備必要的保温材料，以便隨時應用。

在凍害發生後，應詳細、認真地進行路基凍害的調查，分析凍害形成的原因和規律。一是從外貌方面調查：凍害發生的部位、形狀、高度、起落時間及發展過程；二是進行鑽探或挖驗：記錄土層的類別、厚度、凍土結構、水文地質條件，包括必要的土工試驗等。為整治凍害提供充分的依據。 ^[2] 

整治凍害必須貫徹和遵循兩個原則：

一是消除不均勻凍脹。主要是指消除路基病害地段與相鄰地段的凍脹差值，或使這一差值在規定距離內逐步消失，使線路達到合乎要求的標準。

二是強調綜合整治的整體效果。各種整治凍害措施的目的、作用和效果不盡相同，各有針對性和適用範圍。因此要根據凍害的具體情況分析研究不同措施的互相搭配，注重它們的整體效果，以爭取達到根除凍害的目的。 ^[2]