论文发表 ：浅谈路基冻胀与翻浆的处理__墨水学术,论文发表,发表

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:298

副标题#e#摘    要     本文系笔者在工作过程中，针对新疆严寒地区，对冻胀性土路段的路基所产生的冻胀与翻浆问题，从设计、施工、形成因素、预防原则及措施等方面提出一些自己的见意，供同行商榷指导。
关 键 词     冻胀与翻浆    形成因素    预防原则    工程措施

1. 前言 
 冻胀与翻浆是季节性冻土与多年冻土地区所特有的公路病害，主要分布在我国北方寒冷地区和南方高寒山区以及高原地带上，在我区主要分布在阿勒泰、伊犁、塔城及昌吉州部分地区。冻胀与翻浆是上述地区内分布较广、危害较大的两种公路病害，因而也是路基路面设计施工中必须着重考虑的问题。
 
2. 冻胀与翻浆
2.1  冻胀
 使用冻胀性土的路段，当有水分供给时，在冬季负气温作用下，水分连续向上聚流，在路基上部形成冰夹层、冰透镜体，导致路面不均匀隆起，使柔性路面开裂、刚性路面错缝或折断的现象，称为冻胀。
2.1.1  冻胀的形成——负温度作用下路基水分的迁移
 当路基表面的土开始冻结时，土空隙内的自由水在0℃时首先冻结，形成冰晶体。当温度继续下降时，与冰晶体接触的薄膜水受冰的结晶力的作用，迁移到冰晶体上面冻结。因此，与冰晶体接触处土粒上的水膜变薄，破坏了原来的吸附平衡状态，土粒的分子引力有剩余，就要从下面水膜较厚的土粒吸引水分子。同时，当水膜变薄时，薄膜水内的离子浓度增加，产生了渗透压力差。在土粒分子引力与渗透压力差的共同作用下，薄膜水就从水膜较厚处向水膜较薄处迁移，并逐层向下传递。在温度为0~-5℃的条件下，当未冻区有充分的水源供给时，水分发生连续向冻结线的迁移，使路基上部大量聚冰。
2.1.2  冻胀的形成部位——聚冰层
当冻结线在某一层位停留时间过长，水分有较多的迁移时间，且水源供给充分时，可能在该深度处形成明显的聚冰层；当冻结速度较快，每一深度处水分迁移的时间短，聚冰少且均匀分布，可能不形成明显的聚冰层。路基内显著聚冰的层位，一般也是产生不均匀冻胀的层位，通常主要出现在路基上部的某一深度范围内。超过该深度时，由于上覆土层冻结所形成的阻力，将使水分迁移大大减弱，不均匀冻胀实际上停止发展。该深度称为临界冻结深度各种土的临界深度概值由细砂、砂性土、粉性土、重亚粘土、轻粘土逐渐增大。
2.1.3  衡量冻胀的指标——冻胀系数（或冻胀率）
平均冻胀（在横断面方向，路面全宽内的平均冻胀值）值h与相应的冻结深度Z的比值，称为冻胀系数kf，kf值为综合反映冻胀性强弱的指标。在高地下水位地段，使用强冻胀性土的路基，春冻胀系数可达0.15~0.20。
2.2    翻浆
使用冻胀性土的路段，在冬季负气温作用下，水分连续向上聚流、冻结成冰，导致春融期间，土基含水过多，强度急剧降低，在行车作用下路面发生弹簧、裂缝、鼓包、冒泥等现象，称为翻浆。 
2.2.1  翻浆形成与发生的过程
秋季，是路基水的积聚时期。由于降水或灌溉的影响，地面水下渗，地下水位升高，使路基水分增多。冬季气温下降，路基上层的土开始冻结，路基下部土温仍较高。水分在土体内，由温度较高处向温度较低处移动，使路基上层水分增多，并冻结成冰，使路面冻裂或隆起，发生冻胀。春季或夏季，气温逐渐回升，路基上层土首先融化，土基强度很快降低，承载能力降低，在行车作用下形成翻浆。以后天气渐暖，蒸发量增大，冻层解冻，路基上层水分下渗，土变干，土基强度逐渐恢复，这就是翻浆发展的全过程。
2.2.2  翻浆分类与分级
翻浆根据路基水类#p#副标题#e#型分为：地下水类翻浆；地面水类翻浆；土体水类翻浆；气态水类翻浆；混合水类翻浆。
根据翻浆高峰时期路面变形破坏程度，将翻浆路段分为三级：轻型翻浆；中型翻浆；重型翻浆。
2.3    冻胀与翻浆的关系
2.3.1  统一过程的两个阶段
冻胀与翻浆都是在夏、秋季地面水下渗或地下水位升高的基础上，在冬季负气温的影响下，发生水分迁移，使路基上层水分增多，并冻结成冰而形成。冻胀发生在冬季，是路基上层显著聚冰的直接反映；翻浆虽发生在春季，也是在冬季路基上层聚冰的基础上，化冰时土基水分过多，强度急剧下降，并经行车作用而形成。
2.3.2  一致性与差异性
一般情况下，冻胀大的路段，土基聚冰多，春融期水分多，则翻浆较重；反之，冻胀小路段，土基聚冰少，春融期水分就少，则不易翻浆。但有时冻胀大的路段并不翻浆，这可能是聚冰层位于土基下部或路面较厚等缘故；有时冻胀小的路段反而翻浆，其原因可能是聚冰层虽薄但位于土基上部、聚冰下挤没有表现为冻胀、路面过薄或结构不合理。
2.3.3  不同路面有不同反映
高级路面对变形特别敏感，容易出现开裂、错缝、折断等冻胀破坏。由于路面厚、安全系数大，一般较少出现翻浆破坏；中、低级路面由于路面薄、安全系数低，较多出现翻浆破坏。由于可出现较大变形，故很少出现冻胀破坏；次高级路面介于两种路面之间，故冻胀、翻浆破坏均有。所以在设计时，对不同等级的路面，所考虑的侧重点也不同。

3.冻胀与翻浆的形成因素
3.1      土质
粉性土由于毛细水上升较高且快，具有最强的冻胀性，最容易形成翻浆；粘性土的毛细水上升虽高，但速度慢，只有在水源充足且冻结速度缓慢的情况下，才能形成冻胀与翻浆。
3.2     水
冻胀与翻浆的过程，实质上就是水在路基中迁移、相变的过程。是形成冻胀与翻浆的重要条件。
3.3      温度
一定的冻结深度或冰冻指数是形成冻胀与翻浆的基本条件。而冻结速度和负气温作用的特点对冻胀与翻浆的形成有很大的影响。冻结速度越慢，越易形成病害。
3.4      路面
冻胀与翻浆都是通过路面变形破坏反映出来的，因此路面类型及路面厚度也是一个影响因素。比如透气性越好的路面类型及厚度较大的路面结构，相应就能减轻或避免冻胀与翻浆的产生。
3.5      行车荷载
公路翻浆是通过行车荷载的作用最后形成的。在其他条件相同时，交通量越大，车辆越重，则翻浆病害越多越严重。

4.     防治冻胀与翻浆的一般原则
4.1      设计原则
在冻胀与翻浆地区，路线因尽量设置在干燥地段，当路线必须经过水文地质不良地段时，就要采取预防措施，搞好地面水及地下水的处理，适当抬高路基填土。在路面设计时，除按强度进行结构层设计外，还需按容许冻胀要求进行复核。
4.2      防治的基本途径
首先要调节路基的水温状况，防止水分在冻结前或冻结过程中进入路基上部；如有水分聚集在路基上部，则应在化冻时期将多余的水分及时排除或暂时积蓄在渗水性及水稳性良好的路面结构层中；改善土基，加强路面。
4.3      容许总冻胀
水泥混凝土路面的容许冻胀值为2cm，沥青混凝土路面的容许冻胀值为4cm，次高级路面的容许冻胀值为6cm。在按强度进行路面结构层设计时，应按容许冻账进行复核。
4.4      翻浆防治措施的选择
可采用路基排水；提高路基；砂砾垫层；石灰土结构层；煤渣石灰土结构层；透水性隔离层；不透水#p#副标题#e#隔离层；盲沟；换土等。

5.     防治冻胀与翻浆的工程措施
5.1  做好路基排水
良好的路基排水可防止地面水或地下水侵入路基是土基保持干燥，减少冻结过程中水分聚流的来源。因此，应重视排水沟渠的设计，使排水沟渠与桥涵组成一个完整通畅的排水系统。为降低路基附近的地下水位，可采用有管渗沟；为拦截并排除流向路基的地下水，可采用截水渗沟。
5.2      提高路基填土高度
提高路基填土高度，增大了路基边缘至地下水或地面水水位间的距离，从而减少了冻结过程中水分向路基上部迁移的数量，使冻胀减弱，使翻浆的程度变小。
5.3      设置隔离层
隔离层设在路基中一定深度处，其目的在于防止水分进入路基上部，从而起到防治冻胀与翻浆的作用。按使用材料将隔离层分为两类：
5.3.1  透水性隔离层
    是用碎石、砾石或粗砂等做成，厚度一般为10~20cm，高出地面水20cm以上；为防止淤塞，应在隔离层上面和下面设置防淤层。
5.3.2  不透水性隔离层
又可分为不封闭式（隔断毛细水）和封闭式（隔断毛细水和横向渗水）两种。不透水隔离层所用材料为沥青土、沥青砂、直接喷洒沥青或柏油、油毡纸、不透水土工布、塑料薄膜等不透水材料。
5.4      换土
采用水稳性好、冰冻稳定性好、强度高的粗颗粒土换填路基上部，可以提高土基的强度和稳定性。换土层厚度可根据地区情况、公路等级、行车要求以及换填土材料等因素确定，一般路基上部换填60~80cm厚的粗粒土，路基可基本稳定。
5.5      注意路槽排水
通常采用砂垫层和横向盲沟等措施。砂垫层的作用为：融期可起蓄水、排水作用；能隔断毛细水上升；融期可防止路基泥浆上挤污染路面结构层；冬季对路基冻胀可起到缓冲作用，从而减轻路面冻胀。砂垫层的经验厚度根据路基潮湿类型一般取15~30cm。路槽下设横向盲沟可及时排出透水层内的纵向水流和春融期土基化冻时的多余水分。但盲沟往往容易淤塞，使用时应注意。
5.6  加强路面结构
在冻胀与翻浆路段，常使用整体性好的石灰土、煤渣石灰土、水泥稳定砂砾等半刚性结构层，以加强路面结构层。
5.7  加设防冻层
如按强度计算的路面厚度小于路面防冻最小总厚度时，需用冰冻稳定性良好的材料加设防冻层补足。路面防冻最小总厚度hfp=(fa-fp)Ec/fa。
式中fa——路面实际冻胀值，cm；
    fp——路面允许冻胀值，cm；
Ec——临界冻结深度，cm。
    防冻层材料应选用冰冻稳定性良好的砂砾、粗砂、矿渣等粒料，也可采用水泥或石灰煤渣稳定粗粒土、石灰粉煤灰稳定粗粒土等。
5.8  铺设隔温层
在重冻区，有条件时也可采用铺设高效隔温层的方法，减少土基冻结深度，以防冻胀及翻浆。隔温层采用导稳性能差的材料铺在土基内或路面结构层内。隔温材料一般采用煤渣、压实锯木屑、泡沫塑料等。

6.    结束语
    在实地冻胀及翻浆路段，只有因地制宜，结合当地实际情况，如工程地质、水文、气象等方面，本着经济、安全、适用的原则，精心勘察，多方案比选，才能设计出最经济合理的方案和工程措施，来预防冻胀和翻浆的发生，或使病害减少到最低程度。