黑龙江大学毕业论文修改版

1、黑龙江大学论文题目：道路冻胀翻浆的成因及处理方法学 院：建筑工程学院年 级：2010级专 业：土木工程姓 名：王灯洋学 号：20101870指导教师：王莉摘要道路冻胀翻浆是冻土区最大的公路病害，严重威胁着工程建筑物的安全与稳定，特别是给公路尤其是高速公路的正常运行造成了安全隐患，同时也额外的增大了公路的养护费用，给公路工程带来了巨大的危害，同时给国民济造成了重大的损失。道路冻胀翻浆产生的实质是水在路基土中的迁移和相变的过程。通过对国内外道路冻胀翻浆研究现状和道路冻胀翻浆产生的危害的分析，明确了道路冻胀翻浆研究的意义。进而研究了道路冻胀翻浆产生的机理，道路的翻浆是伴随道路冻胀发生的，道路的冻胀是

2、道路翻浆形成过程中一个十分重要的发展阶段，了所以说道路的冻胀与翻浆是统一过程的两个阶段且道路的冻胀与翻浆既具有一致性又有差异性。道路冻胀翻浆是多种因素综合作用的结果，其中土质、水、温度和路面是导致道路冻胀翻浆现象产生的基本条件。并提出了道路冻胀翻浆的防治原则、防治措施和施工注意事项，以避免道路冻胀和翻浆病害的发生，从而延长公路的使用寿命和年限。对冻土地区的公路设计、施工、养护具有指导意义。关键词道路冻胀翻浆;冻土;水分迁移AbstractFrothing road frost is permafrost region s largest highway disease , a serious

3、threat to the security and stability of engineering structures , especially to the road , especially caused by the normal operation of highway safety problems , as well as additional increases road maintenance fees for highway projects has brought great harm to the national economy while causing sig

4、nificant damage.The substance is produced by road frost boiling phase change process migration and water in the subgrade soils . By analyzing the hazards of domestic and foreign research status and road frost boiling boiling road frost produced , a clear sense of road frost boiling research. Further

5、 study of the mechanism of road frost boiling generated Frothing road is accompanied by the occurrence of road frost , frost heave road Frothing formation process is a very important stage of development, so that the road is heaving with boiling unity two stages of the process and the road heaving w

6、ith boiling consistency both have differences.Frothing road frost action is the result of many factors , including soil, water, temperature and road conditions are the basic cause of road frost boiling phenomenon . And proposed road frost Frothing prevention principles , prevention measures and cons

7、truction precautions to avoid road frost and boiling the occurrence of disease , thereby extending the life and lives of the highway. Permafrost regions of guiding significance for highway design , construction, maintenance .Keywords：Frothing road frost , frozen soil , moisture migration目录摘要IAbstrac

8、tII第一章 绪论11.1 冻土及其研究意义11.2国内外冻土研究概况31.2.1冻土研究概况31.2.2国内外关于道路冻胀翻浆研究概况4第二章 道路冻胀翻浆成因的分析62.1道路冻胀产生的危害62.2道路冻胀机理及影响因素72.2.1道路冻胀机理72.2.2道路冻胀的影响因素112.3道路翻浆机理及其影响因素132.3.1道路翻浆机理132.3.2 道路翻浆的影响因素152.4 道路冻胀与翻浆的关系162.5 小结17第三章 道路冻胀翻浆的处理方法183.1高路冻胀翻浆的防治原则183.2道路冻胀翻浆的防治措施183.2.1提高路基填土高度193.2.2 加强路基排水193.2.3提高压实度

9、193.2.4改变路基填料203.2.5路槽排水203.2.6设置隔离层213.2.7铺设隔温层223.2.8加设防冻层223.2.9改善路面结构223.3道路冻胀翻浆处理方法工程实例233.3.1设置砂垫层防治道路冻胀翻浆233.3.2土工和成材料在路基工程中的应用243.3.3石灰土对防治道路冻胀翻浆的作用243.3.4复合土工膜处理道路冻胀翻浆的应用253.3.5泡沫隔温技术在道路冻胀翻浆防治中的应用263.4小结27参考文献29致 谢31III道路冻胀翻浆的成因与处理方法第一章 绪论1.1 冻土及其研究意义 温度在0或0以下，并且含有冰的各种土壤和岩土称为冻土。根据冻土存在的时间长短，

10、冻土可以分为瞬时冻土（几个小时、几天至半月）、季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（两年或两年以上）。冻土覆盖着全球陆地表面特别大的面积，它是冻圈层的重要组成部分，地球上多年冻土、季节冻土和瞬时冻土区的面积约占陆地面积的50%。其中，多年冻土面积约占陆地面积的25%。1我国是世界上第三大冻土大国，多年冻土和季节性冻土的面积约占中国陆地总面积的70%。其中长期处于冻结状态的多年冻土主要分布在东北大、小兴安岭、松嫩平原北部及高山地带和青藏高原上，并且零星分布在季节性冻土区内的一些高原上，总面积约占215万km2,占全国面积的22.5%。2我国冻土分布情况如图11所示。图1-1中国冻土的分布在冻土地区

11、，由于土中水的冻结和融化，常会发生一些奇特的冻土现象。例如，随着大气温度的降低，土体的温度下降到0或0以下，土体就会发生冻结，产生冰晶体，使土体的体积膨胀，引起变形，这便是冻胀现象。而到了春季以后，随着温度的回升，冻结的土体便开始从上层融化。但下层的冻土层并没有溶解，水分就无法往下渗透，使土体中的水含量大大增加，致使强度下降。一旦冰浸入土体中消融成水，而土体又未能完全排水固结，就会使上部结构发生沉陷变形及道路融沉、翻浆等现象。3路基会产生非常不均匀的冻胀现象，会引起路基变形和开裂，会导致路面开裂。到春季融化，路面便会出现裂缝、车辙、断碎、冒泥翻浆、沉陷、鼓包（拱起）等病害（如图12);由此可知

12、，路基的冻害现象到处皆是，因此工程中迫切需要专门的、有效的措施，以防治由于路基冻结、融化引起的病害问题。这些道路病害不仅会降低或破坏路面的平稳度，影响行车的安全和车辆的正常通行，还会极大地缩短道路的使用寿命。图1-2 道路病害图图1-2道路病害不管是道路的冻结还是融化，都会造成路面平稳度的降低甚至是破坏，严重的威胁着工程和建筑物的安全和稳定，特别是给公路尤其是高速公路的正常运行造成了安全隐患，同时也额外增大了公路的养护费用，给公路工程建设带来了巨大的危害，给国民经济造成了重大的损失。据公路管理部门多年的统计资料表明，我国北方地区公路病害的70%以上都是由冻胀和翻浆造成的。且近几年来，由于超载车

13、辆等频繁的出现，更加剧了这种病害的程度。因此，研究冻土及冻土区的道路路基意义重大。1.2国内外冻土研究概况1.2.1冻土研究概况1、国外冻土研究概况冻土的研究开始于十六世纪，关于冻土的研究是在冻土区在经济发展的生产实践中产生和发展起来的。冻土学首先是在前苏联发展成为独立的一门学科。十八世纪中期，M.B.罗蒙诺索夫曾发表“冻土地”的综述。十九世纪中前期，人们就初步获得了关于西伯利亚冻土层的厚度、温度、分布情况和埋藏条件的资料。十九世纪中后期，由于西伯利亚工农业的发展以及人口的大量迁移，尤其是西伯利亚铁路的修建，推动了关于冻土的研究。在这期间，出版了很多有关冻土的文献集书籍。例如，1895年俄国地

14、理协会出版了西伯利亚冻土研究指南，1889年出版了论西伯利亚的永久冻土报告;1912年出版了永久冻土与永久冻土上的建筑物等等。其中，1927年M.H.苏姆金的苏联境内永久冻结土壤的出版标志着冻土学已成为一门独立的学科。第二世界大战前，北美在多年冻土地区开采金矿；1961年，美国陆军成立了寒区研究和工程试验室；60年代末在北极海发现大量石油；70年代阿拉斯加石油管道的修建。以上事件都极大地促进了冻土研究的快速发展。1963年第一届国际冻土大会（ICOP0)的召开，标志着关于冻土的研究进入了崭新的阶段。此后国际冻土大会每5年举行一次更加加快了关于冻土研究的步伐。2、国内冻土研究概况在春秋战国时期，

15、就出现了关于季节性冻土冻结和融化的记载；三国时期，古人已开始采用冻结法施工。新中国成立以后的十年（1949-1959）是冻土研究的腾飞阶段。1960年，中国科学院成立了冻土研究组和铁道部高原铁路研究所共同开展青藏公路沿线的冻土考察。1963-1964年，中国建立了世界上海拔最高（4950m)的冻土长年观测站。1966年，在兰州建成了我国第一个颇具规模的冻土低温实验室。60年代中叶至70年代中叶的十年间，做了许多的现场调查和室内外的试验、观测和研究工作，积累了许多科学资料。80年代至90年时代，主要进行了我国冻土的分布填图、冻土工程和冻土勘测等。1990年中国冻土一书的出版反映了我国30多年来冻

16、土研究的进展。虽然我国冻土研究的起步较晚，但是发展的特别快。目前，我国的冻土研究在国际上也占有重要地位。1.2.2国内外关于道路冻胀翻浆研究概况1、国外研究概况早在17世纪后叶，人们就注意到了路基土的冻胀这一自然现象。1885年，俄罗斯学者斯图金伯格提出了“冻土水分迁移假说”。1916年，美国学者泰伯提出了将毛细管水上升高度作为路基土冻胀性的评价指标。1957年，美国学者潘纳将土中水分迁移和冰析出同土的孔隙和分散程度紧密的联系起来。1973年，前苏联学者崔托维奇冻土力学一书的出版，标志着冻土研究进入了一个崭新的发展阶段。80年代初期，ONelilletal首先提出了刚性冰模型。90年代以来，F

17、remond提出热力学模型。1997年，在“国际地层冻结和冻结作用研讨会”上，日本学者Yoshiki Miyata提出了宏观冻胀理论。2000年在“国际地层冻结和冻结作用研讨会”上，Akagawa提出了静态冻胀控制理论。2、国内研究概况从20世纪50年代末期，我国开始对冻胀进行研究，经过半个多世纪冻土研究工作者的努力，在冻胀研究领域取得了丰硕的成果。50年代末期，通过室内冻胀试验及对野外道路的实际调查来分析冻胀破坏的原因。60年代，中国分别在东北、华北、西北河青藏高原地区建立了十个冻土观测场，进行冻胀试验和观测。70年代中期到90年代，由于经济建设的飞速发展，使得道路建设与科研工作都上了一个新

18、的台阶，先进的科技手段和科研设备使研究工作更加细致和深入，在理论和实践方面都有了突飞猛进的发展。80年代，冻胀研究工作转向了对冻胀机理和冻胀防治措施的研究。1983年，赵文龙出版了铁路路基冻害及防治；1985年，管枫年，童长江出版了土的冻胀与建筑物冻害防治；1989年，中国科学院兰州冻土研究所出版了冻土的温度水分应力及其相互作用；991年，邓友生，徐学祖等出版了冻土中水分迁移实验研究。在1997年的“国际地层冻结和冻结作用研讨会”上，中国学者徐学祖等提出了冻结缘的厚度取决于冻胀速度和冻结速度，且有随冻结历时增大、恒定和减小3中模式。在2002年的“国际地层冻结和冻结作用研讨会”上，中国学者高伟

19、对路基材料的冻胀规律进行了对比；陈湘生等建立了地基冻胀融沉的试验模型；李萍和何平等对饱和土的水热力场以及冻结现象特征进行了研究。在2003年第八届国际冻土大会上，我国冻土专家程国栋院士提出了保护铁路路基稳定性的工程措施。以上的研究成果，基本上代表了目前我国冻胀研究的现状。第二章 道路冻胀翻浆成因的分析在我国北方地区道路冻胀翻浆是最大的公路病害，严重的威胁着工程建筑物的安全与稳定，特别是给公路尤其是高速公路的正常运行造成了安全隐患，同时也额外的增大了公路的养护费用，给公路工程带来了巨大的危害，同时给国民济造成了重大的损失。本章通过对道路冻胀翻浆成因的进行分析，希望能为工程技术人员提供处理该病害的

20、技术支持。2.1道路冻胀产生的危害所谓的道路冻胀，主要是冬季在路基土中沿着温度的降低方向生成冰晶形状的霜柱，使路面上隆起的一种现象。4图2-3 道路病害图 道路的冻胀在道路工程中危害是比较大的，特别是给道路工程中的路基路面结构造成了很大的破坏。道路的冻胀会使路基产生不均匀的冻胀，会使路基变形开裂，导致柔性路面鼓包、开裂；还会导致刚性路面折断或者错缝，道路的冻胀还会是修建在该路基上面的建筑物像挡土墙、护坡等被抬起，造成建筑物的开裂、倾斜甚至倒塌。 到了春融期，在季节性冻土地区，冰冻去就开始解冻、融化，使附近的土处于饱和状态。并且，冰冻区的细粒土排水能力十分的差，融解的水被未解冻土层阻挡，很难继续

21、向下渗透，导致密实度大大减减小。因而使这部分路基、路面的强度大大降低。当道路处于这种状态，在来往车辆的反复碾压下，路面便会处于开裂、车辙、断裂、冒泥翻浆、沉陷等病害（如图23）。2.2道路冻胀机理及影响因素2.2.1道路冻胀机理冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀两类。5冻胀是指冻结锋面前进过程和已冻土继续降温过程中，正冻土中的孔隙水或已冻土中的未冻水原位冻结，造成体积增大，而当土体冻结以后，由于土颗粒表面能的作用，土中始终存在未冻结的薄膜水，在温度梯度的诱导下，薄膜水会从温度高出向温度低处迁移，正是由于水的抽吸作用使水分集聚在前进的冻结锋面后方并冻结，分凝成冰透镜体，这一过程称为分凝冻胀。6冻胀的实

22、质就是冻土中水分迁移引起的宏观表现。也就是说土发生冻胀的根本原因是因为冻结时土中水分向冻结区迁移和积聚的结果。路基土中水分迁移主要发生在地表浅层的非饱和地带中，研究的主要对象是毛细水和薄膜水（弱结合水）。因此，路基土冻胀的机制为毛细水和薄膜水迁移引起的土体冻胀。下面我们来探讨一下土中水分的迁移是怎样发生的?这主要是因为土中的毛细现象所致。土的毛细现象是指土中的水在表面张力的作用下，沿着比较细的孔隙向上及其它方向移动的现象。像这种细微孔隙中的水就被称为毛细水。为了更直观的了解土中毛细水的上升情况，我们可以借助水在毛细管内上升的现象来加以说明，如图2-4所示。图2-4毛细管内水柱的上升当我们把一根

23、毛细管插入水中时，我们就可以看到水会沿着毛细管上升。那么，毛细水为什么会上升呢？这主要是因为水与空气的分界面上存在着表面张力，液体总是想方设法的缩小自己的表面积，以便可以使表面自由能变的最小，这也是一滴水珠总是会成为球状的原因。另一方面是因为毛细管管壁的分子和水分子之间有引力的作用，这个引力使与管壁接触的水面呈向上的弯曲状，这种现象被称为湿润现象。当毛细管的直径比较细的时候，毛细管内水面的弯曲面就会互相连接，便会形成内凹的弯液面形状，这种内凹的液面可以说明，管壁和液体之间是相互吸引的。毛细管内的水柱，因为湿润现象使弯液面呈现内凹的形状时，水珠的表面积就大大增大了，这时因为管壁与水分子之间的引力

24、比较大，就会使管内的水珠上升，改变弯液面形状，缩小水柱的表面积，降低水柱表面的自由能。但是，当水柱上升改变弯液面形状的同时，水与管壁之间的湿润现象又会使水柱表面变为内凹的弯液面形状。就是因为这样不停地反复，使毛细管内的水柱不断地上升，直到升高的水柱重力和水分子与管壁之间的引力产生的上举力平衡为止。这便是土中水分迁移的机理。所以当填筑路基的土颗粒比较细时，像粉土或者粘土土质，土颗粒间的细微孔隙就会形成无数的毛细管通道，土中的水在表面张力的作用下，沿着比较细的孔隙向上移动，便会形成土层中的毛细水带，如图2-5所示。图2-5 土中的毛细水带路基土体冻胀主要和三个过程有关，以下便详细分析路基土体冻胀过

25、程。1、土中液相水转变为冰晶体在季节性冻土区，当大气温度降至0或0以下时，土层中土体温度也随之不断降低，地表土层就开始冻结，土体孔隙中的毛细水上升至冻结层时被冻结为冰晶体。2、冰晶体的增长与聚冰带的形成 冰晶体形成后，靠着冰晶体及土颗粒的吸引力把附近的水分子吸引到自身的表面，便会构成一层水膜，新的冰晶体又会首先从这里产生。这样，周而复始不停地往复，在冻结锋面上的冰晶体就会不断地增长。土颗粒为了恢复水膜中压力和吸引力之间的平衡，就会不断地从邻近处，也就是非冻结土体中的土颗粒束缚水膜，把水分子“抽吸”过来，以便补充被迁移走的水量，这样就可以保持冰晶体不断增长成聚冰带时能够得到源源不断的水分的供给，

26、（如图2-6所示）。图2-6 路基水分迁移和成冰图在冰晶体的不断增长引起土颗粒间距增大与土颗粒位移的过程中，外界的水流侵入冰晶体，产生所谓的“冰劈”作用，就会使冻土体产生层理，形成厚度不均匀的聚冰带。当冰晶的分凝作用远远比土颗粒的薄膜水向冻结锋面迁移时，就会导致下边有效水分补给区的土体含水量大大减小，此时冻结线前缘的土体便会产生收缩。因为冻结锋面上得不到水分的补给就会破坏了其热平衡状态，随着土体温度的不断下降，冻结线就会继续往下移动。当到达土体含水量较多、水分补给比较充裕的地带，就会出现新的热平衡状态，冻结线此时就会缓慢地停止移动，这时冰晶的分凝作用又会活跃起来，又会形成新的聚冰带（如图2-7

27、所示）。这样，冻结线就会一会儿快一会儿慢地向着土体深处推进。这样的冻结过程就会形成冻土中的聚冰带分层分布的特点。图2-7聚冰带的形成3、冻胀产生当毛细水源源不断地上升时，冻结层内的冰晶体大量增加时，便会堵塞土体中的毛细管道，大量的冰晶聚积在冻结层内形成了“聚冰层”和“冰夹层”。随着地层冻结深度的继续增加，冻结层内的“聚冰层”和“冰夹层”也会不断增加，这样就会在当地的整个冻结深度的范围内，形成了多层“聚冰层”和“冰夹层”。这时土体体积就会增大、膨胀、地面鼓包，土体的冻胀就由此产生了。2.2.2道路冻胀的影响因素1、土质影响道路冻胀的主要因素是路基的土质（如图2-8）。土是由大小不等的颗粒组成的，

28、用土的粒径和级配来表示，即所谓土的分散性。7以土的分散性作为决定路基土体冻结时水分迁移和土体冻结强度的一个基本因素。高分散性的土中，水膜比较厚，可以保证水向生长着的冰晶体迁移聚集。但在低分散性的土中，水膜厚度比较小，所以水分子向这些水膜处的移动性能就大大降低，所以土体的冻胀强度就很小。图2-8 路基土的分类道路冻胀现象通常发生在比较细的土中，特别是粉质土、粘性土。因为土颗粒细小，毛细管道发达，毛细水上升高度大，上升速度比较快，具有比较畅通的水源补给通道，土体冻结时水分迁移集聚比较强烈，所以冻胀现象就十分的严重。同时，土颗粒比较细，其表面能就比较大，土颗粒中的矿物成分亲水性就比较强，能保持较多的

29、结合水，从而能使大量的结合水迁移和积聚。为道路冻胀破坏的产生提供充足的条件。含粉土、粘土成分少的砂石、碎石等，通过实验证明基本上不产生冻胀现象。2、温度合适的冰冻指数和冻结深度是形成道路冻胀翻浆的主要原因，如果没有一定的冰冻指数或冻结深度道路是很难形成冻胀和翻浆的。8同样如果没有很大的冰冻指数或冻结深度就很难形成比较严重的道路冻胀和翻浆现象，在同样的冰冻指数或冻结深度的条件下，负气温作用和冻结速度对道路的冻胀和翻浆的形成也有很大的影响。持续且缓慢的负温度是道路形成冻胀的主要条件。大气的温度在冰冻季节比较缓慢的下降，冻结线就会比较长时间的停留在土基上部，就会使大量的水分不断地向冰冻区迁移积聚，从

30、而就会形成非常严重的道路冻胀和翻浆现象。反之，如果温度骤降，则不会产生冻胀现象。因为如果冬季一开始温度突然下降，冻结线下降的特别快，土体中的水分还来不及迁移，就在原地冻结成冰，土体中的毛细管道也被形成的冰晶体堵塞。这时候，土体中就不会发生水分的迁移和积聚，只会在土孔隙中冻结成一些冰晶体，形成不了造成土层冻胀的“冰夹层”和“聚冰层”。那么道路的冻胀就会较轻或者不发生道路冻胀现象。3、水道路发生冻胀时，水分的迁移和积聚是构成道路冻胀的主要因素。当土体冻结区附近的地下水位较高或者此地降水比较充足时，毛细水上升的高度能够接近或达到冰冻层，使土体的冰冻区能够得到比较充足的外部水源的补给。经过较长时间的冰

31、晶体的积聚和水分迁移，就会发生比较强烈的道路冻胀现象。冻胀现象可以分为强烈冻胀和轻微冻胀。9当道路发生冻胀时，如果在冻结过程中有较充足的外部水源供给，在土层中就会形成较厚的“聚冰层”和“冰夹层”。这时就会产生十分强烈的道路冻胀现象。道路冻胀发生时，如果冻结过程中没有充足的外部水源供给，这时的土层中只会产生较薄的“聚冰层”和“冰夹层”，冻胀量就十分小，对路面结构构成不了太大的破坏，这时就称为道路的轻微冻胀。虽然，道路的轻微冻胀对路面结构造成不了太大的破坏。但是，经过多年的道路冻胀以后，也会影响道路的结构和正常使用。在冰冻季节，路面的长期积冰、积水也是构成道路冻胀破坏的原因。因为城市道路路面的排水

32、不通畅，路面常年积水，积水会渗入路基。当冰冻季节到来时，路表积水就会冻结，随着气温的继续不断下降，土层中没有冻结的水分会向表层的冰冻区积聚，土体中的冰冻层就会逐渐地增厚。因为冰冻区在冰冻没有到来之前不断受到积水的渗透作用，在冰冻过程中地下能够得到充足的水分。所以，在饱和水分和不断地冰冻降温的共同作用下，冰冻区的冻结区域就不断增大。水分在液态转化为固体的过程中，体积会增大，就会形成严重的道路冻胀现象。4、路面道路的冻胀和翻浆都是通过路面的变形破坏表现出来的。因此，道路的冻胀和翻浆和路面是密不可分的，所以路面的类型对道路冻胀翻浆的影响巨大。例如，在潮湿的土基中铺筑沥青，而沥青路面的透气性又比较差，

33、就会导致路基中的水分蒸发不通畅，“聚冰层”和“冰夹层”的厚度增加就会导致道路冻胀现象的产生。2.3道路翻浆机理及其影响因素2.3.1道路翻浆机理道路翻浆的实质是水在路基土层中转移和变化的过程。所以说水是造成道路翻浆的根本原因。在季冻区，冬季路基上层的土开始冻结，下层还未冻结的土壤里的水分就会向已冻结的土基上层聚集，加之秋季雨水比较大，土基冻结前含水量就会明显的增大。还有路基附近的浅地下水、地表积水、河流以及灌溉水等不断地渗入，都会造成地下水位的增加，导致土基冻结过程中有大量的水分转移和改变，这就为道路冻胀和翻浆创造了很好的条件。路基土层中水的来源如图2-9所示。 图2-9路基水来源同时，在路面

34、尤其是黑色的沥青路面上，由于路面导温性能比路肩土要好得多，所以当冬天来临时，路面下的土比路两旁路肩下的土冷的要快，所以冻得早。于是不仅仅是路基下部分水，且还有路肩、边坡下没有冻结的土中水分，也都会向路面下已冻结土壤中聚集，这也是路基水的来源之一，如图2-10所示。图2-10路基水来源道路的翻浆是冻土区特有的道路冻害现象。冬季，路基冻胀导致道路开裂、变形；到了春天，气温开始回升，温度逐渐升高，地表的土层开始解冻。又因为黑色的沥青路面吸热能力特别的强，使路基内土体中的“聚冰层”和“冰夹层”开始融化。因为春融是个比较缓慢个过程，路基土内的“聚冰层”和“冰夹层”的融化也是自上而下的比较缓慢的进行，当上

35、部的“聚冰层”和“冰夹层”已经融化而下部的“聚冰层”和“冰夹层”还未解冻。这样，上部融化后，产生的大量水无法排解或下渗，加上粉土、粘土等细粒土排水能力特别的差，导致已经融化的土层中含水量大大的增加，使土层处于饱和状态，致使土体软化，路基强度大大降低（如图2-11所示）。在过往车辆的反复碾压下，路面便会发生开裂、车辙、断碎、沉陷、冒泥翻浆等病害。综上所述，道路的翻浆机理是因为冬季开始冻结时，水份发生迁移、集聚，集中在路面以下不太深的范围内，形成了“聚冰层”和“冰夹层”。春季随着温度的回升，路基上层的“聚冰层”和“冰夹层”开始融化，使土体中含水量大大增加，使土体强度大大下降，在行车荷载的作用下，便

36、最终导致道路出现翻浆现象。图2-11 路基融化状况图2.3.2 道路翻浆的影响因素1、土质冻胀性较强的土更容易产生道路翻浆现象。像粘性土、粉质土具有毛细水上升高、上升速度较快和透气性小的特征，在负温的作用下更适宜水分在土体中迁移和积聚，从而形成“聚冰层”和“冰夹层”。到了春融期，随着土中水分的增多而导致承载力急剧下降，从而形成了道路翻浆现象。另外，如果粘性土、粉性土中含有大量的易溶盐和腐殖质时，更加容易产生道路翻浆现象。2、水水是造成道路翻浆最根本的原因。道路翻浆的过程实质上就是水在土体中转移和变化的过程。3、温度道路中土体只有在一定的负温下才会发生冻结和冻胀，而冻结深度又与冰冻指数有着密切的

37、关系。一般来说，冻结指数和冻结深度成正比关系。而在同样的冻结深度和冰冻指数的情况下，温度梯度和冻结速度对道路的冻胀和翻浆影响都很大。在初冬气温较高或者冷暖交替出现比较频繁时，使冻结速度比较缓慢，如果温度在初冬低温停留时间较长时，就会造成大量水分积聚到路面较浅的冻结锋面处冻结，形成比较严重的道路翻浆现象；反之，冬季开始温度骤降，温差较大，则水分来不及向上层转移，路基土体中的水就冻结了，这时在路面下较近处聚冰不太多，道路翻浆较轻或就不会发生翻浆现象。如果土体冻融速度很快，路基土体急剧融化，就会加重道路翻浆的程度。特别是如果在这期间气温冷暖交替变化，且伴有雨雪天气等，更加重道路翻浆的程度，而且有可能

38、延长道路翻浆现象的时间。4、行车荷载道路的翻浆是通过行车荷载的作用，最后才会形成和暴露出来的。如果具备道路翻浆的水、土质、温度等自然条件，但没有行车荷载的作用，也是不会产生道路翻浆现象的。相反地，如果不具备道路翻浆条件的良好道路，车辆再多也不会产生道路翻浆现象。如果不仅具备了产生道路翻浆的条件，而且在翻浆季节交通量特别大，则产生的道路翻浆现象也会特别严重。可以这样说，道路翻浆的发生是某种特定的条件下，又会有其中的某一种或两种因素起主导作用，成为引起道路翻浆的主要因素。5、路面道路翻浆是通过路面的变形破坏而表现出来的，并按其变形破坏程度来划分等级的。10所以道路翻浆和路面是密切相关的。不同的路面

39、，路面结构不同，路面的厚度也不同，对道路翻浆有一定的影响。一般来说，蒸发量比较大的潮湿路基比蒸发量小的潮湿路基的翻浆程度要轻一些。因此，在一些潮湿的路基上铺上黑色沥青以后，便会使路基中的水分不能很畅通地从路面蒸发出来，结果就导致了道路翻浆现象。6、其它没有隔离层或稳定层的路面结构，且路面厚度特别大时，道路的翻浆程度就会较轻，或者不发生道路翻浆现象。2.4 道路冻胀与翻浆的关系（1）统一过程的两个阶段11道路的冻胀与翻浆是一个冻结与融化的过程中病害的两种不同的反应。道路的冻胀与翻浆都是夏、秋季地下水位升高或地面水下渗的基础上，在冬季低温的作用下，发生的水分迁移，从而导致路基上层水分增多，且冻结成

40、冰形成冻胀。道路的冻胀现象发生在冬季，是路基上层产生大量“聚冰层”和“冰夹层”的直接反映；虽然道路的翻浆发生在春季，但也是在冬季路基上层聚冰的基础上，结冻时导致土基水分过多，从而致使路面强度急剧下降，在经过行车荷载的作用下形成道路翻浆现象。（2）一致性与差异性12一般的情况下，道路冻胀大的路段，土基的聚冰就比较多。到了春融期，该路段水分就比较多，此路段就比较容易出现道路翻浆现象或者翻浆现象十分严重。相反的话，如果道路的冻胀较小或不发生道路冻胀的路段，土基中的聚冰就比较少。到了春融期，该路段土基中水分就比较少，该路段就不易发生道路翻浆现象或不发生道路翻浆现象。这就是道路冻胀与翻浆的一致性。但是也

41、有差异性的情况。例如，有时道路冻胀大的路段并不发生道路翻浆现象，这主要是因为“聚冰层”和“冰夹层”位于土基的下部或者是因为路面比较厚的缘故。但是，有时道路冻胀小或不发生冻胀的路段反而却出现翻浆现象。其主要原因是虽然土基中“聚冰层”和“冰夹层”比较薄，但是却位于土基的上部。聚冰向下压没有出现道路冻胀现象，却因为路面过薄或结构不够合理，在行车荷载的作用下出现了翻浆现象。道路的冻胀与翻浆的影响因素也基本一致，但道路翻浆的影响因素中，行车荷载的影响作用至关重要，道路的翻浆是通过行车荷载的作用最后形成和暴露出来的。在其他条件相同时，交通量愈大，车辆愈重，道路翻浆现象也会越多，越严重。132.5 小结在我

42、国北方地区，道路冻胀翻浆是最大的公路病害。本章主要分析了道路冻胀翻浆的产生机理和影响因素。1、道路冻胀翻浆产生的实质是水在路基土中的迁移和相变的过程。2、道路冻胀的产生可以分为三个过程：土中液相水转变为冰晶体；冰晶体的增长与聚冰带的形成最后产生冻胀现象。3、道路翻浆大多是在冬季道路形成冻胀的基础上，道路春融期，经过行车荷载的作用最终表现出来的。4、道路的冻胀与翻浆是统一过程的两个阶段，既有一致性又有差异性。5、道路冻胀翻浆的影响因素很多，较敏感的土质、过多的水分及水分补给、过低的温度和过大的行车荷载等都可引起道路的冻胀和翻浆。第三章 道路冻胀翻浆的处理方法3.1高路冻胀翻浆的防治原则1、在道路

43、冻胀翻浆地区进行道路设计时，要贯彻以预防为主、防治结合的 原则，路线尽可能的选择干燥路段，但当路线必须经过道路冻胀翻浆地区时，则应采取必要的防治措施，同时应积极做好地下水和地面水的排水设计，注意填土高度。142、防治道路冻胀翻浆应根据道路冻胀翻浆的类型、程度和地区特点，以因 地制宜、就地取材和路基路面综合设计的原则，提出最为合理的方案。3、防止地表水、地下水或其它的水份在路基冻结前、冻结过程中和路面表层融化渗入路基土体中，是防治道路冻胀翻浆的最根本的途径。4、一般情况下，阻断水源是防治道路冻胀翻浆最主要的途径之一。因此，道路冻胀翻浆地区路基设计应该注意对地下水及地面水的处理，改善土基，加强路面

44、结构并且满足路基最小填土高度的要求，也是防治道路冻胀翻浆的主要途径。5、对于次高级和高级路面，除按强度进行结构层设计外，还要按防治冻胀翻浆的要求进行复核。153.2道路冻胀翻浆的防治措施通过上一章对道路冻胀翻浆影响因素的分析，我们知道道路冻胀翻浆现象的产生要同时具备：具有冻胀敏感性的土（如：粘性土、粉土）；初始水份和外界水分的补给；适宜的冻结条件和时间。这三个主要因素的作用。而道路翻浆现象的产生除要具备以上三个主要因素外，最后还要经过行车荷载的作用。所以，为了防止道路冻胀翻浆破坏作用的产生，只要消除这几个主要影响因素中的其中一个，就能达到道路冻胀翻浆的防治目的。道路冻胀翻浆的防治措施可以归纳为

45、以下几种：3.2.1提高路基填土高度提高路基的填土高度是一种非常简便易行、非常经济且效果十分显著的常用措施。提高路基的填土高度不仅可以防止道路冻胀翻浆的产生，而且也可以保证路基路面的稳定性和强度，同时也是减薄路面，降低造价的重要措施。提高路基的填土高度，增大了路基边缘至地下水或地面水位间的距离，从而减小了冻结过程中水分向路基上部迁移的数量，使冻胀减弱，使翻浆的破坏程度和产生可能性变小。163.2.2 加强路基排水道路冻胀翻浆产生过程的实质就是水在吗路基土中的迁移和想变得过程。路基附近的浅地下水以及地表积水能提供充足的水源，是道路形成冻胀和翻浆的重要条件。因此，解决排水问题是防治道路冻胀翻浆非常

46、有效的方法。其中，设置各种排水措施，尽量减少毛细水的补给和水分的积聚，尽可能的使路基土体保持干燥是加强路基排水最有效的方法。3.2.3提高压实度提高路基土体的压实度是防止道路产生冻胀和翻浆十分有效的方法。由室内试验和路基试验表明，非饱和细粒土体中，有一段压实区间对冻胀十分的敏感。当大于此压实度，道路的冻胀率则成比例的降低，当达到标准的压实度后，则冻胀率降为零。所以，提高路基的压实度对防治道路产生冻胀与翻浆现象有着十分重要的意义。路基土层要分层碾压，特别是在季节性冻土地区，提高路基的压实度可以降低路基土层中毛细水的上升高度，从而减轻因为负温差作用引起的水分聚积。路基土层压得越密实，土中的孔隙就越

47、小，相邻土粒之间的接触点水膜交叠在一起，使水分的毛细现象受到很大的阻碍。因此，大大降低了毛细水的上升高度，在最佳含水量时压实到最大密实度的土基毛细现象极为不明显，17可以认为实际上不会发生毛细水的上升。路基土层的压实对毛细水上升的这种作用效果，必然会反映在季节性冻土地区负温差引起的水分聚积现象上，冬季路基土层所引起的水分积聚主要靠毛细水的迁移来实现的。所以，在季节性冻土区提高路基的压实度对减轻道路的冻胀翻浆现象极为有效。3.2.4改变路基填料路基的填料问题，是解决道路冻胀翻浆问题的关键。因为土质不良所引发的道路冻胀翻浆问题是无法根治的，唯一的解决办法就是通过多年的养护和不断换填非冻胀性材料，甚

48、至直到换完才能根治这一问题。土质均匀是防止道路出现冻胀翻浆现象的重要措施，季节性冻土区路基可以选用填筑土、粉质土、粘质士和土质砂，也可以用石灰、粉煤灰、矿渣和添加剂等混合或单独治理。3.2.5路槽排水道路冻胀翻浆是谁在路基中的迁移和温度相变的综合作用的结果，而路基附近的地下水、地表水和降水能提供足够的水份从而导致道路冻胀翻浆的发生。18所以，在实际工程中应该最大限度的减小路基土层中水分的积聚使路基土体处于干燥状态从而减小对路基的危害。在道路冻胀翻浆较为严重的地带，应该做好路槽排水，通常采用砂垫层和横向盲沟等措施。19 （1）砂垫层可以起到排水蓄水的作用，对减轻路面冻胀翻浆的产生具有促进作用。依

49、据路基土层的干湿情况可以选用15至30厚的粗砂、中砂或者砾砂，如图3-12所示。图3-12 砂垫层构造图 （2）在坡腰（道路纵坡大于3%）路段，如果路面基层选用透水性比较好的材料时，为了使透水层内的纵向水和路基融化的多余水分及时的排出，在路槽下，可以通过设置横向盲沟的方法进行解决，如图3-13所示。图3-13 横向盲沟设置图3.2.6设置隔离层 若路基土体中地下水位较浅，宜采用隔离层来阻断土体中的水份迁移，防止水分进入路基上部，从而保持土基干燥，起到防治道路冻胀和翻浆的作用。20挖出冻结线以上不稳定的土质，然后设置隔离层可以防止道路冻胀和翻浆的产生。但需要注意两个问题，第一个问题是隔离层应该设

50、置在什么位置，应该距路面多深；第二个问题是怎样保持路基土层排水的通畅，不使隔离层内形成局部蓄水状况，从而导致产生不均匀冻胀。如果这两个问题解决不好，就达不到预期目的。路基地下水位要以最大冻深时的地下水位为准，不可以按冻深前的地下水位考虑，冻结前的地下水位变化比较大，不容易掌握。（如图3-14）如图3-14 隔离层隔离层按使用的材料可以分为两类：（一）透水性隔离层透水性隔离层一般用碎石、砾石或粗砂等做成，厚度一般都在10-20，为了防止淤塞，应在隔离层上面或下面设置防淤层，隔离层底面应高出地面水20以上，并向路基两侧做成3%的横坡。21（二）不透水性隔离层不透水的隔离层一般用两层油毡纸中间夹渣油

51、和土拌合、沥青和土拌合或沥青等材料，或采用柏油、沥青、油毡纸、塑料薄膜、不透水土工布等材料。3.2.7铺设隔温层在重冻层，如果有条件可以采用铺设高效隔稳材料的方法，来减小路基土层的冻结深度或者防止路基土层的冻结现象，隔温材料要选择导热性能差、传导率小的材料。另外材料的隔温性能要持久，且耐水性和承载能力要好，同时应该经济廉价。比如发泡聚苯乙烯类、挤塑聚苯乙烯类、聚氨酯等。泡沫隔稳材料宜铺设在路床与路基层之间，在泡沫隔温层的上、下面铺设5厚粒径约1的砂砾层。223.2.8加设防冻层在季节性冻土区和多年冻土区的高级和次高级路面，为了防止发生不均匀的冻胀，当路面总厚度不小于最小总厚度时，可以采用冰冻稳

52、定性能良好的材料并加设稳定的防冻层。防冻层材料应该选用冰冻稳定性能比较好的粗砂、砂砾、矿渣、煤渣等材料。3.2.9改善路面结构在冻胀翻浆地段，常采用整体性较好的石灰土、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。233.3道路冻胀翻浆处理方法工程实例上一节我们从理论方面提出了道路冻胀翻浆的几个处理方法。为了更加直观的了解道路冻胀翻浆的处理方法及这些方法的作用效果，我们列举了几个比较有代表性的处理道路冻胀翻浆的工程实例。希望通过这几个工程实例，为以后的工程项目，无论在设计还是施工方面能有所帮助。以下是比较有代表性的工程实例，它们分别是：3.3.1设置砂垫层防治道路冻胀翻浆通过设置砂垫

53、层防治道路冻胀翻浆在我国冻土地区应用的较广泛。上冻期，砂垫层具有隔离水的作用；春融期，砂垫层具有排水（蓄水）、均匀传递和分布荷载的作用。经过时间的见证，路基设置砂垫层的效果一般是良好的，因此它是道路冻胀翻浆比较有效的处理方法之一。工程实例：哈尔滨市十道街的第二段和第三段都属于地下水位很高的第I地带类型，用设置砂垫层起到蓄水的作用从而起到防治道路冻胀翻浆的目的。经过多年的调查，结果显示：在这样十分潮湿的地段，砂垫层内并未完全蓄满水，而是只见砂垫层下层有时会达到饱和状态。而砂垫层的上层和中层的含水量均比下层小。比如，第三段在1963年融期的最大含水量才达到6.84%（融期与冻期平均的含水量之差）。

54、24砂垫层在上冻前、结冻期和春融期的含水量基本上变化不是很大，也就是说砂垫层在上冻前和结冻期间蓄积的水已经差不多了，从而使砂垫层在春融期的净蓄水量变得相当小。因此可以确定设置砂垫层是防治道路冻胀翻浆十分有效的方法之一。辽宁沈大赣的两路段的调查结果，同样的表明在春融期，砂垫层的蓄水量十分的小，最大才打到12.4%，土基上部的相对含水量也只是减少了0.06。砂垫层下路基土体的滑动深度要比土路肩快十多厘米左右，因此当路肩的含水量比较大时，它将直接或者间接的进入设置的砂垫层中。从而有效地防治道路冻胀翻浆的产生。砂垫层适用于各种土基比较潮湿的地段，土基土体中设置砂垫层防治道路冻胀翻浆最适合用于产砂石的地

55、区，这样可以节约工程成本。砂垫层中尽量使用中砂和粗砂，不得以的情况下也可以使用细砂，但要求细砂中无任何杂质特别是泥土等。3.3.2土工和成材料在路基工程中的应用土工合成材料是人工合成的聚合物、一种新型的岩土工程材料。土工合成材料可以分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合土工合成材料四种。将土工合成材料制成各种类型的产品，将其置于土体内部、外部或各层土体之间可以有效防止道路冻胀翻浆的产生。因为土工合成材料具有排水作用和防护作用（防护冻土地区地下排水构筑物的防冻和地下水的冰冻）。工程实例：国道314线，碦什至红其拉口岸段地处海拔4千米以上，因为该线路右侧地下水发育加之地处高海拔地区，因此该路

56、段道路冻胀翻浆病害十分严重。为防治道路冻胀翻浆的产生，处理方法为：在路基右侧的排水沟下设置纵向排水渗沟，排水渗沟内填充洗净的大块卵石排水层，大块卵石外包裹无纺土工织布，土工织布外左侧设置0.01米厚的粗砂垫层，道路右侧设置0.10米厚的小砾石过滤层。因为该路段地处冻土区，为防止地下水结冰和构筑物的冻胀，排水沟下铺设了保温板，在保温板上下各设置0.10米厚的中粗砂垫层。经运营，目前该路段路基使用情况良好，无道路冻胀翻浆等不良现象的产生。通过路基基底铺设土工合成材料，地下水可以得到有效的处理。且土工合成材料比传统的碎石施工简便、成本低，容易确保工程质量，从而在实际工程中得到了广泛的应用。3.3.3石灰土对防治道路冻胀翻浆的作用 近些年来，我国城市道路和公路的建设中，石灰土已经得到了广泛的应用，石灰土在季节性冻土区的使用效果一般是良好的。1963年7月，东北片区道路翻浆防治座谈会上提出了石灰土适用范围和设计参数，肯定了石灰土的防治翻浆的作用。25工程实例：通过对辽宁大石桥石灰土试验路段的多年观测，结果显示：历年冻土期平均相对含水量均比