冻土路基病害成因及处理

1、最新【精品】范文 参考文献 专业论文冻土路基病害成因及处理冻土路基病害成因及处理摘要：随着我国公路建设事业的不断推进，寒地冻土区域的公 路建设事业也取得了蓬勃的发展。从已建成的公路、铁路等交通基础设施运营效果看，多年冻土工程建设面临着许多新的问题。尤其在高温冻土区，如何在解决冻土路基热稳定性的前提下，保持路基工程的长期稳定性问题，是目前冻土区道路工程研究的重要课题之一。本文首先分析了冻土路基病害的形成机理和冻土工程地质特性，然后重点 探讨了冻土路基病害的主要类型及成因，最后详细阐述了冻土路基病害的治理措施。关键词：冻土；路基；病害；冻胀翻浆；排水Abstract: as China's

2、 highway construction business, the continuous progress of the cold permafrost area highway construction business has made rapid development. From the completed highway, railway and other transportation infrastructure operation effect look, permafrost engineering construction is faced with manynew p

3、roblems. Especially in the high temperature permafrost region, and howto solve the frozen soil subgrade under the premise of thermal stability, maintain the long-term stability of the subgrade engineering, is the permafrost region road engineering research one of the important issues. This paper fir

4、st analyzes the permafrost roadbed disease formation mechanism and frozen soil engineering geological characteristics, and then probes into the frozen soil roadbed disease of the main types and causes, and finally elaborated on frozen soil roadbed disease control measures.Keywords: frozen soil; Subg

5、rade; Disease; Frost heave pumping; drainage中图分类号：P642.14文献标识码：A文章编号：2095-2104 （2013）一、冻土路基病害的形成机理冻土是一种特殊土类，其特殊性主要表现在它的性质与温度密切 相关。常规土类性质主要受颗粒的矿物和机械成分、密度和含水量控 制，多半表现为静态特性。冻土的性质除受上述因素控制以外，同时 它的性质随温度和时间都在变化，表现为动态特性。所以，冻土是一 处对温度十分敏感且性质不稳定的土体。随着全球气候的逐渐变暖和人类活动加强，多年冻土上限呈现出 下降的趋势，多年冻土也在不断退化，对路基路面的稳定也造成了极 大威

6、胁。关键的是冻土在冻结、融化时具有特殊的物理、力学性质变 化。土壤冻结时最重要的物理过程是水分的迁移和重分布，而冻土融化时最重要的是物理力学变化是结构、 强度的急剧衰减。从而在冻融 循环中不断地改变着土层的形态结构和物理力学性质，导致工程建筑 物基础的反复变化与破坏。在大多数情况下，病害的发生发展过程与 变化结果具有单向、不可逆的规律。冻土地区筑路工作中的问题除了 一般寒区道路中常见的路基冻 胀、翻浆、路面冻融松散、低温开裂外，还有冻土地区特有的道路病 害一一路基热融沉降、边坡热融滑塌等。二、冻土工程地质特性（一）冻胀融沉性冻土也具有热胀冷缩的特性，冻土中的水发生相变，土的体积则 发生变化，当

7、大量的水分从液态转化为固态时，土的体积便发生冻胀； 当水从固态转变为液态时，土便发生融化下沉，这就是冻土的冻胀融 沉特性。（二）热稳定性多年冻土土体温度（简称地温）是反映多年冻土热稳定性的重 要指标，即年较差为零的深度处的地温。年平均地温低，多年冻土的 蓄冷量大，热稳定性好；年平均地温高，多年冻土的蓄冷量小，热稳 定性差。（三）对外界环境变化的敏感性一般情况下，多年冻土天然上限附近高含冰量冻土比较发育，由于其埋深浅，对环境变化极为敏感，例如气温升高、水对多年冻土的 热侵蚀、生态环境恶化（如植被退化）导致多年冻土吸收的太阳辐射 热量增加及人为活动引起多年冻土地温场变化等。 这些因素都将导致 多年

8、冻土地温升高、热稳定性变差。三、冻土路基病害的主要类型及成因（一）路基冻胀路基的冻胀病害是与气温、土质及水源条件密切相关的，主要发 生在气候严寒、季节冻结深度较大的地区和多年冻土地区。 其土质以 细颗粒的粘性土为主，往往富含水分。工程上主要发生在土质的浅路 堑和修筑在塔头沼泽积水地段的较低路堤上。分析冻胀产生的原因主 要有以下几个方面：路基基床表面不平整，积水冻结膨胀形成冻胀病害。其最大量很 少超过50 mm 一般最多在30 mrrr 40 mm多在25 mm以下。形成时 间从10月中旬，到11月末便趋于稳定，一般产生在路基基床表面 往下30mnr 50 mm左右。2、碎石或混砂道床垫层不洁，

9、污染严重，混入泥土较多，遇积 水产生冻胀。当含泥量为 20%-50%寸，冻胀量可达10 mm-20 mm& 右，道床冻胀在时间上从10月中旬11月上旬基本稳定。3、地表水或地下水（或浅层水）对路基土的不均匀浸湿。4、路堤填土不均匀及路堑基底土质差异，因土的性质及结构不 同，从而形成不同的冻胀病害。路基不同朝向形成的不均匀冻胀，如线路走向为东西向时，路基 有明显的向阳和背阳坡，使路基填土的冬季含水量和冻结深度发生差 异，其结果是出现单侧冻胀。路基冻胀不仅使路面高低不平，还容易导致公路的路面，特别是 混凝土刚性路面产生裂缝，这种裂缝多呈纵向分布，且经冻融反复作 用而不断加宽，严重时使路面呈

10、破碎状。冻胀造成的道路破坏，对公 路尤其是高速公路危害极大，轻者给行车带来障碍，重者造成行车事 故。（二）路基冻融翻浆在高寒冻土地区，由于在土壤冻结过程中汇聚了过多的水分， 且 土质状态不好，到春暖化冻时水分不能及时排出，从而造成土基软弱， 强度降低。在车辆荷载的作用下，路面发生弹簧、裂纹、鼓包、车辙、 唧泥等现象，称为冻融翻浆。路基冻融翻浆的原因有以下几点：1、气候。秋末初冬，形成较大的温差梯度。由于土中薄膜水具有 自高温向低温转移的特性，较大的地温差，将使深部的土中水向基床 上聚集，结成扁冰体。初冬气候温和，降温缓慢，使冻结线在基床上层 滞留时间较长，造成水分向上聚集的有利条件。春寒较长，

11、晚春气温急 剧回升，基床上部土融化较快，大量的融冻水分无法排出，又来不及蒸 发，形成流塑状泥浆。2、水源。秋末多雨，冻结前土基原始含水量大。台地区域上层 滞水或丘陵区域的层间水丰富，地下水位偏高。土层冻结具“开系 统”条件，地下水位在冻层附近。地表排水系统不畅，积水较多，或路 基有道硝梢积水，向基床渗透聚集。最后，侧沟积雪较多，春融期又遇 降水，造成融冻层湿度恶化。3、行车荷载车辆动荷载通过松软基床时，动应力将远远超过基床承载力，特 别由于翻浆基床的存在，成为翻浆冒泥的直接原因。道路翻浆地段对行车安全造成极大危害。（三）路基热融沉陷多年冻土天然上限附近的细粒土和有一定量细粒土充填的粗颗 粒土中

12、，往往存在厚层地下冰和高含冰量冻土，由于其埋藏浅，受气 候、生态、微地貌、水文条件等天然因素和各种人为活动的影响很容 易融化，天然上限下降，融化后的土体在其自重作用下发生融沉。由 于修筑路堤或开挖路基，破坏了冻土的保护层或使冻土上限上升， 加 之路基填土高度不够，路基排水不畅等原因，导致路基土层发生热融 沉陷，从而使路基沉陷变形破坏。具体表现为路基下沉 ，路堤向阳侧 路肩及边坡开裂、下滑，路堑边坡滑塌等。融沉的特点有：1）突然的大 量下沉；2）周期性的持续下降。（四）路基边坡热融滑坍冻土路堑开挖后，冻土埋藏深度将变浅或完全暴露在大气当中，固态冰开始融化，土体饱水，强度急剧下降，如果处理不当，将

13、会引 起路堑边坡开裂、溜坍、下滑。在有厚层地下冰分布的地区，由于路 基的修建而破坏了土层的热力平衡状态， 而使其发生热融滑坍，导致 路基边坡发生滑溜或坍塌，这种病害主要发生在挖方地段或高度不足 的低填方路段。(五)冰害冰害主要是指在路堤上方出露地表的泉水或开挖路堑后地下水自边坡流出，在隆冬季节随流随冻，形成积冰掩埋路基顶面或边坡挂 冰、堑内积冰等病害，是发生在寒冷及严寒地区特有的路基病害，在 严寒的多年冻土地区则尤为严重。四、冻土路基病害的主要治理措施(一)排水措施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，使土基保持 干燥，减少冻结过程中水分聚流的来源。路基范围内的地面水、地

14、下水都应通过顺畅的途径迅速引离路 基，以防水分停滞浸湿路基。为此，应重视排水沟渠的设计，注意沟 渠排水纵坡和出水口的设计。在一个路段内重视排水系统的设计， 使 排水沟渠与桥涵组成一个完整的通畅的排水系统。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，同时考虑冰冻深度的影响。加强路梢排水在冻胀与翻浆严重地段，应注意做好路梢排水，通常采用设砂垫 层和横向盲沟等措施进行路梢排水。(1)铺设砂垫层砂垫层在融期可起蓄水、排水作用，能隔断毛细水上升，可防止 融期路基泥浆上挤污染路面结构层，冬季对路基冻胀可起缓冲作用， 从而减轻路面冻胀。在盛产砂石地区，可以采用铺

15、设砂垫层排水，防 止冻胀和翻浆。(2)加设横向盲沟道路纵坡大于3%勺坡腰翻浆路段，当中级路面基层采用透水性材料时，为了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，可在路梢下设置横向盲沟。横向盲沟可设成人字形，纵向间 距10m左右，深度2040cmi宽40cm左右，填以沙砾等透水性好的 材料，出口按一般盲沟处理。（二）保温护道保温护道也是整治路基病害的一种常用措施。 作用是加强对路基 边坡、坡脚处冻土的保护厚度，减少气温对多年冻土的影响程度和范 围；同时也起到防止路基坡脚积存水体和渗入的作用。但是，对护道的填筑材料、断面结构形式和尺寸及防渗水能力要 有周密的考虑和设计。然而，过去填

16、筑的保温护道明显存在不足，多 数已起不到保温作用而失效。过去也曾采用过片石护道，但实践证明， 在多年冻土地区采用片石护道非但不能约束路基底的下沉侧挤，反而加速了基底的融化下沉。它只能在不破坏冻土原则的情况下采用。对路堤和路堑边坡的坍塌和热融滑坍病害的工程措施， 常用的有 护道及具有支撑作用的护坡。护道主要适用于较高的路堤，可用成台 阶式，主要针对由于季节性冻融界及过陡情况下的边坡坍塌变形。而对于边坡变形所采用的片石护坡则有过深刻的教训即不具支撑作用 的、较薄的无结构片石扩坡不能抵御冻融变形的破坏，反而加剧边坡变形。（三）换土当采用水稳定性好、冰冻稳定性好、强度高的粗颗粒土换填路基 上部时，可以

17、提高土基的强度和稳定性。换土措施的使用条件为：因路基标高限制，不允许提高路基，且附近有粗粒土可用时；原有路基土质不良，需铺设高级路面时。换土层厚度可根据地区情况、公路等级、行车要求以及换填材料 等因素确定。根据一些地区的经验，在路基上部 6080cm厚的范围换填粗粒 土，路基可以基本稳定，换土厚度也可以根据强度要求，按路面结构 层厚度的计算方法计算确定。（四）土工布、EPS导温垫床土工布具有隔离、渗滤、排水、加固和强化土体的作用，在整治 一般翻浆中已广泛应用。EPS是铁科院铁建所试验研究的一种新型防 冻土工聚合材料，由可发性聚苯乙烯贮存，予发泡、成熟处理及模制 过程加工而成的泡沫材料。试验证明

18、，密度为45kg/m3的EPSM料， 吸水率小，含气量高，导温系数小，在受水浸湿时仍有较好的隔热效 果，且能满足动荷载为200kPa的强度和变形要求。近几年已在寒冷 地区整治路基冻害中多处使用，效果良好。（五）采用遮阳棚调控辐射应用遮阳棚遮挡路堤，可以有效地保护路堤、边坡及邻近区域。 采用遮阳棚这一方法措施来给路基土降温， 是利用遮阳棚来预防路堤 堤身与基底土免受直接太阳辐射和雨雪水的影响，因为这些都是造成路基底冻土层退化和线路沉陷的主要原因。实质上，遮阳棚对路堤堤身和基底土的冷却作用，类似于多年冻土地基上的房屋和建筑物地下 室利用室外空气自然通风对地基实施冷却作用。为了提高遮阳棚对太阳辐射的反射率，增加遮阳棚