浅谈路基冻胀与翻浆的防治

浅谈路基冻胀与翻浆的防治摘要：结合实际施工经验，分析产生冻胀与翻浆的主要因素，阐述了路基冻胀与翻浆防治的基本途径，以及各种处理措施。关键词：路基；冻胀与翻浆；防治1、前言冻胀与翻浆是季节冻土与多年冻土地区所特有的两种公路病害，主要分布在我国北方寒冷地区和南方高寒山区以及青藏高原，是上述地区内分布较广、危害较大的两种公路病害，因而"dz是路基路面设计必须考虑的问题。2、产生冻胀与翻浆的原因分析及防治的基本途径2．1概念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。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冻胀与翻浆的关系冻胀与翻浆是统一过程的两个阶段，都是在夏、秋季地面水下渗或地下水位升高的基础上，在冬季负气温的作用下，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，化冻时土基水分过多，强度急剧下降，并经行车作用而形成。2．3影响冻胀与翻浆的因素公路冻胀与翻浆是多种因素综合作用的结果。土质、水、温度与路面是影响冻胀的四个主要因素，此外翻浆还受行车荷载的影响。在上述因素中土质、水、温度是形成冻胀与翻浆的三个基本条件。(1)土质：粉性土具有最强的冻胀性，最易形成翻浆。这种土的毛细水上升较高且快。在负温度作用下水分易于迁移，如水源供给充足可形成特别严重的冻胀。粘性土的毛细水上升虽高，但速度慢，只在水源供给充足且冻结速度缓慢的情况下，才能形成比较严重的冻胀和翻浆。粗粒土因其毛细水上升高度小、聚冰少，且在饱水情况下"dz能保持一定的强度。但当粗粒土中粉粘粒含量超过一定量以后，冻胀性明显增加，也能形成冻胀和翻浆。(2)水：冻胀与翻浆的过程，实质上就是水在路基中迁移的过程。路基附近的地表积水及浅的地下水，能提供充足的水源，是形成冻胀与翻浆的重要条件。秋雨及灌溉会使路基土的含水量增加，使地下水位升高，从而促成冻胀与翻浆的形成。(3)温度：没有一定的冻结深度或冰冻指数是难以形成冻胀和翻浆的。在初冻时气温较高或冷暖交替变化，温度在0～一3～一5℃之间停留时间较长。冻结线长时间停留在土基上部，就会使大量水分聚流到距路面很近的地方，形成严重的冻胀和翻浆。反之，冬季一开始就很冷，冻结线下降很快，水分来不及向上迁移，土基上部聚冰少，那么冻胀和翻浆就较轻或不出现。(4)路面：路面类型对冻胀和翻浆也有影响，如在比较潮湿的土基上铺筑沥青路面后，由于沥青路面透气性较差，路基中的水分不能通畅地从表面蒸发，可能导致聚冰增加、冻胀量增大，以致出现翻浆。此外，路面厚度大时可减轻冻胀。可减轻或避免翻浆。(5)公路翻浆是通过行车荷载作用最后形成和暴漏出来的，当其他条件相同时，在翻浆季节。交通量愈大，车辆愈重，则翻浆也会愈多、愈严重。2．4防治的基本途径(1)调节路基水温状况，防止地面水、地下水或其他水分在冻结前或冻结过程中进入路基上部。如在路基中设置隔离层、隔温层，做好路基排水。提高路基等。(2)如有水分聚积在路基上部，则应在化冻时期将多余的水分及时排除或暂时蓄积在渗水性与水稳性良好的路面结构层中，如设置排水或盖水砂(砾)垫层等。(3)改善土基，加强路面。如路基换土或采用加固土；路面采用石灰土、煤渣石灰土等机构层。3、冻胀与翻浆的工程措施3．1做好路基排水路基范围内的地面水、地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。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。3．2提高路基填土高度提高路基填土高度是一种简便易行、效果显著且比较经济的常用措施。同时也是保证路基路面强度和稳定性，减薄路面，降低造价的重要途径。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，使翻浆的程度和可能性变小。路线通过农田地区，为了少占农田，应与路面设计综合考虑，以确定合理的填土高度。在潮湿的重冻区内粉性土地段，不能单靠提高路基填土高度来保证路基路面的稳定性，要和其他措施，如砂垫层、石灰土基层等配合使用。3．3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，从而保持土基干燥，起防治冻胀与翻浆作用。(1)透水性隔离层透水性隔离层用碎石、砾石或粗砂等做成，其厚度一般为1O～20cm，为了防止淤塞，应在隔离层上面和下面设置防淤层，隔离层底部应高出地面水20cm以上，并向路基两侧作成3％的横坡。(2)不透水性隔离层不透水隔离层分不封闭式(隔断毛细水)和封闭式(隔断毛细水和横向渗水)两种。①不封闭式：当路基宽度较窄时，可横穿全路基，称为贯通式；在路基较宽时，隔离层须稍延出路面边缘外50～8Ocm，此种形式称为不贯通式。②封闭式：在地面排水困难或地下水位较高的路段，隔离层宜采用封闭式的。封闭式隔离层可做成垂直封闭式及外斜封闭式两种。③不透水隔离层所用材料：8％～10％的沥青土或6％～8％的沥青砂，厚度2．5～3．0cm；沥青或柏油，直接喷洒，厚度2～5mm；油毡纸、不透水土工布、塑料薄膜(在重盐渍土地区不宜使用)等不透水材料。3．4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。(1)换土层厚度的确定一般可根据地区情况、公路等级、行车要求以及换填材料等因素确定换土厚度。一些地区的经验认为，在路基上部换填60～80cm厚的粗粒土，路基可以基本稳定。换土厚度也可以根据强度要求，按路面结构厚度的计算方法计算确定。(2)换土措施的应用条件①因路基标高限制，不允许提高路基，且附近有粗粒土可用：②原有路基土质不良，需铺设高级路面。3．5注意路槽排水在冻胀与翻浆严重地段，应注意做好路槽排水，通常采用砂垫层和横向盲沟等措施。(1)铺设砂垫层砂垫层的作用：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缓冲作用，从而减轻路面冻胀。砂垫层的设计原则：用砂垫层汇集春融期从路基化冻土层中析出的全部多余水量；利用暗管或路肩盲沟等排水设施将砂垫层中汇集的水排出去。砂垫层的经验厚度：中湿类型的土基，砂垫层厚度一般为15～20cm；潮湿类型的土基，砂垫层厚度一般为2O～30cm。砂垫层的适用范围及注意事项：适用于盛产砂石地区；砂垫层的材料可选用砂砾、粗砂或中砂，要求砂中不含杂质、泥土；砂垫层路段两端，要用不透水的粘性土封闭，以防止翻浆的蔓延；砂垫层要洒适量水用履带式拖拉机碾压效果较好；透水性很差的粘性土路基，一般不宜使用蓄水的砂垫层。(2)加设横向盲沟道路纵坡大于3％的坡腰翻浆路段，当中级路面采用透水性材料时，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，可在路槽下设置横向盲沟。横向盲沟可设成人字形，纵向间距约10m，深度20～4Ocm，宽40cm左右，填以砂砾等透水性良好的材料，出口按一般盲沟处理。3．6加强路面结构在冻胀与翻浆地段，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。(1)石灰土结构层石灰土结构层的作用：石灰土具有一定板体性，可使行车荷载传至土基上的应力分布均匀，并逐渐扩散减小；石灰土水稳性和冰冻稳定性均较好，力学强度也较高；石灰土属多孔性材料，对土基水温状况有调节作用。石灰土结构层的设计见表1。表1石灰土结构层的设计翻浆等级结构组合和补强厚厚度／cm轻型石灰土15-200中型石灰土20-255重型石灰土20-400石灰土20-300砂垫层20-300联合使用石灰土的适用范围及注意事项：石灰土在轻、中、重冰冻区、第1、II地带类型填方路基符合规范规定的新、旧路上的翻浆路段都可使用；在重冰冻区、第1II地带类型不符合规范要求的填方路基，不能直接采用，须与其他措施联合应用；石灰土可做基层使用，也可做垫层使用；石灰土不耐磨，其上必须加铺面层或沥青表面处治；若做黑色路面基层，为防止面层出现反射裂缝，可设厚度不小于15cm的过渡层；石灰土施工应在上冻—个月至一个半月以前完成。(2)煤渣石灰土结构层煤渣石灰土结构层防治冻胀与翻浆的作用，与石灰土大致相同，水稳定性则比石灰土好。结构设计的重量配合比为：石灰：土：煤渣=8～lO：37～20：55～70。煤渣石灰土的适用范围及注意事项：可处理轻、中、重冰冻区的各种翻浆，即可做基层，也可做垫层，特别适于做基层；煤渣选用的碎块，其中大于2一烧结块的含量应超过75％，大颗粒不得超过3．5cm细粉末不宜过多；煤渣石灰土不耐磨，其上必须加铺面层或沥青磨耗层。(3)水泥稳定砂砾结构层水泥稳定砂砾结构层防治冻胀与翻浆的作用，与石灰土、煤渣石灰土类似，但其强度和水稳定性则较石灰土与煤渣石灰土均高。水泥剂量应从保证最低强度和减少收缩裂缝考虑，最低不小于2％～3％，最高不大于6％～7％。3．7加设防冻层在中、重季节冻结区和多年冻土区的高级、次高级路面，在有可能冻胀的路段，为防止不均匀冻胀，路面应保持一定的厚度，应用冰冻稳定性良好的材料加设防冻层补足。防冻层材料应选用冰冻稳定性良好的砂砾、粗砂、矿渣、煤渣等粒料，也可采用水泥或石灰煤稳定粗粒土、石灰粉煤灰稳定粗粒土等。采用砂砾和粗砂时，小于0．074mm的颗粒含量不应大于5％；采用煤渣时，小于2mm的颗粒含量不宜大于20％。3．8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，减小土基冻结深度或使土基不冻结，以防治冻胀，从而也防治翻浆。隔温层采用导温性能差的材料，铺在