淺談路基凍脹與翻漿的防治

淺談路基凍脹與翻漿的防治摘要：結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，分析產(chǎn)生凍脹與翻漿的主要因素，闡述了路基凍脹與翻漿防治的基本途徑，以及各種處理措施。關(guān)鍵詞：路基；凍脹與翻漿；防治1、前言凍脹與翻漿是季節(jié)凍土與多年凍土地區(qū)所特有的兩種公路病害，主要分布在我國(guó)北方寒冷地區(qū)和南方高寒山區(qū)以及青藏高原，是上述地區(qū)內(nèi)分布較廣、危害較大的兩種公路病害，因而"dz是路基路面設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題。2、產(chǎn)生凍脹與翻漿的原因分析及防治的基本途徑2．1概念使用凍脹性土的路段，當(dāng)有水分供給時(shí)，在冬季負(fù)氣溫作用下，水分連續(xù)向上聚流，在路基上部形成冰夾層、冰透鏡體，導(dǎo)致路面不均勻隆起，使柔性路面開裂、剛性路面錯(cuò)縫或折斷的現(xiàn)象，稱為凍脹。使用凍脹性土的路段，在冬季負(fù)氣溫作用下，水分連續(xù)向上聚流、凍結(jié)成冰，導(dǎo)致春融期間，土基含水過(guò)多、強(qiáng)度急劇降低，在行車作用下路面發(fā)生彈簧、裂縫、鼓包、冒泥等現(xiàn)象，稱為翻漿。2．2凍脹與翻漿的關(guān)系凍脹與翻漿是統(tǒng)一過(guò)程的兩個(gè)階段，都是在夏、秋季地面水下滲或地下水位升高的基礎(chǔ)上，在冬季負(fù)氣溫的作用下，發(fā)生水分遷移，使路基上層水分增多，并凍結(jié)成冰而形成。凍脹發(fā)生在冬季，是路基上層顯著聚冰的直接反映；翻漿雖發(fā)生在春季，也是在冬季路基上層聚冰的基礎(chǔ)上，化凍時(shí)土基水分過(guò)多，強(qiáng)度急劇下降，并經(jīng)行車作用而形成。2．3影響凍脹與翻漿的因素公路凍脹與翻漿是多種因素綜合作用的結(jié)果。土質(zhì)、水、溫度與路面是影響凍脹的四個(gè)主要因素，此外翻漿還受行車荷載的影響。在上述因素中土質(zhì)、水、溫度是形成凍脹與翻漿的三個(gè)基本條件。(1)土質(zhì)：粉性土具有最強(qiáng)的凍脹性，最易形成翻漿。這種土的毛細(xì)水上升較高且快。在負(fù)溫度作用下水分易于遷移，如水源供給充足可形成特別嚴(yán)重的凍脹。粘性土的毛細(xì)水上升雖高，但速度慢，只在水源供給充足且凍結(jié)速度緩慢的情況下，才能形成比較嚴(yán)重的凍脹和翻漿。粗粒土因其毛細(xì)水上升高度小、聚冰少，且在飽水情況下"dz能保持一定的強(qiáng)度。但當(dāng)粗粒土中粉粘粒含量超過(guò)一定量以后，凍脹性明顯增加，也能形成凍脹和翻漿。(2)水：凍脹與翻漿的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是水在路基中遷移的過(guò)程。路基附近的地表積水及淺的地下水，能提供充足的水源，是形成凍脹與翻漿的重要條件。秋雨及灌溉會(huì)使路基土的含水量增加，使地下水位升高，從而促成凍脹與翻漿的形成。(3)溫度：沒(méi)有一定的凍結(jié)深度或冰凍指數(shù)是難以形成凍脹和翻漿的。在初凍時(shí)氣溫較高或冷暖交替變化，溫度在0～一3～一5℃之間停留時(shí)間較長(zhǎng)。凍結(jié)線長(zhǎng)時(shí)間停留在土基上部，就會(huì)使大量水分聚流到距路面很近的地方，形成嚴(yán)重的凍脹和翻漿。反之，冬季一開始就很冷，凍結(jié)線下降很快，水分來(lái)不及向上遷移，土基上部聚冰少，那么凍脹和翻漿就較輕或不出現(xiàn)。(4)路面：路面類型對(duì)凍脹和翻漿也有影響，如在比較潮濕的土基上鋪筑瀝青路面后，由于瀝青路面透氣性較差，路基中的水分不能通暢地從表面蒸發(fā)，可能導(dǎo)致聚冰增加、凍脹量增大，以致出現(xiàn)翻漿。此外，路面厚度大時(shí)可減輕凍脹。可減輕或避免翻漿。(5)公路翻漿是通過(guò)行車荷載作用最后形成和暴漏出來(lái)的，當(dāng)其他條件相同時(shí)，在翻漿季節(jié)。交通量愈大，車輛愈重，則翻漿也會(huì)愈多、愈嚴(yán)重。2．4防治的基本途徑(1)調(diào)節(jié)路基水溫狀況，防止地面水、地下水或其他水分在凍結(jié)前或凍結(jié)過(guò)程中進(jìn)入路基上部。如在路基中設(shè)置隔離層、隔溫層，做好路基排水。提高路基等。(2)如有水分聚積在路基上部，則應(yīng)在化凍時(shí)期將多余的水分及時(shí)排除或暫時(shí)蓄積在滲水性與水穩(wěn)性良好的路面結(jié)構(gòu)層中，如設(shè)置排水或蓋水砂(礫)墊層等。(3)改善土基，加強(qiáng)路面。如路基換土或采用加固土；路面采用石灰土、煤渣石灰土等機(jī)構(gòu)層。3、凍脹與翻漿的工程措施3．1做好路基排水路基范圍內(nèi)的地面水、地下水都應(yīng)通過(guò)順暢的途徑迅速引離路基，以防水分停滯浸濕路基。為此，應(yīng)重視排水溝渠的設(shè)計(jì)，注意溝渠排水縱坡和出水口的設(shè)計(jì)；在一個(gè)路段內(nèi)重視排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為降低路基附近的地下水位，可采用有管滲溝；為攔截并排除流向路基的地下水，可采用截水滲溝。3．2提高路基填土高度提高路基填土高度是一種簡(jiǎn)便易行、效果顯著且比較經(jīng)濟(jì)的常用措施。同時(shí)也是保證路基路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減薄路面，降低造價(jià)的重要途徑。提高路基填土高度，增大了路基邊緣至地下水或地面水水位間的距離，從而減小了凍結(jié)過(guò)程中水分向路基上部遷移的數(shù)量，使凍脹減弱，使翻漿的程度和可能性變小。路線通過(guò)農(nóng)田地區(qū)，為了少占農(nóng)田，應(yīng)與路面設(shè)計(jì)綜合考慮，以確定合理的填土高度。在潮濕的重凍區(qū)內(nèi)粉性土地段，不能單靠提高路基填土高度來(lái)保證路基路面的穩(wěn)定性，要和其他措施，如砂墊層、石灰土基層等配合使用。3．3設(shè)置隔離層隔離層設(shè)在路基中一定深度處，其目的在于防止水分進(jìn)入路基上部，從而保持土基干燥，起防治凍脹與翻漿作用。(1)透水性隔離層透水性隔離層用碎石、礫石或粗砂等做成，其厚度一般為1O～20cm，為了防止淤塞，應(yīng)在隔離層上面和下面設(shè)置防淤層，隔離層底部應(yīng)高出地面水20cm以上，并向路基兩側(cè)作成3％的橫坡。(2)不透水性隔離層不透水隔離層分不封閉式(隔斷毛細(xì)水)和封閉式(隔斷毛細(xì)水和橫向滲水)兩種。①不封閉式：當(dāng)路基寬度較窄時(shí)，可橫穿全路基，稱為貫通式；在路基較寬時(shí)，隔離層須稍延出路面邊緣外50～8Ocm，此種形式稱為不貫通式。②封閉式：在地面排水困難或地下水位較高的路段，隔離層宜采用封閉式的。封閉式隔離層可做成垂直封閉式及外斜封閉式兩種。③不透水隔離層所用材料：8％～10％的瀝青土或6％～8％的瀝青砂，厚度2．5～3．0cm；瀝青或柏油，直接噴灑，厚度2～5mm；油氈紙、不透水土工布、塑料薄膜(在重鹽漬土地區(qū)不宜使用)等不透水材料。3．4換土采用水穩(wěn)性好、冰凍穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高的粗顆粒土換填路基上部，可以提高土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。(1)換土層厚度的確定一般可根據(jù)地區(qū)情況、公路等級(jí)、行車要求以及換填材料等因素確定換土厚度。一些地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在路基上部換填60～80cm厚的粗粒土，路基可以基本穩(wěn)定。換土厚度也可以根據(jù)強(qiáng)度要求，按路面結(jié)構(gòu)厚度的計(jì)算方法計(jì)算確定。(2)換土措施的應(yīng)用條件①因路基標(biāo)高限制，不允許提高路基，且附近有粗粒土可用：②原有路基土質(zhì)不良，需鋪設(shè)高級(jí)路面。3．5注意路槽排水在凍脹與翻漿嚴(yán)重地段，應(yīng)注意做好路槽排水，通常采用砂墊層和橫向盲溝等措施。(1)鋪設(shè)砂墊層砂墊層的作用：融期可起蓄水、排水作用；能隔斷毛細(xì)水上升；融期可防止路基泥漿上擠污染路面結(jié)構(gòu)層；冬季對(duì)路基凍脹可起緩沖作用，從而減輕路面凍脹。砂墊層的設(shè)計(jì)原則：用砂墊層匯集春融期從路基化凍土層中析出的全部多余水量；利用暗管或路肩盲溝等排水設(shè)施將砂墊層中匯集的水排出去。砂墊層的經(jīng)驗(yàn)厚度：中濕類型的土基，砂墊層厚度一般為15～20cm；潮濕類型的土基，砂墊層厚度一般為2O～30cm。砂墊層的適用范圍及注意事項(xiàng)：適用于盛產(chǎn)砂石地區(qū)；砂墊層的材料可選用砂礫、粗砂或中砂，要求砂中不含雜質(zhì)、泥土；砂墊層路段兩端，要用不透水的粘性土封閉，以防止翻漿的蔓延；砂墊層要灑適量水用履帶式拖拉機(jī)碾壓效果較好；透水性很差的粘性土路基，一般不宜使用蓄水的砂墊層。(2)加設(shè)橫向盲溝道路縱坡大于3％的坡腰翻漿路段，當(dāng)中級(jí)路面采用透水性材料時(shí)，為了及時(shí)排出透水層內(nèi)的縱向水流和春融期土基化凍時(shí)的多余水分，可在路槽下設(shè)置橫向盲溝。橫向盲溝可設(shè)成人字形，縱向間距約10m，深度20～4Ocm，寬40cm左右，填以砂礫等透水性良好的材料，出口按一般盲溝處理。3．6加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)在凍脹與翻漿地段，常使用整體性好的石灰土、煤渣石灰土、水泥穩(wěn)定砂礫等半剛性結(jié)構(gòu)層，以加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)。(1)石灰土結(jié)構(gòu)層石灰土結(jié)構(gòu)層的作用：石灰土具有一定板體性，可使行車荷載傳至土基上的應(yīng)力分布均勻，并逐漸擴(kuò)散減小；石灰土水穩(wěn)性和冰凍穩(wěn)定性均較好，力學(xué)強(qiáng)度也較高；石灰土屬多孔性材料，對(duì)土基水溫狀況有調(diào)節(jié)作用。石灰土結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)見表1。表1石灰土結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)翻漿等級(jí)結(jié)構(gòu)組合和補(bǔ)強(qiáng)厚厚度／cm輕型石灰土15-200中型石灰土20-255重型石灰土20-400石灰土20-300砂墊層20-300聯(lián)合使用石灰土的適用范圍及注意事項(xiàng)：石灰土在輕、中、重冰凍區(qū)、第1、II地帶類型填方路基符合規(guī)范規(guī)定的新、舊路上的翻漿路段都可使用；在重冰凍區(qū)、第1II地帶類型不符合規(guī)范要求的填方路基，不能直接采用，須與其他措施聯(lián)合應(yīng)用；石灰土可做基層使用，也可做墊層使用；石灰土不耐磨，其上必須加鋪面層或?yàn)r青表面處治；若做黑色路面基層，為防止面層出現(xiàn)反射裂縫，可設(shè)厚度不小于15cm的過(guò)渡層；石灰土施工應(yīng)在上凍—個(gè)月至一個(gè)半月以前完成。(2)煤渣石灰土結(jié)構(gòu)層煤渣石灰土結(jié)構(gòu)層防治凍脹與翻漿的作用，與石灰土大致相同，水穩(wěn)定性則比石灰土好。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重量配合比為：石灰：土：煤渣=8～lO：37～20：55～70。煤渣石灰土的適用范圍及注意事項(xiàng)：可處理輕、中、重冰凍區(qū)的各種翻漿，即可做基層，也可做墊層，特別適于做基層；煤渣選用的碎塊，其中大于2一燒結(jié)塊的含量應(yīng)超過(guò)75％，大顆粒不得超過(guò)3．5cm細(xì)粉末不宜過(guò)多；煤渣石灰土不耐磨，其上必須加鋪面層或?yàn)r青磨耗層。(3)水泥穩(wěn)定砂礫結(jié)構(gòu)層水泥穩(wěn)定砂礫結(jié)構(gòu)層防治凍脹與翻漿的作用，與石灰土、煤渣石灰土類似，但其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性則較石灰土與煤渣石灰土均高。水泥劑量應(yīng)從保證最低強(qiáng)度和減少收縮裂縫考慮，最低不小于2％～3％，最高不大于6％～7％。3．7加設(shè)防凍層在中、重季節(jié)凍結(jié)區(qū)和多年凍土區(qū)的高級(jí)、次高級(jí)路面，在有可能凍脹的路段，為防止不均勻凍脹，路面應(yīng)保持一定的厚度，應(yīng)用冰凍穩(wěn)定性良好的材料加設(shè)防凍層補(bǔ)足。防凍層材料應(yīng)選用冰凍穩(wěn)定性良好的砂礫、粗砂、礦渣、煤渣等粒料，也可采用水泥或石灰煤穩(wěn)定粗粒土、石灰粉煤灰穩(wěn)定粗粒土等。采用砂礫和粗砂時(shí)，小于0．074mm的顆粒含量不應(yīng)大于5％；采用煤渣時(shí)，小于2mm的顆粒含量不宜大于20％。3．8鋪設(shè)隔溫層在重凍區(qū)，有條件時(shí)也可采用鋪設(shè)高效隔溫層的方法，減小土基凍結(jié)深度或使土基不凍結(jié)，以防治凍脹，從而也防治翻漿。隔溫層采用導(dǎo)溫性能差的材料，鋪在