冻土路基病害类型成因及防治措施

冻土路基病害类型成因及防治措施

一、病害类型

1、冻胀

冻胀是由于土中水的冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）的增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起的作用。冻胀一般会导致地面发生变形，形成冻胀垄岗。冻胀的原因包括土中原有的水结冰体积膨胀；同时也包括土冻结过程中下部未冻结土中的水分迁移并向冻结面富集，水分相对集中，水与土粒分异形成冰透镜体或冻夹层，使土体积膨胀。

冻胀是冻土区筑路时需要考虑的另一个重要问题。一般情况下，在低温冻土区，活动层厚度一般较小，且存在双向冻结，冻结速度较快，故冻胀相对较轻。而在高温冻土区，活动层厚度一般较大，冻结速度也较低，如存在粉质土和足够的水分则冻胀严重。

冻胀形成机理

当路基表面的土开始冻结时，土孔隙内的自由水在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作用，迁移到冰晶体上面冻结，使得与冰晶体接触的土粒上的水膜变薄，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。

当冻结线在某一深度停留时间较长，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。

冻胀的评价指标

(1)总冻胀

路面全宽内的平均冻胀值称为总冻胀。在寒冷地区内地下

水位高的地段，使用强冻胀性土的路基，冻胀可达15-20cm。

(2)不均匀冻胀

当路基土不均匀或压实不均匀或供水不均匀时，都可能导致冬季聚冰的不均匀，从而形成不均匀冻胀。

不均匀冻胀是总冻胀的一部分，但可使柔性路面不均匀隆起或开裂，可使刚性路面发生错缝或断板。

(3)冻胀系数(或冻胀率)

平均冻胀值h与其相应的冻结深度z的比值，称为冻胀系数。

在高地下水位地段，使用强冻胀性土的路基，冻胀系数可达0.15-0.20。

路基冻胀产生的原因主要是路基水在冬季受低温影响，温度较高的水向温度较低的土层方向转移，在温差聚水作用下，水分迅速聚集并逐渐形成聚冰层。

(4)治理方法：

1)将路基地表水引向路基外排除，切断浸蚀路基的水源。

2)设置隔温层，防止水的冻结和路基土膨胀。

3)在路堤下部设置隔断层，以隔断毛细水上升，防止路基冻胀。隔断层应采用渗水性良好的粗粒料填筑，其位置宜在路基的中部或底部，厚度一般是40～50cm，其底面宜设反滤层，也可用清砂，防渗型土工织物等不透水材料修筑。

2、翻浆

成原因;处理方法

一、公路路基翻浆形成的原因分析

1.土质因素导致翻浆问题的形成

通常情况下，道路路基中运用的土质包括粘性土、粉性土以及砂性土三种。粉性土的毛细水能够使地下水产生高速且大量地向上凝聚，在负温作用下，会有严重水分聚流，也会容易产生冰冻，导致土体强度降低，散失了土体的稳定性，因此，粉性土是容易形成路基翻浆的因素。虽然粘性土毛细水有所上升，但存在相对较慢的速度，因此，在干旱季节，仅依靠地下水是很难导致路基翻浆问题形成，若到了雨季，粘性土的水资源存在较大的过滤能力的问题则是集中体现，容易导致较大的翻浆问题，因此粘性土不适宜应用与雨水较多的区位。而砂性土存在较强的过滤水能力，自身也更容易有稳定性形成，受力强度在三者中属于最好的，通常情况下该，不会有路基翻浆问题形成。因此，在建设道路时应尽可能运用砂性土，使的由于土质因素导致的路基翻浆问题形成的现象得到避免。

2.温度因素导致翻浆问题的形成

作为翻浆形成的一个充分条件，冻结深度及冷量发挥着一定的作用。在冻结深度与冬季寒冷相同的条件下，负温度特性，冻结速度较快，对翻浆缓慢形成的影响较大。通常情况下，初冬温度仍不会太冷，且容易有较大温差及冷热不均的现象产生，同时存在较长的温度停留期，在路面下较浅位置有冻结线长期停留，从而在路面很近的地方有大量水分聚流。其次，由于车辆对路面持续不断的压力，两者的作用很容易有翻浆现象发生。若在持续低温条件下，冷冻线很容易降低至与路面相距较深的位置，土基上部聚冰少，则不易有翻浆现象出现。除此之外，翻浆的产生还会受到春季气温的变化特点及化冻速度的影响。

3.水分因素导致翻浆问题的形成

翻浆过程就是土基上水分的转移和变化的过程，因此作为翻浆防治中的基本点，控制路基可能接触的水分成为关键。地势低洼的路基附近的地表水及浅的地下水能够对充足的水源进行提供，导致翻浆形成的重要条件。在进入雨季后，地区的降水量会进一步增加，结合土基含量较大及车载效应，增高了地下水水位及路面不稳定，那么含有可能导致较大规模的路基翻浆形成。

4.路面结构因素导致翻浆问题的形成

翻浆受到路面结构的影响较大，路基状态的不同导致翻浆受到的影响也各不相同。若在较为潮湿的土基上对黑色路面进行铺筑，路面结构的不完整会存在较差的透气性能，使路面的水分容易有堆积形成或以气体的形式存在，随着温度的变化而转换形态，因此路基中的水分无法从表面蒸发中顺畅地排出，进一步降低了路基强度，为翻浆提供充分的形成条件，同时在行车荷载的作用下，水分的作用会更为显著的体现，使路基不仅有翻浆出现，而且一般都较为严重。

5.行车荷载导致翻浆问题的形成

车辆在道路行驶的过程中，必定会由于力的作用导致路面路基有损坏形成，因此，虽然荷载不会导致路基翻浆形成，但对路基翻浆发挥着推动作用。通过车辆荷载的作用，道路翻浆问题会逐渐展现，当其他条件相同时，在翻浆季节及翻浆路段上存在的交通量越大、车辆越重，翻浆现象则越来越显著。

也就是说，导致路基翻浆产生的原因是多方面的，不论是直接原因还是推动原因，都会直接影响到翻浆的形成。在严重情况下，翻浆会对路面安全造成严重危害，特别是对于较低温度且不稳定的地区，则跟应对翻浆的形成进行控制，在重点时期是时候重点排查，从人为的角度尽可能将路基翻浆的产生得到控制。

二、路基翻浆的防治措施

1.提高路基

与实际情况相结合，对路基进行加高，使路基上部土层与地下或地表水面远离，结合当地冻土深度、水文情况以及路基土质对路基加高的数值，将路基最小填土高度及临界高度的方法实施确定。通常情况下，应确保路基处于干燥状态。该方法在平原区的土路和其他地区容易取土的路段中得到适用。若当地只能对粉砂土进行填筑使用时，由于毛细水上升较高，仅依靠路基无法彻底将翻浆根治，此时，除了对路基进行提升以外，还应运用砂垫层实施综合治理。不得在交叉口或城镇街道对提高路基的方法进行运用。

2.路基地上水、地下水处理的加强

(1)对路基排水做好，运用边沟深度扩大1,1.5m的方法，使宽底处于1m左右，该方法无法在平原洼地内得到适用，设置截水沟对山坡流向路基的水流实施拦截，并通过对节水暗沟进行设置的方式，促使地下含水层的水分得到截除。

(2)为了避免地下水大量向路基上部土层进行提升，可采用降低地下水的方法进行操作。

(3)管渗沟的修筑。在路基两侧的边沟底上，向下对一道深沟进行开挖，与现有的地下水位再深一些，现在沟底对四周带孔的瓦管进行安放，在管上对碎石、砾石或碎砖进行填满，运用厚度为20cm的粘土在最上层进行夯实封口，在粘土和碎石等颗粒之间对一层厚度为3cm的草皮进行铺设，促使地下水通过瓦管得到排出，实现地下水位的降低。

(4)通过在沟底对较大石块进行垒起的方法是好奇发挥瓦管的作用，运用盲沟使地下水位得到降低。

3、融沉

冻土融化时的下沉现象。包括与外荷载无关的融化沉降和与外荷载直接有关的压密沉降。

冻土融化时发生着两个相反的过程：压密和膨胀。

①冻土中的各种冰融化后体积缩小,使土因自重下沉;冰变成水后通过孔隙逐渐

排出，使土压密而进一步下沉。

②土粒及其集合体在融化时由于水化作用而膨胀。通常情况下，冻土融化时的压密大于膨胀，故产生融化下沉。当整体冷生构造的冻土融化时，其融沉量一般不大。但层状和网状冷生构造的冻土融化时,常有明显的沉降,有时会发生突陷。当冻土的融化速度很快时，会出现冰变成水的速率大于水能从土中排出的速率，从而使土中的孔隙压力增加，常造成斜坡和各种建造物的不稳定。融沉是多年冻土区建造物破坏的主要原因。在天然情况下，冻土的融沉会形成各种热喀斯特现象