凍土路基病害類型成因及防治措施

1、凍土路基病害類型成因及防治措施一、病害類型1、凍脹凍脹是由于土中水的凍結和冰體(特別是凸鏡狀冰體)的增長引起土體膨脹、地表不均勻隆起的作用。凍脹一般會導致地面發(fā)生變形，形成凍脹壟崗。凍脹的原因包括土中原有的水結冰體積膨脹；同時也包括土凍結過程中下部未凍結土中的水分遷移并向凍結面富集，水分相對集中，水與土粒分異形成冰透鏡體或凍夾層，使土體積膨脹。凍脹是凍土區(qū)筑路時需要考慮的另一個重要問題。一般情況下，在低溫凍土區(qū)，活動層厚度一般較小，且存在雙向凍結，凍結速度較快，故凍脹相對較輕。而在高溫凍土區(qū)，活動層厚度一般較大，凍結速度也較低，如存在粉質(zhì)土和足夠的水分則凍脹嚴重。凍脹形成機理當路基表面的土開始

2、凍結時，土孔隙內(nèi)的自由水在0c時首先凍結，形成冰晶體。當溫度繼續(xù)下降時，與冰晶體接觸的薄膜水受冰的結晶力作用，遷移到冰晶體上面凍結，使得與冰晶體接觸的土粒上的水膜變薄，破壞了原來的吸附平衡狀態(tài)，土粒的分子引力有剩余，就要從下面水膜較厚的土粒吸引水分子。同時，當水膜變薄時，薄膜水內(nèi)的離子濃度增加，產(chǎn)生了滲透壓力差。在土粒分子引力與滲透壓力差的共同作用下，薄膜水就從水膜較厚處向水膜較薄處遷移，并逐層向下傳遞。在溫度為0C-5c的條件下，當未凍區(qū)有充分的水源供給時，水分發(fā)生連續(xù)向凍結線的遷移，使路基上部大量聚冰。當凍結線在某一深度停留時間較長，水分有較多的遷移時間，且水源供給充分時，可能在該深度處形

3、成明顯的聚冰層；當凍結速度較快，每一深度處水分遷移的時間短，聚冰少且均勻分布，可能不形成明顯的聚冰層。凍脹的評價指標總凍脹路面全寬內(nèi)的平均凍脹值稱為總凍脹。在寒冷地區(qū)內(nèi)地下水位高的地段，使用強凍脹性土的路基，凍脹可達15-20cm。(2)不均勻凍脹當路基土不均勻或壓實不均勻或供水不均勻時，都可能導致冬季聚冰的不均勻，從而形成不均勻凍脹。不均勻凍脹是總凍脹的一部分，但可使柔性路面不均勻隆起或開裂，可使剛性路面發(fā)生錯縫或斷板。(3)凍脹系數(shù)(或凍脹率)平均凍脹值h與其相應的凍結深度z的比值，稱為凍脹系數(shù)。在高地下水位地段，使用強凍脹性土的路基，凍脹系數(shù)可達0.15-0.20。路基凍脹產(chǎn)生的原因主要

4、是路基水在冬季受低溫影響，溫度較高的水向溫度較低的土層方向轉移，在溫差聚水作用下，水分迅速聚集并逐漸形成聚冰層。（4）治理方法：1）將路基地表水引向路基外排除，切斷浸蝕路基的水源。2）設置隔溫層，防止水的凍結和路基土膨脹。3）在路堤下部設置隔斷層，以隔斷毛細水上升，防止路基凍脹。隔斷層應采用滲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4050cm其底面宜設反濾層，也可用清砂，防滲型土工織物等不透水材料修筑。1 2、翻漿成原因；處理方法一、公路路基翻漿形成的原因分析.土質(zhì)因素導致翻漿問題的形成通常情況下，道路路基中運用的土質(zhì)包括粘性土、粉性土以及砂性土三種。粉性土的毛細水能夠使

5、地下水產(chǎn)生高速且大量地向上凝聚，在負溫作用下，會有嚴重水分聚流，也會容易產(chǎn)生冰凍，導致土體強度降低，散失了土體的穩(wěn)定性，因此，粉性土是容易形成路基翻漿的因素。雖然粘性土毛細水有所上升，但存在相對較慢的速度，因此，在干旱季節(jié)，僅依靠地下水是很難導致路基翻漿問題形成，若到了雨季，粘性土的水資源存在較大的過濾能力的問題則是集中體現(xiàn)，容易導致較大的翻漿問題，因此粘性土不適宜應用與雨水較多的區(qū)位。而砂性土存在較強的過濾水能力，自身也更容易有穩(wěn)定性形成，受力強度在三者中屬于最好的，通常情況下該，不會有路基翻漿問題形成。因此，在建設道路時應盡可能運用砂性土，使的由于土質(zhì)因素導致的路基翻漿問題形成的現(xiàn)象得到避

6、免。2 .溫度因素導致翻漿問題的形成作為翻漿形成的一個充分條件，凍結深度及冷量發(fā)揮著一定的作用。在凍結深度與冬季寒冷相同的條件下，負溫度特性，凍結速度較快，對翻漿緩慢形成的影響較大。通常情況下，初冬溫度仍不會太冷，且容易有較大溫差及冷熱不均的現(xiàn)象產(chǎn)生，同時存在較長的溫度停留期，在路面下較淺位置有凍結線長期停留，從而在路面很近的地方有大量水分聚流。其次，由于車輛對路面持續(xù)不斷的壓力，兩者的作用很容易有翻漿現(xiàn)象發(fā)生。若在持續(xù)低溫條件下，冷凍線很容易降低至與路面相距較深的位置，土基上部聚冰少，則不易有翻漿現(xiàn)象出現(xiàn)。除此之外，翻漿的產(chǎn)生還會受到春季氣溫的變化特點及化凍速度的影響。3 .水分因素導致翻漿

7、問題的形成翻漿過程就是土基上水分的轉移和變化的過程，因此作為翻漿防治中的基本點，控制路基可能接觸的水分成為關鍵。地勢低洼的路基附近的地表水及淺的地下水能夠對充足的水源進行提供，導致翻漿形成的重要條件。在進入雨季后，地區(qū)的降水量會進一步增加，結合土基含量較大及車載效應，增高了地下水水位及路面不穩(wěn)定，那么含有可能導致較大規(guī)模的路基翻漿形成。4 .路面結構因素導致翻漿問題的形成翻漿受到路面結構的影響較大，路基狀態(tài)的不同導致翻漿受到的影響也各不相同。若在較為潮濕的土基上對黑色路面進行鋪筑，路面結構的不完整會存在較差的透氣性能，使路面的水分容易有堆積形成或以氣體的形式存在，隨著溫度的變化而轉換形態(tài)，因此

8、路基中的水分無法從表面蒸發(fā)中順暢地排出，進一步降低了路基強度，為翻漿提供充分的形成條件，同時在行車荷載的作用下，水分的作用會更為顯著的體現(xiàn)，使路基不僅有翻漿出現(xiàn)，而且一般都較為嚴重。5 .行車荷載導致翻漿問題的形成車輛在道路行駛的過程中，必定會由于力的作用導致路面路基有損壞形成，因此，雖然荷載不會導致路基翻漿形成，但對路基翻漿發(fā)揮著推動作用。通過車輛荷載的作用，道路翻漿問題會逐漸展現(xiàn)，當其他條件相同時，在翻漿季節(jié)及翻漿路段上存在的交通量越大、車輛越重，翻漿現(xiàn)象則越來越顯著。1 也就是說，導致路基翻漿產(chǎn)生的原因是多方面的，不論是直接原因還是推動原因，都會直接影響到翻漿的形成。在嚴重情況下，翻漿會

9、對路面安全造成嚴重危害，特別是對于較低溫度且不穩(wěn)定的地區(qū)，則跟應對翻漿的形成進行控制，在重點時期是時候重點排查，從人為的角度盡可能將路基翻漿的產(chǎn)生得到控制。二、路基翻漿的防治措施.提高路基與實際情況相結合，對路基進行加高，使路基上部土層與地下或地表水面遠離，結合當?shù)貎鐾辽疃?、水文情況以及路基土質(zhì)對路基加高的數(shù)值，將路基最小填土高度及臨界高度的方法實施確定。通常情況下，應確保路基處于干燥狀態(tài)。該方法在平原區(qū)的土路和其他地區(qū)容易取土的路段中得到適用。若當?shù)刂荒軐Ψ凵巴吝M行填筑使用時，由于毛細水上升較高，僅依靠路基無法徹底將翻漿根治，此時，除了對路基進行提升以外，還應運用砂墊層實施綜合治理。不得在交

10、叉口或城鎮(zhèn)街道對提高路基的方法進行運用。.路基地上水、地下水處理的加強(1)對路基排水做好，運用邊溝深度擴大1,1.5m的方法，使寬底處于1m左右，該方法無法在平原洼地內(nèi)得到適用，設置截水溝對山坡流向路基的水流實施攔截，并通過對節(jié)水暗溝進行設置的方式，促使地下含水層的水分得到截除。(2)為了避免地下水大量向路基上部土層進行提升，可采用降低地下水的方法進行操作。管滲溝的修筑。在路基兩側的邊溝底上，向下對一道深溝進行開挖，與現(xiàn)有的地下水位再深一些，現(xiàn)在溝底對四周帶孔的瓦管進行安放，在管上對碎石、礫石或碎磚進行填滿，運用厚度為20cm的粘土在最上層進行夯實封口，在粘土和碎石等顆粒之間對一層厚度為3c

11、m的草皮進行鋪設，促使地下水通過瓦管得到排出，實現(xiàn)地下水位的降低。通過在溝底對較大石塊進行壘起的方法是好奇發(fā)揮瓦管的作用，運用盲溝使地下水位得到降低。3、融沉凍土融化時的下沉現(xiàn)象。包括與外荷載無關的融化沉降和與外荷載直接有關的壓密沉降。凍土融化時發(fā)生著兩個相反的過程：壓密和膨脹。凍土中的各種冰融化后體積縮小，使土因自重下沉；冰變成水后通過孔隙逐漸排出，使土壓密而進一步下沉。土粒及其集合體在融化時由于水化作用而膨脹。通常情況下，凍土融化時的壓密大于膨脹，故產(chǎn)生融化下沉。當整體冷生構造的凍土融化時，具融沉量一般不大。但層狀和網(wǎng)狀冷生構造的凍土融化時，常有明顯的沉降，有時會發(fā)生突陷。當凍土的融化速度

12、很快時，會出現(xiàn)冰變成水的速率大于水能從土中排出的速率，從而使土中的孔隙壓力增加，常造成斜坡和各種建造物的不穩(wěn)定。融沉是多年凍土區(qū)建造物破壞的主要原因。在天然情況下，凍土的融沉會形成各種熱喀斯特現(xiàn)象4、融凍泥流和滑塌融凍泥流又叫凍融泥流、泥流、土溜、土滑、冰滑等凍融泥流指凍結的飽水松散土層和風化層解凍后，在重力作用下沿斜坡發(fā)生緩慢流動或蠕動的現(xiàn)象。凍融泥流指凍結的飽水松散土層和風化層解凍后，在重力作用下沿斜坡發(fā)生緩慢流動或蠕動的現(xiàn)象。具堆積物稱凍融泥流堆積。主要由粘性土和砂礫組成，是一種沒有層理和分選性的雜亂尤草的堆積物，成分與坡地的巖性一致，常有泥炭、古土壤夾層。在滑移過程中遇阻，常出現(xiàn)小型褶

13、皺、斷裂或形成臺階狀的泥流堆積體,稱泥流階地。性質(zhì)描述發(fā)生在消融季節(jié)者為塊體運動，年流動速度一般1米。其產(chǎn)生和運動速度的大小，除氣候條件外，主要取決于地表物質(zhì)組成和坡度。若地表物質(zhì)粗大，沒有粘性土，水分可自由下滲，融凍泥流即不會產(chǎn)生；坡度30°的山坡，細沙土不易聚集，含水性差，不利于融凍泥流的形成。故在坡度為520。、地表物質(zhì)以細沙土為主、含水量較多的坡地，最適于形成融凍泥流。分類融凍泥流的地貌形態(tài)包括泥流坡坎、泥流舌、泥流階地及石川等。泥流坡坎和泥流舌呈魚鱗狀順坡分布，前緣弧形突起。泥流階地沿等高線分布，呈傾斜平臺，長數(shù)十至數(shù)百米，高數(shù)米，寬數(shù)米至數(shù)十米。石川是順坡地溝谷分布的由石

14、塊組成的舌狀體，長可達數(shù)百米至12公里，末端流速可達11.5米/年。危害凍融作用引發(fā)泥流對工程建筑造成的危害。凍融泥流的危害主要表現(xiàn)在兩個方面：在滑移、堆積過程中，對房屋、鐵路、公路以及農(nóng)田等產(chǎn)生破壞，造成工程設施變形位移；泥流堆積物具有特殊的工程地質(zhì)條件，如作為建筑工程地基，容易產(chǎn)生沉陷、滑移。凍融泥流和冰雪融化形成的冰JI泥石流是兩種小同的現(xiàn)象：凍融泥流是凍結層融化后自身發(fā)生小規(guī)模蠕動、滑移的現(xiàn)象；冰川泥石流是冰雪融化后的水流挾裹大量泥砂石塊形成的具有一定流速的特殊洪流。5、冰錐、凍脹丘冰錐是由于天氣寒冷，地下水或河水流出封凍地表而形成的錐狀冰體凍脹丘（又稱冰堆丘）是由于地下水受凍結地面和

15、下部多年凍土層的遏阻，在薄弱地帶凍結膨脹，使地表變形隆起，稱凍脹丘。冰錐是在寒冷季節(jié)流出封凍地表和冰面的地下水或河水凍結后形成丘狀隆起的冰體。凍脹丘（frostmound是由于土中水分凍結所造成的地表局部隆起現(xiàn)象。根據(jù)生長期長短，分為季節(jié)性凍脹丘和多年生凍脹丘。季節(jié)性凍脹丘冬季隆起夏季消失，既可以發(fā)生于季節(jié)凍土區(qū)，也既可以發(fā)生于多年（永久）凍土區(qū)。多年生凍脹丘也常被稱為冰皋，是指具有一個冰核的多年生冷丘體。冰皋是多年凍土區(qū)所特有的冰緣地貌現(xiàn)象之一。它的直徑由幾米到上百米，高度可達50m大多冰皋成圓丘形，也有的成拉長丘形。根據(jù)是否與下層非凍土相連，冰皋被分為封閉型和敞開型兩種。6、熱融湖塘和沼澤

16、化濕地熱熔湖塘在青藏公路沿線分布較廣，在楚瑪爾河高原上尤為集中。一般熱融湖塘下仍有多年凍土存在。公路通過熱融湖塘時要注意路基凍脹和沉陷的不均勻及邊坡陷裂等問題，同時湖塘積水也容易引起路基濕軟，加劇凍脹和沉陷。熱熔湖塘在青藏公路沿線分布較廣，在楚瑪爾河高原上尤為集中。一般熱融湖塘下仍有多年凍土存在。公路通過熱融湖塘時要注意路基凍脹和沉陷的不均勻及邊坡陷裂等問題，同時湖塘積水也容易引起路基濕軟，加劇凍脹和沉陷。7、其他不良工程地質(zhì)現(xiàn)象從環(huán)境保護的角度看，多年凍土，特別是高含冰量凍土對地表的擾動十分敏感。地表的一些不大的改變，如雪蓋和植被的變化都會引起多年凍土重大的不可逆的變化，從而產(chǎn)生嚴重的后果。

17、低溫和短的生長季節(jié)也造成了凍土區(qū)植被一旦被破壞后恢復緩慢的特點二、影響公路凍脹與翻漿的因素1、土質(zhì)粉性土是易發(fā)生翻漿的土質(zhì)，這種土的毛細水上升較高且快，在負溫作用下水分聚流嚴重，土體強度降低快，失去穩(wěn)定性；粘性土毛細水上升雖高，但速度慢，只有水源充足情況下，才能形成翻漿；砂性土在一般情況下不會發(fā)生翻漿。在整治文化路翻漿現(xiàn)象時采取了換土的形式。2、水翻漿過程就是水分在土基中轉移、變化的過程。在齊市地勢低洼路基附近的地表水及淺的地下水能提供充足的水源。這是該地區(qū)形成翻漿的重要條件，加之秋雨過多，土基含量加大，地下水位增高，所以會形成翻漿現(xiàn)象。3、溫度一定的凍結深度和冷量是形成翻漿的重要條件。在同樣

18、的冷結深度和冷量的條件下，冬季負溫作用的特點和化凍結速度的快、慢對形成翻漿的影響也很大。我市初凍溫度較暖，且冷暖交替出現(xiàn)，溫度在O5c之間停留時間較長，凍結線長期停留在路面下較淺處。大量的水分聚流到路面很近的地方，報容易發(fā)生翻漿現(xiàn)象。反之，如果冬季一開始就很冷，凍結線很快下降到距離路面較深的地方，土基上部聚冰少就不易出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象。除此以外春季氣溫的變化特點和化凍速度對翻漿也有影響。如果春季化凍快天氣驟暖土基急速融化則會加重翻漿的程度。4、路面翻漿現(xiàn)象和路面結構是有緊密關系的。路面結構對翻漿有一定的影響。如果在比較潮濕的土基上鋪筑黑色路面。因該路面結構透氣性差，路基中的水分不能通暢地從表面蒸發(fā)出來，使路基強度降低，在行車荷載的作用下就會出現(xiàn)嚴重的翻漿現(xiàn)象。5、行車荷載道路的翻漿現(xiàn)象是通過行車荷裁的作用形成暴露出來的，當其他條件相同時在翻漿季節(jié)和翻漿