冻土路基病害类型成因及防治措施

------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxx冻土路基病害类型成因及防治措施 【精品文档】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。【精品文档】 【精品文档】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。1、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【精品文档】 【精品文档】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。1.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。【精品文档】 【精品文档】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。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。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【精品文档】 【精品文档】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。【精品文档】 【精品文档】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4、融冻泥流和滑塌融冻泥流又叫冻融泥流、泥流、土溜、土滑、冰滑等冻融泥流指冻结的饱水松散土层和风化层解冻后，在重力作用下沿斜坡发生缓慢流动或蠕动的现象。冻融泥流指冻结的饱水松散土层和风化层解冻后,在重力作用下沿斜坡发生缓慢流动或蠕动的现象。其堆积物称冻融泥流堆积。主要由粘性土和砂砾组成,是一种没有层理和分选性的杂乱尤章的堆积物,成分与坡地的岩性一致,常有泥炭、古土壤夹层。在滑移过程中遇阻,常出现小型褶皱、断裂或形成台阶状的泥流堆积体,称泥流阶地。 性质描述 发生在消融季节者为块体运动，年流动速度一般＜1米。其产生和运动速度的大小，除气候条件外，主要取决于地表物质组成和坡度。若地表物质粗大，没有粘性土，水分可自由下渗，融冻泥流即不会产生；坡度＞30°的山坡，细沙土不易聚集，含水性差，不利于融冻泥流的形成。故在坡度为5～20°、地表物质以细沙土为主、含水量较多的坡地，最适于形成融冻泥流。 分类 融冻泥流的地貌形态包括泥流坡坎、泥流舌、泥流阶地及石川等。泥流坡坎和泥流舌呈鱼鳞状顺坡分布，前缘弧形突起。泥流阶地沿等高线分布，呈倾斜平台，长数十至数百米，高数米，宽数米至数十米。石川是顺坡地沟谷分布的由石块组成的舌状体，长可达数百米至1～2公里，末端流速可达1～1.5米/年。 危害 冻融作用引发泥流对工程建筑造成的危害。冻融泥流的危害主要表现在两个方面：在滑移、堆积过程中,对‘房屋、铁路、公路以及农田等产生破坏,造成工程设施变形位移；泥流堆积物具有特殊的工程地质条件,如作为建筑工程地基,容易产生沉陷、滑移。冻融泥流和冰雪融化形成的冰川泥石流是两种小同的现象：冻融泥流是冻结层融化后自身发生小规模蠕动、滑移的现象；冰川泥石流是冰雪融化后的水流挟裹大量泥砂石块形成的具有一定流速的特殊洪流。5、冰锥、冻胀丘冰锥是由于天气寒冷，地下水或河水流出封冻地表而形成的锥状冰体冻胀丘（又称冰堆丘）是由于地下水受冻结地面和下部多年冻土层的遏阻，在薄弱地带冻结膨胀，使地表变形隆起，称冻胀丘。冰锥是在寒冷季节流出封冻地表和冰面的地下水或河水冻结后形成丘状隆起的冰体。【精品文档】 【精品文档】冻胀丘（frostmound）是由于土中水分冻结所造成的地表局部隆起现象。根据生长期长短，分为季节性冻胀丘和多年生冻胀丘。季节性冻胀丘冬季隆起夏季消失，既可以发生于季节冻土区，也既可以发生于多年（永久）冻土区。多年生冻胀丘也常被称为冰皋，是指具有一个冰核的多年生冷丘体。冰皋是多年冻土区所特有的冰缘地貌现象之一。它的直径由几米到上百米，高度可达50m。大多冰皋成圆丘形，也有的成拉长丘形。根据是否与下层非冻土相连，冰皋被分为封闭型和敞开型两种。5、热融湖塘和沼泽化湿地热熔湖塘在青藏公路沿线分布较广，在楚玛尔河高原上尤为集中。一般热融湖塘下仍有多年冻土存在。公路通过热融湖塘时要注意路基冻胀和沉陷的不均匀及边坡陷裂等问题，同时湖塘积水也容易引起路基湿软，加剧冻胀和沉陷。热熔湖塘在青藏公路沿线分布较广，在楚玛尔河高原上尤为集中。一般热融湖塘下仍有多年冻土存在。公路通过热融湖塘时要注意路基冻胀和沉陷的不均匀及边坡陷裂等问题，同时湖塘积水也容易引起路基湿软，加剧冻胀和沉陷。6、其他不良工程地质现象从环境保护的角度看，多年冻土，特别是高含冰量冻土对地表的扰动十分敏感。地表的一些不大的改变，如雪盖和植被的变化都会引起多年冻土重大的不可逆的变化，从而产生严重的后果。低温和短的生长季节也造成了冻土区植被一旦被破坏后恢复缓慢的特点二、影响公路冻胀与翻浆的因素1、土质粉性土是易发生翻浆的土质，这种土的毛细水上升较高且快，在负温作用下水分聚流严重，土体强度降低快，失去稳定性；粘性土毛细水上升虽高，但速度慢，只有水源充足情况下，才能形成翻浆；砂性土在一般情况下不会发生翻浆。在整治文化路翻浆现象时采取了换土的形式。2、水翻浆过程就是水分在土基中转移、变化的过程。在齐市地势低洼路基附近的地表水及浅的地下水能提供充足的水源。这是该地区形成翻浆的重要条件，加之秋雨过多，土基含量加大，地下水位增高，所以会形成翻浆现象。3、温度【精品文档】 【精品文档】一定的冻结深度和冷量是形成翻浆的重要条件。在同样的冷结深度和冷量的条件下，冬季负温作用的特点和化冻结速度的快、慢对形成翻浆的影响也很大。我市初冻温度较暖，且冷暖交替出现，温度在O~5℃之间停留时间较长，冻结线长期停留在路面下较浅处。大量的水分聚流到路面很近的地方，报容易发生翻浆现象。反之，如果冬季一开始就很冷，冻结线很快下降到距离路面较深的地方，土基上部聚冰少就不易出现翻浆现象。除此以外春季气温的变化特点和化冻速度对翻浆也有影响。如果春季化冻快天气骤暖土基急速融化则会加重翻浆的程度。4、路面翻浆现象和路面结构是有紧密关系的。路面结构对翻浆有一定的影响。如果在比较潮湿的土基上铺筑黑色路面。因该路面结构透气性差，路基中的水分不能通畅地从表面蒸发出来，使路基强度降低，在行车荷载的作用下就会出现严重的翻浆现象。5、行车荷载道路的翻浆现象是通过行车荷裁的作用形成暴露出来的，当其他条件相同时在翻浆季节和翻浆路段上交通量越大、车辆越重，翻浆也会越多越严重。三、路基病害整治措施1、换填土：换填土采用水稳性好，冻稳性好，强度高的粗颗粒填料换填路基上部，换填选料原则：冻胀时路面不产生有害变形，冻融时路床承载力不下降，换填厚度应控制在最大冻深的70%~100%。2、横向盲沟降水：道路纵坡大于3%的坡腰翻浆路段，当路面基层采用透水性材料时，为能及时排出透水层内的纵向水流和春融期土基化冻时的多于水份，可在路槽下设置横向盲沟可设置成人字形，纵向间距一般为10米，沟深20~40厘米，宽40~50厘米，填以砾等透水性良好材料，出口按一般盲沟处理。【精品文档】 【精品文档】3、管式渗沟降水：挖方地段为降低路基附近的地下水位，采用有管渗沟为拦截并排除，流向路基的层间水，采用截水渗沟疏排。为防止渗沟被淤塞，根据现地条件，必要时可采用土工布外覆盖层以维护渗沟的通畅。4、砂（砾）垫层：铺设砂（砾）垫层防治翻浆作用在于隔断毛细水上升，冻融期具有蓄水排水作用，且在冻结或融化时，砂（砾）垫层的体积变化不大，因而可减轻路面冻胀和融沉。5、土工布排水：采用土工布排水是在路基上部一定深度平铺过滤型土工布，其上铺填30~40厘米砂砾层，然后继续填土至路基顶面。6、设置隔离层：为防止翻浆，可在路基一定深度处设置隔离层，隔离层宜高出地表水面25厘米，有效厚度一般为20厘米，用碎石、砾石、土工布等铺成，为防淤塞，可在上、下设3%~4%的横坡以利排水，不透水隔层多适用于不透水路面的路基中。【精品文档】