淺談路基凍害及防治

舒繼偉

(河北路橋集團(tuán)有限公司)

1 路基凍害變形

我國(guó)東北、華北和西北地區(qū)廣泛分布著季節(jié)凍土。季節(jié)凍土的土層存在著一層冬凍春融的土層。季節(jié)凍土地區(qū)路基的凍害變形表現(xiàn)為凍脹、融化下沉及翻漿冒泥。

路基的凍脹是出于大氣溫度下降，使土體溫度達(dá)到土中水的冰點(diǎn)時(shí)，土中的凍融層即產(chǎn)生凍結(jié)。土體凍結(jié)時(shí)，由于土中孔隙水、外界水的補(bǔ)給及地下水補(bǔ)給的條件不同，水的冰晶形成多晶體、透鏡體和冰夾層等不同形式，使土的體積增大，引起路基凍脹。

當(dāng)路基土體在融化過(guò)程中存在下臥隔水層時(shí)便產(chǎn)生翻漿冒泥。

每當(dāng)春季，凍結(jié)的土產(chǎn)生融化，由于土中的水侵入體的消融發(fā)生沉陷引起路基下沉。

2 路基產(chǎn)生凍害的基本因素

路基產(chǎn)生凍脹、下沉及翻漿冒泥的嚴(yán)重程度與路基土體的土質(zhì)、水分與溫度條件有關(guān)。

路基的凍害變形與土質(zhì)條件有直接關(guān)系。粗顆粒的砂礫土具有良好排水條件，很少產(chǎn)生水分遷移和聚冰作用，凍害變形一般較小。黏砂土若有地下水補(bǔ)給，則往往發(fā)生較嚴(yán)重的凍害。黏土則可能形成較大的凍脹和翻漿冒泥。

路基土體中的水分是形成路基凍害的決定性條件。研究表明，只有當(dāng)土中含水量超過(guò)一定的起始凍脹含水量時(shí)，才會(huì)發(fā)生凍脹。起始凍脹含水量的大小與土質(zhì)條件有關(guān)。土體在凍結(jié)過(guò)程中，由于水分的轉(zhuǎn)移及聚冰作用，使土中的含水量顯著增大。因此，當(dāng)春季融化時(shí)，土體甚至處于飽和狀態(tài)。由于土顆粒間水膜厚度增大，土粒間的摩擦阻力降低以致消失，使土的抗剪強(qiáng)度顯著減弱，在荷載作用下則造成下沉、翻漿冒泥等病害。有地下水或其他水源補(bǔ)給時(shí)路基凍害更嚴(yán)重。

氣候條件是形成路基凍害的另一個(gè)重要條件，氣候條件主要指氣候的冷熱、持續(xù)時(shí)間、降雨量、降雨持續(xù)時(shí)間等。氣候條件影響聚冰層的深度、分布。若聚冰層位于距路基頂面較深處，一般對(duì)路基的凍害影響較小。反之，若聚冰層距路基項(xiàng)面很近，位于表層，則凍害往往嚴(yán)重，且常引起嚴(yán)重的翻漿冒泥。

必須指出，荷載也與路基凍害有直接關(guān)系。特別是翻漿冒泥往往是以上諸因素共同作用的結(jié)果。

線路道床不潔、排水不良也會(huì)加劇路基的凍害，應(yīng)當(dāng)引起注意。

路基基床已經(jīng)存在變形時(shí)，各種道砟陷槽等都可能使凍害嚴(yán)重發(fā)展。在一定條件下，它還可能是形成路基凍害的主要原因。

3 防治路基凍害的幾種常用措施

3.1 換填法

對(duì)由于土質(zhì)不良而造成的路基凍害，且又有換填條件時(shí)，常廣泛使用換填法，以減弱或基本消除路基凍害。采用的換填材料主要為粗砂、礫石等非凍脹性材料或弱凍脹性材料。

換填法防治路基凍害的效果與換填的深度、換填材料的粉黏粒含量、換填材料的排水條件、地下水位及補(bǔ)給條件有關(guān)。

3.2 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法是指采用人工材料，改變土粒與水之間的相互作用，使土體在凍結(jié)時(shí)水分的轉(zhuǎn)移強(qiáng)度和冰點(diǎn)發(fā)生變化，減輕凍害的影響。

在路基土體中加入一定量的可溶性無(wú)機(jī)鹽，如氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀等，可使土粒表面水膜增厚，降低表面能和毛細(xì)作用，降低土的凍結(jié)溫度與水分轉(zhuǎn)移強(qiáng)度。一般可將鹽鋪在需防治凍害的地段，經(jīng)雨淋滲入地面，也可以在事先鉆好的淺孔中填入結(jié)晶鹽。

采用憎水性材料摻入填土中，可減少或消除地表水下滲、阻止地下水上升。使土體含水量降低，減弱路基凍害。常用的憎水性材料有重油、柴油、液態(tài)石油瀝青，液態(tài)煤焦油等石油產(chǎn)品，以及四甲基乙二胺溴化物、四甲基乙二胺氯化物、三甲基十八烷基氯化銨等化學(xué)表面活性劑。國(guó)外的研究還表明，采用土粒聚集或分散劑也可收到明顯的防凍效果。

物理化學(xué)方法防治路基凍害效果較好，簡(jiǎn)單易行，但其效果的持久性還待進(jìn)一步的進(jìn)究。

3.3 保溫法

在路基表層(頂面從側(cè)溝)設(shè)置保溫隔熱層，推遲土體凍結(jié)，提高土中溫度以減弱或消除路基凍害。

隔熱材料可采用聚苯乙烯泡沫塑料板、草皮、樹(shù)皮、爐渣、泡沫混凝土、玻璃纖維，以及其他一些合成材料。

3.4 排水隔水法

由于水是形成路基凍害各因素中關(guān)鍵性的條件。因此，控制土體中的水分，就可以削弱或消除路基的凍害。

排水隔水法的具體措施包括:降低地下水位，降低季節(jié)凍層范圍內(nèi)士體的含水量，隔斷外界水的補(bǔ)給來(lái)源，排除地表水及防止地表水的下滲等。

排水隔水法的工程設(shè)置主要有:路基排水槽(兼排地表水及地下水)，路基截水明溝，路基截水暗溝，排水盲溝，砂樁，透水性隔水層，不透水性隔水層等。

實(shí)踐表明，結(jié)合具體工程采用相應(yīng)的排水隔水方法是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的防凍害措施。

但是，必須指出，排水隔水方法必須選擇恰當(dāng)，否則會(huì)給工程帶來(lái)危害。

[1]李彰明.軟土地基加固的理論、設(shè)計(jì)與施工[M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

[2]重慶市建設(shè)委員會(huì).建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范(GB 50330-2002)[S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]中鐵第二集團(tuán)有限公司.鐵路路基施工規(guī)范(TB 10202-2002)[S］. 北京:中國(guó)鐵道出版社，2002.