多年凍土區(qū)路基病害成因及處置技術(shù)

落桑 慈成

西藏自治區(qū)交通勘察設(shè)計(jì)研究院

多年凍土區(qū)路基病害成因及處置技術(shù)

落桑 慈成

西藏自治區(qū)交通勘察設(shè)計(jì)研究院

本文通過對(duì)路基凍害成因及形成過程的探究提出了相應(yīng)路基加固和養(yǎng)護(hù)方式。主要有針對(duì)凍脹病害的物理化學(xué)加固法，保溫法和針對(duì)凍融沉陷病害的排隔水法和增強(qiáng)建筑物剛度以達(dá)到抵抗凍融變形能力的方法。

凍脹；凍融；物理化學(xué)加固法；保溫法；排隔水法

1 引言

高寒地區(qū)存在大量的道路凍害，主要表現(xiàn)為凍脹、融沉、翻漿冒泥、開裂等。這些道路凍害嚴(yán)重地制約了當(dāng)?shù)氐缆返恼＿\(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。其中主要問題有凍融沉陷，路基凍脹?，F(xiàn)解決技術(shù)多不完善造成病害處治不當(dāng)后出現(xiàn)再次破壞或產(chǎn)生新的病害。故需要新的處治技術(shù)和養(yǎng)護(hù)方式以達(dá)到減緩病害發(fā)展速度和損害規(guī)模的目標(biāo)。

2 土體的凍脹性實(shí)驗(yàn)研究

2.1 不同含水率的土體凍脹試驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)步驟。a.制備相應(yīng)含水率的土樣，將配置好的土樣密封防止12小時(shí)以上，以使土樣含水率均勻分布。b.擊實(shí)所需壓實(shí)系數(shù)土樣試件。首先根據(jù)TB10102-2004《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行中型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)2]。c.凍結(jié)控制土樣溫度緩慢下降，每小時(shí)下降兩度，直至負(fù)十六度，記錄每小時(shí)凍脹情況。d.計(jì)算凍脹率。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，這次實(shí)驗(yàn)共做了六組不同含水率的凍脹實(shí)驗(yàn)，最大含水率為21%，最小含水率為13.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

13.5 0.11編號(hào)含水率%凍脹率%1 2 3 4 5 6 21 2.49 19.5 1.97 18 1.58 16.5 0.79 15 0.14

通過對(duì)表1.1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知土體的凍脹率和含水率成正相關(guān)，符合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。對(duì)于15%含水率以下的土體凍脹率很小，對(duì)土基的不利影響也較小。

2.2 不同含鹽量下的土體凍脹實(shí)驗(yàn)

通過對(duì)在固定含水率不同含鹽量的凍結(jié)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出土樣含鹽量和凍脹率的關(guān)系，以得到人工鹽漬化土壤整治凍害的依據(jù)。

（1）實(shí)驗(yàn)步驟。a.根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y料得到土樣的初始鹽漬度。再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配置19.5%和16.5%兩類含水率的土樣試件。首先將計(jì)算好的鹽加入水中并使其充分溶解，然后將含鹽水均勻加入烘干后的土樣。b.擊實(shí)，制備所需壓實(shí)系數(shù)的試件。c.控制土樣溫度緩慢下降，每小時(shí)下降兩度，直至負(fù)十六度，記錄每小時(shí)凍脹情況。d.計(jì)算凍脹率。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。此次實(shí)驗(yàn)分別選擇含水率為16.5%和19.5%兩種土樣，制作不同鹽漬度的土體試件進(jìn)行凍脹實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同含水率下的土體凍脹率

通過表1.2的數(shù)據(jù)可以看出含水率一定的情況下，加鹽后的凍脹率隨土體含鹽量增加凍脹率明顯減小。當(dāng)鹽漬度為1.5%時(shí)土體凍脹率已經(jīng)很小。鹽漬度相等情況下，土體凍脹率和鹽漬度成正相關(guān)，這些結(jié)果為用土壤適度鹽漬化整治凍土病害提供了依據(jù)。

3 路基凍害防治措施

前文分析并驗(yàn)證了土基產(chǎn)生凍害的條件和影響因素，即當(dāng)?shù)貧鉁貤l件，土中含水量和含鹽量對(duì)其有重要影響。如果能消弱其中一個(gè)或幾個(gè)因素，就能減弱土基的凍害程度，其中主要措施有物理化學(xué)法，保溫法和排隔水法等。

3.1 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法一般有人工鹽漬化土壤。人工鹽漬化是指向土體中加入適量氯化鈉，氯化鉀和氯化鈣等可溶性無機(jī)鹽。加入可溶性無機(jī)鹽后可使鹽溶液凍結(jié)溫度在一定范圍內(nèi)隨著溶液溫度的增加而降低。其原理是土壤中電解質(zhì)增加使得土粒表面水膜厚度增加，粒子之間凝固抑制了毛細(xì)作用從而減少了土壤中水分遷移，降低了凍結(jié)溫度。

3.2 保溫法

保溫法是在路基底部和四周設(shè)置隔熱層以加大土體的熱阻，這樣使可以土基在結(jié)冰期溫度不會(huì)驟降，可以推遲土體的凍結(jié)，降低凍結(jié)深度，進(jìn)而達(dá)到防凍脹的目的[4]。

3.3 排隔水法

水分是產(chǎn)生凍脹的決定性因素，可以通過控制土體中的含水量來減弱土基的凍脹。

排隔水法就是采取一定手段來減小凍土層范圍內(nèi)土體含水量。一般為降低地下水水位，排除地表水和隔斷外來水的補(bǔ)給。在具體施工中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形，地質(zhì)和運(yùn)行條件來采取相應(yīng)的排隔水措施。排隔水法造價(jià)低，施工簡(jiǎn)便，對(duì)行車正常運(yùn)營(yíng)影響較小，因此是防治土基凍害的首選措施。

4 結(jié)論

（1）影路基凍脹的主要因素有溫度，含水率和含鹽量。

（2）土體凍脹量和土中鹽漬度呈負(fù)相關(guān)，可通過人工鹽漬化來防治路基凍害，但對(duì)于其注鹽量必須嚴(yán)格控制，因?yàn)樽Ⅺ}量如果過大，會(huì)引起土體的強(qiáng)度降低，這樣不僅達(dá)不到預(yù)期的防治效果，還會(huì)帶來新的病害，所以每次的注鹽量要盡量精確計(jì)算并且不宜過多，鹽漬度不宜大于1.5%。

（3）土體凍脹量與凍融變形和土中含水率呈正相關(guān)，因此直接或間接減少土基中的含水率對(duì)路基凍害起決定性作用，要保證路基的排水通暢與良好的隔水性能。

[1] 王俏.高寒地區(qū)道路凍脹影響因素分析與防治措施[J].交通科技,2008(1):79～81

[2] TB 10102—2004.鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社.

[3] 倪鐵山.季凍區(qū)鐵路路基凍害原因分析與整治措施研究長(zhǎng)安大學(xué),2009.

[4] 毛成琦.多年凍土區(qū)路基主動(dòng)降溫措施淺議[J].山西交通科技,2013(4):34～36.