凍土地區路基翻漿的原因及防治措施

田永全

（中建新疆建工路橋工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830054）

通常凍土可分為季節性凍土、隔年凍土以及多年凍土。我國新疆地處亞歐大陸腹地，海拔較高，氣候干燥寒冷。在新疆地區進行公路工程建設時，凍土區比較常見，這就會給公路工程的施工帶來一定難度。尤其是路基凍脹、翻漿等病害的防治，是凍土區公路施工必須重點考慮的問題。本文主要對季節性凍土的凍脹機理進行探討，并對翻漿問題的防治措施進行深入研究，可為相關工程提供一定的參考與借鑒。

1 季節性凍土區路基的凍脹機理和影響因素

1.1 凍土區路基的凍脹翻漿機理

在我國西部的季節性凍土區，入冬以后大氣溫度會迅速下降，路基表面開始凍結，路基土孔隙內的自由水也會隨之凍結，從而形成冰晶體。隨著大氣溫度的不斷降低，凍結線會不斷向下推移，處在凍結線附近土中的水分也會被冰晶所吸附。這時該處土粒的結合水膜變薄，使得下部水膜較厚的薄膜水不斷向上堆移。同時地下的毛細水也會因為負溫壓的作用，向上移動進而形成一個聚冰層。當這個聚冰層達到一定厚度時，便會發生凍脹，使路基上抬或開裂。在春季氣溫回升后，路基土融化速度較快，但路基下部的凍結層融化速度相對緩慢，路基上部的水分由于不能及時排出去，便會聚集在路基土中，進而使公路面層上形成一塊塊濕潤斑，路基當中的水分長期排不出去，就會嚴重影響其強度和穩定性，加上公路行車的荷載作用，便會在濕潤斑處發展成濕軟、彈簧甚至翻漿病害。

1.2 凍土區路基凍脹的影響因素

1.2.1 土質

土質是路基凍脹問題的最大影響因素，通常如粉質土、粘性土等，比較容易產生翻漿病害。地基土是由大小不等的顆粒組成的，因此具有一定的分散性。土的分散性往往決定了凍結期的水分遷移情況和凍脹程度，這在以前的研究中已經被普遍證明。在分散性較高的土中，水膜厚度也較高，這非常有利于冰晶體的遷移和聚集，從而形成凍脹土。而如果土的分散性較低，水膜的厚度也相對較小，則會大大降低水分子向這些水膜移動的機率，所以凍脹性產生的機率也較低。

1.2.2 水分

雖然水質不同其凍脹的敏感度也不同，但是如果沒有一定的水分條件，就不可能發生凍脹問題，自然不會出現翻漿問題。在公路工程中路基中的水分含量往往受當地降水條件、地下水位、地表流水等因素的影響。當地基土在負溫作用下出現凍結現象，土的平衡狀態就會受到一定的干擾及破壞，這就必然會導致水分的遷移。而在已經冰結的土粒中，水分會不斷地向冷鋒面遷移，這也是由于溫度降低而引起的結晶現象。如果加上外來水源的補給，地基土中的冰層就會越集越厚，凍結溫度越高外來水形成冰晶體時間就會越長，所以冰夾層也就會越厚。

1.2.3 溫度

如果大氣溫度長年處在負溫以上，自然不會出現路基凍脹翻漿現象。只有當大氣溫度降低到負溫后，達到了水的凍結條件，才可能出現冰晶體析出現象。而凍結的深度變化又與負溫的時間長短有一定關系。負溫時間越長，其凍結深度就會越大，路基的凍脹量也就越大，形成翻漿的機率便越高。當凍結深度與冰凍指數條件不變時，凍結速度還與溫度梯度有關，這對凍脹和翻漿的影響也較大。當凍融的速度較快時，土基會快速融化，這樣會增加翻漿產生的機率，尤其是在冷暖交替期間，再伴有雨雪等天氣，便會增加翻漿病害的嚴重程度。

1.2.4 行車荷載

有的公路翻漿是在長期行車荷載作用下形成并逐步擴大的。行車荷載會使土層產生脫水壓縮固結，使路基內部的孔隙率減小，進而影響水分遷移的速度，路基就會產生翻漿病害。當水、土、溫度等其他翻漿條件具備以后，交通量越大、車輛荷載也越大，翻漿變越嚴重。

綜合上述分析，公路路基翻漿是在土、水、溫度以及行車荷載的綜合作用下產生的。但在一定的條件下，其中的某一種因素會成為翻漿的主要因素。

2 凍土區路基凍脹翻漿的防治措施

2.1 做好施工調查、檢查工作

路基施工時必須對凍脹土路基進行調查，復核路基填挖高度、土質及天然含水量、冰凍條件及填筑材料等，同時與設計資料相認證。在凍脹土路基施工中要經常檢查凍害狀況，如果發現凍脹、軟彈、變形、縱橫向裂縫及翻漿等，應查明原因并采取有效處治措施。在路面結構層鋪筑之前，應該對路基因凍脹造成的強度不足或變形過大等問題查明原因，在經過必要處理后方可進行路面結構的鋪筑。

2.2 提高路基的填土高度

提高路基填土高度通常是一種較為方便的防凍脹翻漿的措施，這種方法也比較經濟實用。同時也能增強路基路面的強度和穩定性。路基高度的提高也降低了路基邊緣與地下水或地面水位接觸的機率，從而有效避免了在凍結過程中，水分向路基上部遷移情況的發生，使凍脹程度減弱，也有效預防了路基翻漿病害的產生。

2.3 提高路基的壓實度

試驗證明，當路基的壓實度在80%～90%時，路基土凍脹率最大，這是由于此時的毛細水上升的高度較高。而當壓實度達到90%以上時，土體中的孔隙會變小，但由粉質土所組成的土體孔隙主要以弱結合水存在，基本上會阻斷毛細水的上升，地表水也很難滲透下來，于是能夠有效減少路基中水分的聚冰現象。因此，必須保證路基的壓實度，尤其在路基填挖交界處基底應充分壓實，同時還應該根據填方及挖方段不同的凍脹量設置楔形過渡段，使挖方終點凍脹量與填方段凍脹量相一致。

2.4 合理選擇路基填料

路基填料的合理選擇是避免其凍害問題的重要途徑。季節性凍土區路基填料的選擇，應該綜合考慮路基高度、干濕類型、容許總凍脹值以及路面的形式等。對地基土進行挖除換填時，其深度誤差應不大于5%。換填粗顆粒材料粒徑小于0.075mm的含量不應大于10%；換填土必須做到粒料均勻，結合料摻拌均勻，厚度一致，排水良好，壓實度達到要求。季節性凍土地區石質挖方、零填路段超挖和清除軟層后的凸凹面，嚴禁用挖方料和未經穩定處理的混合料回填找平。應先將巖面凸出部分鑿平，超挖部分坑槽用貧水泥混凝土澆平，然后整平，并與基層一起施工。

2.5 加強路基排水

凍脹翻漿的過程也就是水在路基中遷移和相變的過程，由于路基附近的地表積水和地下水是路基出現凍脹和翻漿問題的主要因素。所以解決這一問題的最有效辦法就是，采用各種排水措施，做好施工階段排水和永久性排水工作。從而減少水分在路基當中的聚積和毛細水的補給，以保持路基土的干燥狀態；路槽排水通常可采用砂墊層或橫向盲溝等措施，砂墊層可以起到排水、蓄水的作用，以減輕路面的凍脹破壞。在公路的縱坡小于3%的路段，路面基層采用透水性材料時，應該在路槽下設置上橫向的盲溝。

3 結語

除了采用以上的防治措施外，在重凍區還可考慮鋪設一定厚度的隔溫層，來減少路基的凍脹及翻漿破壞。總之，在凍土區公路工程中，應該綜合考慮路基的凍脹及翻漿機理，分析其影響因素，從而采取積極有效的措施來提高路基的抗凍脹性能，減少翻漿病害的產生。

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