淺談路基凍害及防治

舒繼偉

(河北路橋集團有限公司)

1 路基凍害變形

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

路基的凍脹是出于大氣溫度下降，使土體溫度達到土中水的冰點時，土中的凍融層即產生凍結。土體凍結時，由于土中孔隙水、外界水的補給及地下水補給的條件不同，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。

當路基土體在融化過程中存在下臥隔水層時便產生翻漿冒泥。

每當春季，凍結的土產生融化，由于土中的水侵入體的消融發生沉陷引起路基下沉。

2 路基產生凍害的基本因素

路基產生凍脹、下沉及翻漿冒泥的嚴重程度與路基土體的土質、水分與溫度條件有關。

路基的凍害變形與土質條件有直接關系。粗顆粒的砂礫土具有良好排水條件，很少產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給，則往往發生較嚴重的凍害。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，只有當土中含水量超過一定的起始凍脹含水量時，才會發生凍脹。起始凍脹含水量的大小與土質條件有關。土體在凍結過程中，由于水分的轉移及聚冰作用，使土中的含水量顯著增大。因此，當春季融化時，土體甚至處于飽和狀態。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給時路基凍害更嚴重。

氣候條件是形成路基凍害的另一個重要條件，氣候條件主要指氣候的冷熱、持續時間、降雨量、降雨持續時間等。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，一般對路基的凍害影響較小。反之，若聚冰層距路基項面很近，位于表層，則凍害往往嚴重，且常引起嚴重的翻漿冒泥。

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

線路道床不潔、排水不良也會加劇路基的凍害，應當引起注意。

路基基床已經存在變形時，各種道砟陷槽等都可能使凍害嚴重發展。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

對由于土質不良而造成的路基凍害，且又有換填條件時，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、地下水位及補給條件有關。

3.2 物理化學法

物理化學法是指采用人工材料，改變土粒與水之間的相互作用，使土體在凍結時水分的轉移強度和冰點發生變化，減輕凍害的影響。

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

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、液態石油瀝青，液態煤焦油等石油產品，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表面活性劑。國外的研究還表明，采用土粒聚集或分散劑也可收到明顯的防凍效果。

物理化學方法防治路基凍害效果較好，簡單易行，但其效果的持久性還待進一步的進究。

3.3 保溫法

在路基表層(頂面從側溝)設置保溫隔熱層，推遲土體凍結，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，降低季節凍層范圍內士體的含水量，隔斷外界水的補給來源，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。

實踐表明，結合具體工程采用相應的排水隔水方法是一種既經濟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，否則會給工程帶來危害。

[1]李彰明.軟土地基加固的理論、設計與施工[M］.北京:中國電力出版社，2006.

[2]重慶市建設委員會.建筑邊坡工程技術規范(GB 50330-2002)[S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

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