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摘 要：在高海拔地区的道路施工过程中，冻土问题一直是施工中的难点所在，文章就多年冻土地区的两种公路病害（冻胀和翻浆）进行了分析，并提出了相应的解决措施。
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关键词：冻土 路基施工 危害和解决措施
一、引言
随着我国公路建设的迅速发展，高海拔冻土地区的公路建设也日渐受到了人们的重视。对冻土路基的病害分析，从中找出病害的原因所在，对症下药，解决困扰路基处理中的难题将对公路建设有着十分重要的意义。
二、冻土地区的路基病害
在高海拔冻土地区的道路危害主要是冻胀和翻浆：
（一）冻胀：在有冻胀性土的路段，在冬季负气温作用下，当有水分供给时，水分连续地向上聚流，并在路基的顶部形成冰透镜体和冰夹层，从而引起路面不均匀隆起，致使柔性路面开裂，刚性路面折断或错逢的现象称冻胀。
冻胀性土的分类，通常是在土质分类的基础上，按强弱登记可将冻胀性土分为以下四类：轻冻胀、冻胀、重冻胀、特重冻胀。
（二）翻浆：在有冻胀性土的路段，在冬季负气温作用下，水分连续向上聚流、冻结成冰，致使在春融期间地基中的土含水过多，路基强度急剧下降，在行车荷载的作用下路面发生裂缝、鼓包、冒泥等现象称为翻浆。
翻浆分类，根据水分来源导致的翻浆可将其分为以下五类：地面水类、地下水类、气态水类、土体水类、混合水类。根据翻浆高峰时的路面变形程度，可将翻浆路段分为三级：轻型、中型、重型。
三、影响冻胀与翻浆的因素
公路的冻胀与翻浆是在多种因素的综合作用下结果。土质、温度、水和路面是影响冻胀的四个主要因素，此外还有行车荷载的影响。在诸多的因素中，土质、温度和水是冻胀和翻浆形成的三个基本条件。
（一）土质因素
土质可分为粉质土、粉质粘土、砂质土；其中粉质土具有很强的冻胀性，非常容易形成翻浆。这种类型的土的毛细水上升速度较快且上升水位较高，在负温度的作用下水分容易迁移，若在水源供给充足的情况下能形成特别严重的冻胀，而且在春融时期由于承载能力的急剧下降，也特别容易形成翻浆。
粉质粘土的毛细水上升虽高，但速度慢，在水源供给充足且冻结速度较慢的情况下，才会形成比较严重的冻胀和翻浆。当粉质土和粉质粘土含有较多的易溶盐和较多的腐植质时，更易形成冻胀和翻浆。一般情况下砂质土不易形成冻胀和翻浆，因其毛细水聚冰少、上升高度小，且在水分充足时也能保持一定的强度，但若砂质土中粉粘粒含量较多时，也能形成冻胀和翻浆。
（二）温度
温度是形成冻胀和翻浆的重要因素，只有在一定的冰冻指数或冻结深度下才能形成冻胀和翻浆，而在冰冻指数和冻结深度相同的条件下，负温作用的特点和冻结速度是影响冻胀和翻浆形成的重要因素，如在初冬季节或冷暖交替变化较频繁时，气温在0℃左右停留的时间较长，则冻结线停留在土基的上部，致使大量水分聚流至离地面较近的地方，从而形成比较严重的冻胀和翻浆，反之，若温度一开始就很低，则冻结线下降很快，水分不能向上迁移，则在土基的上部聚冰较少，冻胀和翻浆的现象就比较的轻。此外，春融期间的气温变化和解冻速度对翻浆也有影响。如在解冻时，天气急剧变暖，土基融化速度过快，则会形成较严重的翻浆。
（三）水
水分是影响冻胀与翻浆的重要因素，冻胀与翻浆的过程，其实质上是水在路基中迁移渐变的过程。路基的地表积水及较浅的地下水所提供的充分水源是形成冻胀和翻浆的重要条件。雨水和灌溉都会使路基的含水量增加，导致地下水位升高，从而形成了冻胀与翻浆。
（四）路面
冻胀与翻浆和路面有着密切的关系，冻胀和翻浆的现象都是由路面的破坏变形而表现出来的，路面的类型对冻胀与翻浆同样有着影响，如在潮湿土的地基上铺筑沥青路面，水分不能从沥青路表面通畅的蒸发，只是水分的聚集，聚冰量加大，从而引起冻胀和翻浆，同时路面的厚度也有着影响，厚度大的路面可减轻冻胀，或避免翻浆。
（五）行车荷载
路面的翻浆是在形成荷载的作用下最后引发的，即使路基有冻胀，春融时水分充足，若无荷载的作用，是不会形成翻浆的，因此在其他条件相同的情况下，交通量越大，车越重，翻浆也将越严重。
四、施工中防治冻胀与翻浆的措施
路面的冻胀和翻浆对道路造成了很大的破坏，在对冻土区进行路基施工时，如何有效的解决这些问题是路基施工中的重中之重，在上述的因素分析中，在施工中根据成因分析提出了以下几点解决措施：
（一）做好路基排水
良好的路基排水系统可以有效地防止地表水或地下水侵入至地基中，使路基土保持干燥，从而减少冻结过程中的水分来源。路基范围内的地下水、地表水都应通过排水系统快速的引出路基，防止水浸渍路基，因此在路基施工前一定要注重排水沟渠的设计，是排水沟渠和桥涵形成一个完整的排水系统。
（二）提高路基填土高度
提高路基填土高度是冻土区路基施工中最为常用的一项措施，因其简便易行，效果明显，经济实用；同时提高路基填土还能保证路面的强度和稳定性，有利于减薄路面，控制造价。
提高路基填土高度，使得路基边缘和地下水之间的距离增大，减小了在冻结过程中水分向路基上部的水量，减弱冻胀和翻浆的程度。
（三）设置隔离层
设置隔离层地目的是为了防止水分在冻结过程中上升至路基上部，减少路基的聚冰，保持土基的干燥，从而起到防治冻胀与翻浆的作用。
（四）倾填片石
高海拔多年冻土区倾填片石通风的路基施工技术，使片石有足够大的孔隙度，减少了基底的冻胀及融沉变形，有效地保证了公路路基的稳定性。同时，片石块径大小合适、填筑厚度适当时，具有明显的热开关作用，能够有效降低基底的温度，防止路基阳坡侧出现纵向裂缝及滑坍。
倾填片石是解决冻土问题上的一种新的施工工艺，在施工过程中需要注意以下问题：
1.选料：选料是控制片石质量的关键。施工中，技术人员严格控制工艺流程。路拱填料用砂质土，最小厚度控制在30cm。施工者把石料的挑选前移到了采石场，采用小洞室爆破，对片石的粒径进行初步控制。在采石场工作面设置筛分台，采用挖掘机进行初选，大于30cm的片石采用冲击气锤分解，小于10cm的石块用于找平片石层顶面。
2.工序要求：施工中，技术人员采用后倾法填筑片石，人工配合挖掘机进行倾填片石层边坡整形，边卸车边整理，按顺序一次成型。填筑时，先根据片石层厚度及宽度等计算填石数量，在土路拱表面用白灰画出方格网，按方格网卸料。采用插钢筋挂线方法，控制片石层厚度。片石层顶面坡度应与路拱顶面一致。片石填筑采用先底后高、先两侧后中央、水平不分层的填筑方法。及时清理少量不合格大片石。小石块用于顶面找平，大石块人工改锤。为保证片石顶面平整，防止堵塞片石空隙，在片石倾填过程中，及时采用粒径为5～10cm的小石块将顶面找平，并堵住空隙，以防止碎砾石漏入片石空隙。
（五）热棒技术
温度是冻胀和翻浆形成的重要因素，热棒在施工中的应用也是解决冻土问题中的一项新的技术，它主要是改变温度的效应，从而达到有效控制冻胀和翻浆形成的目的。热棒由冷凝段和蒸发段组成，两者通过对热流的控制可以起到以下作用：
1.有效的降低地基温度，从而防止多年冻土的融化；
2.冻土的强度是负温度的函数，热棒可以减低冻土的温度，从而提高地基冻土的强度（冻结、抗压、抗剪强度）。同时热棒也能冷却地基土体，防止了冻土的退化；
3.热棒的径向冻结效果阻止了冰透晶体的形成，从而减小了基础冻胀。
热棒在施工完成后，无需对其施加外动力，它的启动由外部温差来控制，启动温差较小，其工作寿命长，构件不易损坏，也无需对其进行日常维护。因此，热棒可以作为一种新的冻土路基解决技术运用在工程之中。
五、 结束语
冻胀和翻浆是高海拔地区冻土路基的主要病害，在公路建设日渐迅速的今天，高寒地区的冻土问题已在实际的工程中得到了有效的解决，新的施工工艺和解决措施也相继推出，科学地分析冻土路基病害原理，有针对性的提出相关措施，将促使着我国公路建设不断向前发展。
参考文献
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[2]吴紫汪,程国栋.冻土路基工程[M].兰州:兰州大学出版社,1998.
[3]李闯新,王建立.多年冻土地区公路路基病害及对策[J].山西建
筑,2011,31(12):31-32 . |
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发表于 2018-7-16 18:09:42