浅谈路基冻害及防治

2013-08-15舒继伟

黑龙江交通科技 2013年3期

关键词：含水量土体水分

舒继伟

(河北路桥集团有限公司)

1 路基冻害变形

我国东北、华北和西北地区广泛分布着季节冻土。季节冻土的土层存在着一层冬冻春融的土层。季节冻土地区路基的冻害变形表现为冻胀、融化下沉及翻浆冒泥。

路基的冻胀是出于大气温度下降，使土体温度达到土中水的冰点时，土中的冻融层即产生冻结。土体冻结时，由于土中孔隙水、外界水的补给及地下水补给的条件不同，水的冰晶形成多晶体、透镜体和冰夹层等不同形式，使土的体积增大，引起路基冻胀。

当路基土体在融化过程中存在下卧隔水层时便产生翻浆冒泥。

每当春季，冻结的土产生融化，由于土中的水侵入体的消融发生沉陷引起路基下沉。

2 路基产生冻害的基本因素

路基产生冻胀、下沉及翻浆冒泥的严重程度与路基土体的土质、水分与温度条件有关。

路基的冻害变形与土质条件有直接关系。粗颗粒的砂砾土具有良好排水条件，很少产生水分迁移和聚冰作用，冻害变形一般较小。黏砂土若有地下水补给，则往往发生较严重的冻害。黏土则可能形成较大的冻胀和翻浆冒泥。

路基土体中的水分是形成路基冻害的决定性条件。研究表明，只有当土中含水量超过一定的起始冻胀含水量时，才会发生冻胀。起始冻胀含水量的大小与土质条件有关。土体在冻结过程中，由于水分的转移及聚冰作用，使土中的含水量显著增大。因此，当春季融化时，土体甚至处于饱和状态。由于土颗粒间水膜厚度增大，土粒间的摩擦阻力降低以致消失，使土的抗剪强度显著减弱，在荷载作用下则造成下沉、翻浆冒泥等病害。有地下水或其他水源补给时路基冻害更严重。

气候条件是形成路基冻害的另一个重要条件，气候条件主要指气候的冷热、持续时间、降雨量、降雨持续时间等。气候条件影响聚冰层的深度、分布。若聚冰层位于距路基顶面较深处，一般对路基的冻害影响较小。反之，若聚冰层距路基项面很近，位于表层，则冻害往往严重，且常引起严重的翻浆冒泥。

必须指出，荷载也与路基冻害有直接关系。特别是翻浆冒泥往往是以上诸因素共同作用的结果。

线路道床不洁、排水不良也会加剧路基的冻害，应当引起注意。

路基基床已经存在变形时，各种道砟陷槽等都可能使冻害严重发展。在一定条件下，它还可能是形成路基冻害的主要原因。

3 防治路基冻害的几种常用措施

3.1 换填法

对由于土质不良而造成的路基冻害，且又有换填条件时，常广泛使用换填法，以减弱或基本消除路基冻害。采用的换填材料主要为粗砂、砾石等非冻胀性材料或弱冻胀性材料。

换填法防治路基冻害的效果与换填的深度、换填材料的粉黏粒含量、换填材料的排水条件、地下水位及补给条件有关。

3.2 物理化学法

物理化学法是指采用人工材料，改变土粒与水之间的相互作用，使土体在冻结时水分的转移强度和冰点发生变化，减轻冻害的影响。

在路基土体中加入一定量的可溶性无机盐，如氯化钠、氯化钙、氯化钾等，可使土粒表面水膜增厚，降低表面能和毛细作用，降低土的冻结温度与水分转移强度。一般可将盐铺在需防治冻害的地段，经雨淋渗入地面，也可以在事先钻好的浅孔中填入结晶盐。

采用憎水性材料掺入填土中，可减少或消除地表水下渗、阻止地下水上升。使土体含水量降低，减弱路基冻害。常用的憎水性材料有重油、柴油、液态石油沥青，液态煤焦油等石油产品，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铵等化学表面活性剂。国外的研究还表明，采用土粒聚集或分散剂也可收到明显的防冻效果。

物理化学方法防治路基冻害效果较好，简单易行，但其效果的持久性还待进一步的进究。