在寒冷地区防冻胀

在寒冷地区，铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等。由于土或岩石中产生的冻胀作用，常常使这些构造遭受较大的破坏。土所产生的冻胀引起道路的冻害。造成道路破损，因而影响车辆的通行，降低道路的使用寿命。 所谓的道路冻胀，主要是冬季在路基土中沿着温度的降低方向生成了冰晶体形状的霜柱，使路面产生隆起的一种现象。隧道侧墙的破坏主要由于土中霜柱的作用使土体沿冷却方向的横向产生冻胀，从而使隧道的侧壁，向冷空气侵入的隧道中心轴方向推移，因而沿着侧墙部分的水平方向产生了作用力。坡面上的冻胀作用是沿着垂直方向发生的。冻胀作用使道路产生的破坏状态在中央部分冻胀量最大，因而沿路面中心线的纵断方向上产生纵向裂缝。这种冻胀破坏与冬季期间道路除雪情况以及路面施工接缝情况有密切关系。施工时在路面中心如果有接缝，则接缝处水平方向的抗拉强度比路面其他部分要小。 冻胀现象已经成为道路产生破坏的一种形式。在春融期，由于路基土中冰晶体的融解，又成为土基或垫层承载力降低的原因。对砂石路，春融期间在荷载的作用下产生的翻浆现象，将会

使

道

路

出

现

严

重

病

害

。

为了防止上述的冻胀现象所引起的道路破坏，首先需要了解冻胀发生的机理，因此对引起道路冻害的一些因素，如土质、气温、土中水等要详细进行调查，特别是对防止道路等土木构造物产生冻胀作用采用的措施研究中，应注意易引起地基冻胀的土是否发生了冻结，因而确定土的冻结深度是非常必要的。另外，对道路附属构造物上部的填土是否会产生冻胀，也有必要进行确定。在那些寒冷地区，对冻结深度的确定及其深度范围土的冻胀可能性的判断都成

为

冻

胀

调

查

的

要

点

。

道路的冻害防止措施，当前主要采用置换法、隔温法及稳定土的处治方法等。一般情况下，所采取的措施从经济性、施工方便及可靠性方面考虑，主要采取非冻胀敏感的粒状材料置换冬季期间最大冻结深度约70%范围的置换法。但是，由于材质良好的置换材料造价较高，

因而采用了隔温法等一些特殊的防止措施。

在寒冷地区的道路路面设计与施工中，对已有路面的冻害破坏情况及影响因素详细调查的同时，对确定道路路面厚度有直接关系的当地冻深的确定和置换材料质量的评定都是不可缺少的

一

项

工

作

。

路面冻胀，是由于冻胀作用造成的路面破坏，主要由于路面产生了冻胀变形，而这种变形在道路横断面方向上是不均匀的。在路面中央冻胀变形量最大，因而在道路中线上出现较大裂缝。道路横断面方向出现不均匀冻胀的原因，主要是由于路肩附近路面有积雪堆积，使这部分路面结构在寒冷时期有隔温作用，而在路面中央部分，由于行驶汽车积雪需要清除，因而这部分路面上失去隔温作用。所以，这部分的冻结深度和冻胀量都要比路肩部分大，使路面产生弯曲拉应力，造成路面的破坏。在沥青混凝土路面中的这种破坏现象，由于和路面中央部分施工接缝一致，所以表现出在道路的纵断方向产生较大裂缝的特征。 另外，对土覆盖较浅的横向涵渠和管道，当回填材料为易引起冻胀的土时，由于涵管内壁受冷空气的作用，因而产生的冻胀变形比外侧的要大。由于涵管的冻胀在道路的横断面上路面出现了凸起产生了裂缝。这种现象，使冬季高速行驶的汽车产生了一定的危险性。 道路冻胀现象已成为路面的一种破坏形式，而到了春融期间，路基土中的霜柱融解而导致土基、垫层承载能力的下降。春融期，路基土中由霜柱构成的冰层从上部向下开始融化，其附近的土层处于饱和状态。特别是融解的水被未解冻的土层阻挡停留在保持冻结的土层上，很难向下渗透，尤其是当土中一次形成大量冻层时，土融解后，土的密实度减小，因而这部分土基的承载能力明显降低。如果道路处于这种状态，当大量的重车通过时，沥青混凝土面层或者水泥混凝土板下表面的拉应力增大，土基表面的垂直变形也要增加，当超过其极限值时，在轮迹处产生网状裂缝，随之路面下沉，遭到破坏。 在寒冷地区的道路，为了防治冻胀破坏的产生，对影响冻胀现象的主要因素，如土质、气温、

地下水、荷载等要进行调研，提出相应的防止措施。同时，根据冻胀调查，推算出地基的冻结1

深

度

，、

求

出

冻土

胀

量

。 质

在防止冻胀的措施方面，对土质的调查极其重要。进行土质调查时，在道路路线的适当间隔进行钻探，达到预想的冻深处。土质调查项目要包括各层土的粒度组成、密实度、含水量及比重情况等内容。如果在所修建道路的两侧，已修建了道路和铁路的情况，应了解在修建时的土质状况以及这些道路在使用中有无冻害情况。对有代表性的土质进行冻胀试验。 影响冻胀的主要因素是土质，目前对土的含水量、土颗粒的大小给予冻胀的影响作用也被重视起来了。冻胀破坏的程度大小与颗粒组成中的粉土，粘土含量有一定关系。含粉土、粘土成分少的砂砾、砂、碎石等，通过试验基本上不产生冻胀现象。 2

、

气

温

气温的调查，对确定道路冻胀现象有否可能发生，是很重要的。特别是计算地基的冻结深度更为必要。影响地基冻结深度的最重要因素是当地的地表温度。但在实际应用中，可以利用附3

近

气

、

象

观

测地

站

的

下

资

料

。 水

地下水位的调查，大部分是与土质调查工作同时进行。在冻胀现象中，地下水对水分的补给起着重要的作用。初期含水量大的土比含水量小的土，一般来说，冻胀量也大。 地下水位对地基产生的冻胀量有很大的影响。对颗粒较大的透水性较高的土，如果荷载作用力小到可以忽略不计时，冻胀量与距地下水位距离的平方成反比。同时，当地下水位在大于2米时，冻胀现象很小，或基本不发生冻胀现象。另外，接近地下水位的土质条件，对是否产4

生

冻、

胀

也荷

有

很

载

大

的

影压

响

。 力

路基土中所生成的霜柱，在不断发展的过程中，路面被抬高，产生了较大的冻胀力。当冻胀力超过了路面结构的抗拉强度，路面就会出现裂缝。 5

、

冻

结

深

度

和

冻

胀

量

路基冻结深度，随着土质、土中形成的霜柱情况、日照、积雪量等的不同，而有很大的差异。 除此之外，路面颜色、路面类型、地形及覆盖情况对冻深的大小也有很大的影响。 冻胀量是指冻结前后的地基表面的高低差值，大致等于地基产生霜柱的冰晶体厚度总和。道路的冻胀量的测定，根据在冻结前埋设的水准点作为标准，在路面上标出测定点，测定路面标

记

点

的

标

高

变

化

。

冻胀现象的产生要同时具备土质、温度、地下水三个因素的作用。因此，为了防止道路冻胀破坏作用的产生，只要消除这三个因素中的一个，就能达到防治的目的。防治道路冻胀的措施可以归纳为以下几类：①采用非冻胀材料换填冻胀土的“置换法”；②在路基中设置隔温层，提高冻胀土的温度，减少冻胀量的“隔温法”；③在冻胀土中掺入石灰和水泥，改变其冻胀性质；④降低冻结温度的“稳定处理法”。上述的这些措施中，目前主要采用置换法和隔1

温

法

，、

或

者

二置

者

配

合换

使

用

。 法

作为防治道路冻胀的置换法是采用非冻胀材料，换填部分冻胀性土，应用时主要确定采用何种

粗

颗

粒

材

料

，

置

换

到

何

种

深

度

的

问

题

。

采用置换法，根据实践和经济方面考虑，可以采用廉价的粗颗粒材料，置换深度约为最大冻深

的

70%

左

右

。

对置换法所采用的粗颗粒材料，要符合质量和规格方面的要求，同时，要求这种材料本身不能产生冻胀，这是必须保证的条件，什么样的材料是非冻胀性的材料？主要是根据室内冻胀试验来判断。一般来说，包括砂、砂砾、碎石等材料。

2、隔温法

为了防止道路的冻胀破坏，在采用隔温材料时，要选择传导率小的材料，才能有好的隔温性能。材料的隔温性能要持久，承载能力要高，耐水性好，并且应该经济廉价。比如聚苯乙烯薄

板

。

在道路路面中采用的隔温法，目的主要是控制冻结作用侵入到冻胀性路基土的深度。采用这种方法，要非常注意在隔温层上垫层的施工工艺问题。避免垫层材料和在机械压实过程中，对

隔

温

材

料

造

成

破

坏

。

关于寒冷地区，对道路路面防冻的调查研究，在此仅提出一点浅见，道路冻胀对我国北方的公路已经造成了一定的影响。因此，我们应该对道路冻胀进行深入的研究，提高其抗冻胀性能 渠 1

、

渠

道

冻

胀

机

理

道

冻

胀

处

理

方

式

的

选

择

[

编

辑

本

段

]

，

延

长

公

路

的

使

用

寿

命

和

年

限

。

渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，渠基土受冻体积膨胀必须具备

⑴

以寒

冷

气

下候

区

持

条续

的

负

件温

条

件

： ；

⑵土壤中自由水和毛细水的存在，并且有通畅的水分补给通道；

⑶土壤本身的物理力学性质，包括土的颗粒组成，矿物质成份等。 在以上三个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的的先决条件，也是必备条件。在整个浆胀破坏过程中，水是最活跃的因素

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