【正文】 道路不均勻凍脹淺析 [J].北方交通 20xx（ 2） 28～ 29 [18]戚大偉 防止道路凍脹翻漿措施研究 [J].工程技術 20xx（ 9） 227 [19]徐寶棟，史立明 淺談道路凍脹成因及防治措施 [J].黑龍江交通科技 20xx（ 2） 20 [20]交通部第二公路勘察設計院 .公路設計手冊（路基） [M].第三版北京：人民交通出版社， ～ 65 道路凍脹翻漿的成因與處理方法 30 [21]張萬壽，李玉璋 我省東部農業(yè)區(qū)道路凍脹翻漿機理及防治 [J].青海科技， 20xx（ 4）80～ 83 [22]張宏紅，侯金橋 嚴寒地區(qū)道路凍脹的原因解析及防治措施 [J].20xx（ 26） 148 [23]南京工學院 .公路路面 [M].第二版 .北京： ～ 30 [24]交通部交通科學院，遼寧省交 通萬科學研究所 砂墊層防治道路翻漿 [J].公路，1965 26～ 36 [25]交通部交通科學院，遼寧省交通萬科學研究所 石灰土對防治道路翻漿的作用 [J].公路， 1965 21～ 24 道路凍脹翻漿的成因與處理方法 31 致 謝 本論文是我在我的導師王莉教授的悉心指導下完成的。由此可以說明泡沫隔溫板具有極強的防水性能和抗壓性能，鋪設泡沫隔溫板可以很好地防治道路凍脹翻漿的產生。 草甸土是由未腐爛的草根相互交錯而成的，吸水能力特別強，此地區(qū)土質屬于極不良土質層。原來的道路凍脹翻漿得到了較好的處理。從而可以有效地防治道路凍脹翻漿的產生。石灰土在上凍前、結凍期和春融 期的含水量、密實度變化均不大。為防治道路凍脹翻漿的產生，處理方法為：在路基右側的排水溝下設置縱向排水滲溝，排水滲溝內填充洗凈的大塊卵石排水層，大塊卵石外包裹無紡土工織布，土工織布外左側設置 米厚的粗砂墊層，道路右側設置 米厚的小礫石過濾層。從而有效地防治道路凍脹翻漿的產生。 工程實例 ： 哈爾濱市十道街的 第二段和第三段都屬于地下水位很高的第 I 地帶類型，用設置砂墊層起到蓄水的作用從而起到防治道路凍脹翻漿的目的。防凍層材料應該選用冰凍穩(wěn)定性能比較好的粗砂、砂礫、礦渣、煤渣等材料。路基地下水位要以最大凍深時的地下水位為準，不可以按凍深前的地下水位考慮，凍結前的地下水位變化比較大，不容易掌握。在道路凍脹翻漿較為嚴重的地帶，應該做好路槽排水，通常采用砂墊層和橫向盲溝等措施。因此，大大降低了毛細水的上升高度，在最佳含水量時壓實到最大密實度的土基毛細現(xiàn)象極為不明顯， [17]可以認為實際上不會發(fā)生毛細水的上升。因此，解決排水問題是防治道路凍脹翻漿非常有效的方法。這三個主要因素的作用。 道路凍脹翻漿的影響因素很多，較敏感的土質、過多的水分及水分補給、過低的溫度和過大的行車荷載等都可引起道路的凍脹和翻漿。 道路的凍脹與翻漿的影響因素也基本一致，但道路翻漿的影響因素中，行車荷載的影響作用至關重要，道路的翻漿是通過行車荷載的作用最后形成和暴露出來的。相反的話， 道路凍脹翻漿的成因與處理方法 17 如果道路的凍脹較小或不發(fā)生道路凍脹的路段，土基中的聚冰就比較少。一般來說，蒸發(fā)量比較大的潮濕路基比蒸發(fā)量小的潮濕路基的翻漿程度要輕一些。 行車荷載 道路的翻漿是通過行車荷載的作用，最后才會形成和暴露出來的。 水 水是造成道路翻漿最根本的原因。這樣，上部融化 后，產生的大量水無法排解或下滲，加上粉土、粘土等細粒土排水能力特別的差，導致已經融化的土層中含水量大大的增加，使土層處于飽和狀態(tài)，致使土體軟化，路基強度大大降低（如圖 211 所示）。還有路基附近的淺地下水、地表積水、河流以及灌溉水等不斷地滲入，都會造成地下水位的增加，導致土基凍結過程中有大量的水分轉移和改變，這就為道路凍脹和翻漿創(chuàng)造了很好的條件。所以，在飽和水分和不斷地冰凍降溫的共同作用下，冰凍區(qū)的凍結區(qū)域就不斷增大。這時就會產生十分強烈的道路凍脹現(xiàn)象。因為如果冬季一開始溫度突然下降，凍結線下降的特別快，土體中的水分還來不及遷移，就在原地凍結成冰，土體中的毛細管道也被形成的冰晶體堵塞。同時，土顆粒比較細，其表面能就比較大，土顆粒中的礦物成分親水性就比較強，能保持較多的結合水，從而能使大量的結合水遷移和積聚。這時土體體積就會增大、膨脹、地面鼓包，土體的凍脹就由此產生了。 圖 26 路基水分遷移和成冰圖 在冰晶體的不斷增長引起土顆粒間距增大與土顆粒位移的過程中，外界的水流侵入冰晶體，產生所謂的“冰劈”作用，就會使凍土體產生層理，形成厚度不均勻的聚冰帶。就是因為這樣不停地反復，使毛細管內的水柱不斷 地上升，直到升高的水柱重力和水分子與管壁之間的引力產生的上舉力平衡為止。像 這種細微孔隙中的水就被稱為毛細水。 道路凍脹機理 及影響因素 道路凍脹機理 凍脹可分為原位凍脹和分凝凍脹兩類。本章通過對道路凍脹翻漿成因的進行分析，希望能為工程技術人員提供處理該病害的技術支持。 70 年代中期到 90 年代，由于經濟建設的飛速發(fā)展，使得道路建設與 道路凍脹翻漿的成因與處理方法 5 科研工作都上了一個新的臺階，先進的科技手段和科研設備使研究工作更加細致和深入，在理論和實踐方面都有了突飛猛進的發(fā)展。 1973 年，前蘇聯(lián)學者崔托維奇 《凍土力學》一書的出版，標志著凍土研究進入了一個嶄新 的發(fā)展階段。 80 年代至 90 年時代，主要進行了我國凍土的分布填圖、凍土工程和凍土勘測等。 1963 年第一屆國際凍土大會（ ICOP0)的召開，標志著關于凍土的研究進入了嶄新的階段。十九世紀中前期，人們就初步獲得了關于西伯利 亞凍土層的厚度、溫度、分布情況和埋藏條件的資料。這些道路病害不僅會降低或破壞路面的平穩(wěn)度，影響行車的安全和車輛的正常通行，還會極大地縮短道路的使用壽命。 圖 11 中國凍土的分布 在凍土地區(qū)，由于土中水的凍結和融化，常會發(fā)生一些奇特的凍土現(xiàn)象。水分遷移 II Abstract Frothing road frost is permafrost region 39。 道路凍脹翻漿產生的實質是水在路基土中的遷移和相變的過程。對凍土地區(qū)的公路設計、施工、養(yǎng)護具有指導意義。 [1] 我國是世界上第三大凍土大國，多年凍土和季節(jié)性凍土的面積約占中國陸地總面積的 70%。 [3]路基會產生非常不均勻的凍脹現(xiàn)象，會引起路基變形和開裂，會導致路面開裂。 國內外凍土研究概況 凍土研究概況 國外凍土研究概況 凍土的研究開始于十六世紀，關于凍土的研究是在凍土區(qū)在經濟發(fā)展的生產實踐中產生和發(fā)展起來的。其中，1927 年 《蘇聯(lián)境內永久凍結土壤》的出版標志著凍土學已成為一門獨立的學科。 道路凍脹翻漿的成因與處理方法 4 19631964 年，中國建立了世界上海拔最高（ 4950m)的凍土長年觀測站。 1885 年，俄羅斯學者斯圖金伯格提出了“凍土水分遷移假說”。 國內研究概況 從 20 世紀 50 年代末期，我國開始對凍脹進行研究，經過半個多世紀凍土研究工作者的努力，在凍脹研究領域取得了豐碩的成果。 在 20xx 年第八屆國際凍土大會上，我國凍土專家程國棟院士提出了保護鐵路路基穩(wěn)定性的工程措施。并且，冰凍區(qū)的細粒土排水能力十分的差，融解的水被未解凍土層阻擋，很難繼續(xù)向下滲透，導致密實度大大 減減小。因此，路基土凍脹的機制為毛細水和薄膜水遷移引起的土體凍脹。當毛細管的直徑比較細的時候，毛細管內水面的彎曲面就會互相連接，便會形成內凹的彎液面形狀，這種內凹的液面可以說明，管壁和液體之間是相互吸引的。 冰晶體的增長與聚冰帶的形成 冰晶體形成后，靠著冰晶體及土顆粒的吸引力把附近的水分子吸引到自身的表面，便會構成一層水膜，新的冰晶體又會首先從這里產生。這樣的凍結過程就會形成凍土中的聚冰帶分層分布的特點。但在低分散性的土中，水膜厚度比較小，所以 水分子向這些水膜處的移動性能就大大降低，所以土 體的凍脹強度就很小。持續(xù)且緩慢的負溫度是道路形成凍脹的主要條件。 經過較長時間的冰晶體的積聚和水分遷移，就會發(fā)生比較強烈的道路凍脹現(xiàn)象。因為城市道路路面的排水不通暢，路面常年積水，積水會滲入路基。 道路翻漿機理 及其影響因素 道路翻漿機理 道路翻漿的實質是水在路基土層中轉移和變化的過程。冬季，路基凍脹導致道路開裂、變形；到了春天，氣溫開始回升，溫度逐漸升高，地表的土層開始解凍。像粘性土、粉質土具有毛細水上升高、上升速度較快和透氣性小的特征，在負溫的作用下更適宜水分在土體中遷移和積聚，從而形成“聚冰層”和“冰夾層”。在初冬氣溫較高或者冷暖交替出現(xiàn)比較頻繁時，使凍結速度比較緩慢，如果溫度在初冬低溫停留時間較長時，就會造成大量水分積聚到路面較淺的凍結鋒面處凍結，形成比較嚴重的道路翻漿現(xiàn)象；反之，冬季開始溫度驟降，溫差較大，則水分來不及向上層轉移，路基土體中的水就凍結了，這時在路 面下較近處聚冰不太多，道路翻漿較輕或就不會發(fā)生翻漿現(xiàn)象。 路面 道路翻漿是通過路面的變形破壞而表現(xiàn)出來的，并按其變形破壞程度來劃分等級的。道路的凍脹現(xiàn)象發(fā)生在冬季，是路基上層產生大量“聚冰層”和“冰夾層”的直接反映；雖然道路的翻 漿發(fā)生在春季，但也是在冬季路基上層聚冰的基礎上，結凍時導致土基水分過多，從而致使路面強度急劇下降，在經過行車荷載的作用下形成道路翻漿現(xiàn)象。但是，有時道路凍脹小或不發(fā)生凍脹的路段反而卻出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象。 道路凍脹的產生可以分為三個過程：土中液相水轉變?yōu)楸w；冰晶體的增長與聚冰帶的形成最后產生凍脹現(xiàn)象。因此，道路凍脹翻漿地區(qū)路基設計應該注意對地下水及地面水的處理，改善土基，加強路面結構并且滿足路基最小填土高度的要求，也是防治道路凍脹翻漿的主要途徑。 提高路基的填土高度，增大了路基邊緣至地下水或地面水位間的距離，從而減小了凍結過程中水分向路基上部遷移的數量，使凍脹減弱，使翻漿的破壞程度和產生可能性變小。所以，提高路基的壓實度對防治道路產生凍脹與翻漿現(xiàn)象有著十分重要的意義。土質均勻是防止道路出現(xiàn)凍脹翻漿現(xiàn)象的重要措施，季節(jié)性凍土區(qū)路基可以選用填筑土、粉質土、粘質士和土質砂，也可以用石灰、粉煤灰、礦渣和添加劑等混合或單獨治理。 [20] 挖出凍結線以上不穩(wěn)定的土質，然后設置隔離層可以防止道路凍脹和翻漿的產生。比如發(fā)泡聚苯乙烯類、擠塑聚苯乙烯類、聚氨酯等。以下是比較有代表性的工程實例，它們分別是 ： 設置砂墊層防治道路凍脹翻漿 通過設置砂墊層防治道路凍脹翻漿在我國凍土地區(qū)應用的較廣泛。因此 可以確定設置砂墊層是防治道路凍脹翻漿十分有效的方法之一。 將土工合成材料制成各種類型的產品，將其置于土體內部、外部或各層土體之間可以有效防止道路凍脹翻漿的產生。 石灰土對防治道路凍脹翻漿的作用 近些年來，我國城市道路和公路的建設中，石灰土已經得到了廣泛的應用，石灰土在季節(jié)性凍土區(qū)的使用效果一般是良好的。復合土工膜在路基隔斷層中起到防排水、凍土截斷毛細水的上升，復合土工膜還可以起到保溫、隔離、防風化的作用。 經過研究該路段的處理方法為：路床超挖 50 ㎝，然后鋪設復合土工膜并回填砂礫石，設置隔斷層。 泡沫隔溫板的材料主要有：發(fā)泡聚笨乙烯（ EPS）類、擠塑聚笨乙烯（ XPS）類、聚氨脂（ P