浅析道路冻胀翻浆现象的防治

孟宪光 王利娟

摘 要：路基的冻胀和翻浆是公路工程中最常见的病害，为指导设计和施工，针对公路路基水分迁移和冻胀翻浆特点，对冻胀翻浆的机理进行了分析，提出了防治路基冻胀翻浆的措施。

关键词：冻胀；翻浆；危害；工程措施

冻胀与翻浆是季节性冻土与多年冻土地区所特有的两种公路病害，通过对已建成通车公路的多年观察发现，冻胀与翻浆两种病害占有很大比例，严重影响道路的通行能力和使用效果，轻者在行车作用下路面发生弹簧裂缝、鼓包、冒泥等现象，重者断绝交通。

随着公路建设的快速发展，特别是近几年适应经济建设的高速发展，高等级公路建设数量越来越多，相应的对公路的使用要求更加严格。因此在路基路面设计中对易引起这两种病害的路段，应引起足够的重视，采取行之有效的方法，杜绝此类病害的发生，保证公路的使用效果。

1.冻胀与翻浆的产生

冻胀是在有冻胀性土的路段，当有水分供给时，在冬季负气温作用下，水分连续向上聚流，在路基上部形成冰夹层、冰透镜体，导致路面不均匀隆起，使柔性路面开裂，刚性路面错逢或折断的现象。

翻浆是在有冻胀性土的路段，当冬季负气温时，水分连续向上聚流、冻结成冰，导致春融期间，土基含水过多，强度急剧降低，在行车作用下路面发生弹簧、裂缝、鼓包、冒泥等现象称翻浆。翻浆根据导致翻浆的水分来源分为五类，分别为地下水类、地面水类、土体水类气态水类、混合水类。根据翻浆高峰时期路面变形破坏程度，将翻浆路段分为三级：轻型、中型、重型。

2.影响冻胀与翻浆的因素

通过分析冻胀与翻浆发育的过程，冻胀翻浆的影响因素基本一致，都是由温度、水、土、路面和行车荷载的共同作用。在所有影响因素中，温度、荷载、土颗粒和土中水共同作用是造成道路冻胀的主要因素，而行车荷载是影响翻浆的主要因素，因为道路翻浆是通过行车荷载的作用最后形成和暴露出来的。

2.1 土的粒度组成

对于土的粒度组成，当粗粒土中无粉粘粒充填情况下，粒径较大，表面积较小，冻胀性最弱；当粗粒土中的粉粘粒含量增大时，粒径变小，土粒与水相互作用增强，土体渗透性减小，此时冻胀性最强；当粗粒土含量减少，粉粘粒含量增大到占主要组成时，土颗粒于土中水的作用很强，但因为土壤渗透性骤减，使水分迁移的通道减少，影响到冻结时水分向冻结源迁移聚集，冻胀性反而降低。

2.2 土中水

土体发生冻胀的必须具备的条件之一就是初始水分及外界水分的补给。工程实践中证明，挡土体含水量小于初始冻胀含水量时，认为土体不发生冻胀。

在无外界水分补给的情况时，发生冻结的水源只有土体内部的水分，冻结过程只有土体内部水分迁移，而冻结后上部土层含水量较冻前有显著增加，下部土层中含水量明显减少，这是因为冻结过程水分由下向上迁移，土体的冻胀率在一定范围内随含水量增加而增大。而在有外界水分补给的情况下，即使土体初始含水量较小，由于外界水分的补给，冻结过程有充分水源，水分不断向冻结锋面迁移，其冻胀结果是无外界水源补给10倍以上。因此外界水分的补给对道路内部水分场影响很大，给道路带来很大危害。

2.3 温度

土体的冻胀直接取决于土的温，最主要的影响因素是供给的热源和能量。热源主要是太阳的照射热，传导的热量少，不同的地理位置地表面单位面积吸收的热量不同。其他因素像大气中的粉尘、大气对地面吸收的热量，也有一定影响。地基中土的冻结，主要决定气温下降情况。

土本身的物理性质，很大程度上取决于其传导与吸收热量的能力。因此，土的状态随着空气温度的降低而变化。

2.4 土的密实度

土体密实度影响土体的冻胀性，表现在：当土体密实度增加，干重度随之增大，土颗粒间的距离随之减小，土颗粒中自由水容易充满土孔隙，饱和度增加，所以土体冻胀性增强；而土体干重度减小时，土颗粒间的距离随之增大，土颗粒有充分的孔隙使产生的冰膨胀，所以土体冻胀性减弱。因此，土体密实度越大，土体冻胀性越大；而土体密实度越小，土体冻胀性越弱。

2.5 行车荷载

增加荷载能够抑制土体的冻胀的产生。荷载的增加使得土层间间距减小，土层发生脱水压缩固结，密实度增大，从而改变导湿率，影响水分迁移的速率；同时荷载的增加，增大了土颗粒间的接触应力，打破了土层中的冰与未冻水含量之间的平衡，未冻水含量增加，降低了土体的冻结点。

3 防治措施

冻胀与翻浆防治可根据公路等级、冻融程度、地带类型，当地料源等情况，采取必要的工程措施，以达到防治的目的。

在冻胀与翻浆严重地段首先应做好路槽排水，路基的排水设施应尽量远离路基坡脚，以防止水流及其渗流影响冻土上限的变化。路基填料应选用保温隔热性能较好的土，以保证路基的强度和稳定性。下面介绍几种常用的能够避免冻胀

与翻浆的方法。

3.1换填土法

换填法是指在工程状况不良的条件下，将天然地基中部分或全部的冻胀性土挖出，换填成非冻胀材料。采用换填法时，需要确定两个方面：一方面，采用哪种非冻胀材料（粗颗粒材料）；另一方面，确定换填多大深度。

根据以往的实践和从经济方面考虑，置换材料采用廉价的粗颗粒材料，置换深度约为最大冻深的70%。在不同道路设计中，换填深度也有所不同的。在温暖地方，置换冻深为100%；对北海道的带广地区，置换冻深度60%。因此，应该根据现场调研情况和实践经验，来确定合适的换填深度。

3.2隔离层法

若路基土体中地下水位较浅，宜采用隔离层来阻断土体中的水份迁移，防止水分进入路基上部，从而保持土基干燥，起到防治冻胀和翻浆的作用。

隔离层的深度应设在聚浆层以下和地下水以上适当处，隔离层宜高出地表水位25cm，有效厚度一般在20cm，防淤塞上下面宜设防淤层，也可在上下面反铺划皮或土工织物防淤，隔离层材料可用碎石、砾石、粗砂、土工布等，上下面宜设置3%~4%拱度。

3.3提高压实度

经过室内试验和路基试验表明，在非饱和细粒土体中，有一段密度区间对冻胀非常敏感。大于此密度冻胀率成比例降低，当达到标准击实的最大密度时，冻胀率降为零。试验证明80% ~90%压实度时，路基土冻胀率最大。这是因为当压实度在80%左右其毛细上升的高度较高，压实度达到90%以上时，土体中的孔隙虽然更小，但此时由粉质粘土组成的土体孔隙中主要以弱结合水存在，弱结合水基本上

3.4降低水位法

水位的高低是直接关系到是否产生冻胀与翻浆的重要因素。有效的降低水位，是预防冻胀与翻浆的有效途径，因此在工程实践中广泛应用，具体做法应在低于现有地下水位的两侧边沟沟底部位设置盲沟或渗沟。

3.5路槽排水

路槽排水通常采用砂垫层和横向盲沟等措施。砂垫层全宽设置，能起到排水、蓄水作用，减轻路面冻胀。

砂垫层可选用砾砂、粗砂或中砂，中湿路段一般厚度为15~20 cm，潮湿路段一般厚度为20~30 cm。道路纵坡大于3%的坡腰路段，当中级路面基层采用透水性材料时，为了及时排除透水层内的纵向水流和春融期土基化冻时的多余水分，可在路槽下设置横向盲沟。

4.结语

冻胀翻浆在公路建设中是一各种较为常见的病害，要彻底消除翻浆现象并不容易，故在施工中要严把质量关，在养护中要尽量排除上述造成路基破坏的各种水源。近年来，随着道路建设事业的发展，药剂法、隔温法和其它各种方法的应用也越来越多。

参考文献

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