田永全

（中建新疆建工路橋工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830054）

通常凍土可分為季節(jié)性凍土、隔年凍土以及多年凍土。我國新疆地處亞歐大陸腹地，海拔較高，氣候干燥寒冷。在新疆地區(qū)進(jìn)行公路工程建設(shè)時(shí)，凍土區(qū)比較常見，這就會(huì)給公路工程的施工帶來一定難度。尤其是路基凍脹、翻漿等病害的防治，是凍土區(qū)公路施工必須重點(diǎn)考慮的問題。本文主要對季節(jié)性凍土的凍脹機(jī)理進(jìn)行探討，并對翻漿問題的防治措施進(jìn)行深入研究，可為相關(guān)工程提供一定的參考與借鑒。

1 季節(jié)性凍土區(qū)路基的凍脹機(jī)理和影響因素

1.1 凍土區(qū)路基的凍脹翻漿機(jī)理

在我國西部的季節(jié)性凍土區(qū)，入冬以后大氣溫度會(huì)迅速下降，路基表面開始凍結(jié)，路基土孔隙內(nèi)的自由水也會(huì)隨之凍結(jié)，從而形成冰晶體。隨著大氣溫度的不斷降低，凍結(jié)線會(huì)不斷向下推移，處在凍結(jié)線附近土中的水分也會(huì)被冰晶所吸附。這時(shí)該處土粒的結(jié)合水膜變薄，使得下部水膜較厚的薄膜水不斷向上堆移。同時(shí)地下的毛細(xì)水也會(huì)因?yàn)樨?fù)溫壓的作用，向上移動(dòng)進(jìn)而形成一個(gè)聚冰層。當(dāng)這個(gè)聚冰層達(dá)到一定厚度時(shí)，便會(huì)發(fā)生凍脹，使路基上抬或開裂。在春季氣溫回升后，路基土融化速度較快，但路基下部的凍結(jié)層融化速度相對緩慢，路基上部的水分由于不能及時(shí)排出去，便會(huì)聚集在路基土中，進(jìn)而使公路面層上形成一塊塊濕潤斑，路基當(dāng)中的水分長期排不出去，就會(huì)嚴(yán)重影響其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，加上公路行車的荷載作用，便會(huì)在濕潤斑處發(fā)展成濕軟、彈簧甚至翻漿病害。

1.2 凍土區(qū)路基凍脹的影響因素

1.2.1 土質(zhì)

土質(zhì)是路基凍脹問題的最大影響因素，通常如粉質(zhì)土、粘性土等，比較容易產(chǎn)生翻漿病害。地基土是由大小不等的顆粒組成的，因此具有一定的分散性。土的分散性往往決定了凍結(jié)期的水分遷移情況和凍脹程度，這在以前的研究中已經(jīng)被普遍證明。在分散性較高的土中，水膜厚度也較高，這非常有利于冰晶體的遷移和聚集，從而形成凍脹土。而如果土的分散性較低，水膜的厚度也相對較小，則會(huì)大大降低水分子向這些水膜移動(dòng)的機(jī)率，所以凍脹性產(chǎn)生的機(jī)率也較低。

1.2.2 水分

雖然水質(zhì)不同其凍脹的敏感度也不同，但是如果沒有一定的水分條件，就不可能發(fā)生凍脹問題，自然不會(huì)出現(xiàn)翻漿問題。在公路工程中路基中的水分含量往往受當(dāng)?shù)亟邓畻l件、地下水位、地表流水等因素的影響。當(dāng)?shù)鼗猎谪?fù)溫作用下出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，土的平衡狀態(tài)就會(huì)受到一定的干擾及破壞，這就必然會(huì)導(dǎo)致水分的遷移。而在已經(jīng)冰結(jié)的土粒中，水分會(huì)不斷地向冷鋒面遷移，這也是由于溫度降低而引起的結(jié)晶現(xiàn)象。如果加上外來水源的補(bǔ)給，地基土中的冰層就會(huì)越集越厚，凍結(jié)溫度越高外來水形成冰晶體時(shí)間就會(huì)越長，所以冰夾層也就會(huì)越厚。

1.2.3 溫度

如果大氣溫度長年處在負(fù)溫以上，自然不會(huì)出現(xiàn)路基凍脹翻漿現(xiàn)象。只有當(dāng)大氣溫度降低到負(fù)溫后，達(dá)到了水的凍結(jié)條件，才可能出現(xiàn)冰晶體析出現(xiàn)象。而凍結(jié)的深度變化又與負(fù)溫的時(shí)間長短有一定關(guān)系。負(fù)溫時(shí)間越長，其凍結(jié)深度就會(huì)越大，路基的凍脹量也就越大，形成翻漿的機(jī)率便越高。當(dāng)凍結(jié)深度與冰凍指數(shù)條件不變時(shí)，凍結(jié)速度還與溫度梯度有關(guān)，這對凍脹和翻漿的影響也較大。當(dāng)凍融的速度較快時(shí)，土基會(huì)快速融化，這樣會(huì)增加翻漿產(chǎn)生的機(jī)率，尤其是在冷暖交替期間，再伴有雨雪等天氣，便會(huì)增加翻漿病害的嚴(yán)重程度。

1.2.4 行車荷載

有的公路翻漿是在長期行車荷載作用下形成并逐步擴(kuò)大的。行車荷載會(huì)使土層產(chǎn)生脫水壓縮固結(jié)，使路基內(nèi)部的孔隙率減小，進(jìn)而影響水分遷移的速度，路基就會(huì)產(chǎn)生翻漿病害。當(dāng)水、土、溫度等其他翻漿條件具備以后，交通量越大、車輛荷載也越大，翻漿變越嚴(yán)重。

綜合上述分析，公路路基翻漿是在土、水、溫度以及行車荷載的綜合作用下產(chǎn)生的。但在一定的條件下，其中的某一種因素會(huì)成為翻漿的主要因素。

2 凍土區(qū)路基凍脹翻漿的防治措施

2.1 做好施工調(diào)查、檢查工作

路基施工時(shí)必須對凍脹土路基進(jìn)行調(diào)查，復(fù)核路基填挖高度、土質(zhì)及天然含水量、冰凍條件及填筑材料等，同時(shí)與設(shè)計(jì)資料相認(rèn)證。在凍脹土路基施工中要經(jīng)常檢查凍害狀況，如果發(fā)現(xiàn)凍脹、軟彈、變形、縱橫向裂縫及翻漿等，應(yīng)查明原因并采取有效處治措施。在路面結(jié)構(gòu)層鋪筑之前，應(yīng)該對路基因凍脹造成的強(qiáng)度不足或變形過大等問題查明原因，在經(jīng)過必要處理后方可進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的鋪筑。

2.2 提高路基的填土高度

提高路基填土高度通常是一種較為方便的防凍脹翻漿的措施，這種方法也比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。同時(shí)也能增強(qiáng)路基路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。路基高度的提高也降低了路基邊緣與地下水或地面水位接觸的機(jī)率，從而有效避免了在凍結(jié)過程中，水分向路基上部遷移情況的發(fā)生，使凍脹程度減弱，也有效預(yù)防了路基翻漿病害的產(chǎn)生。

2.3 提高路基的壓實(shí)度

試驗(yàn)證明，當(dāng)路基的壓實(shí)度在80%～90%時(shí)，路基土凍脹率最大，這是由于此時(shí)的毛細(xì)水上升的高度較高。而當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到90%以上時(shí)，土體中的孔隙會(huì)變小，但由粉質(zhì)土所組成的土體孔隙主要以弱結(jié)合水存在，基本上會(huì)阻斷毛細(xì)水的上升，地表水也很難滲透下來，于是能夠有效減少路基中水分的聚冰現(xiàn)象。因此，必須保證路基的壓實(shí)度，尤其在路基填挖交界處基底應(yīng)充分壓實(shí)，同時(shí)還應(yīng)該根據(jù)填方及挖方段不同的凍脹量設(shè)置楔形過渡段，使挖方終點(diǎn)凍脹量與填方段凍脹量相一致。

2.4 合理選擇路基填料

路基填料的合理選擇是避免其凍害問題的重要途徑。季節(jié)性凍土區(qū)路基填料的選擇，應(yīng)該綜合考慮路基高度、干濕類型、容許總凍脹值以及路面的形式等。對地基土進(jìn)行挖除換填時(shí)，其深度誤差應(yīng)不大于5%。換填粗顆粒材料粒徑小于0.075mm的含量不應(yīng)大于10%；換填土必須做到粒料均勻，結(jié)合料摻拌均勻，厚度一致，排水良好，壓實(shí)度達(dá)到要求。季節(jié)性凍土地區(qū)石質(zhì)挖方、零填路段超挖和清除軟層后的凸凹面，嚴(yán)禁用挖方料和未經(jīng)穩(wěn)定處理的混合料回填找平。應(yīng)先將巖面凸出部分鑿平，超挖部分坑槽用貧水泥混凝土澆平，然后整平，并與基層一起施工。

2.5 加強(qiáng)路基排水

凍脹翻漿的過程也就是水在路基中遷移和相變的過程，由于路基附近的地表積水和地下水是路基出現(xiàn)凍脹和翻漿問題的主要因素。所以解決這一問題的最有效辦法就是，采用各種排水措施，做好施工階段排水和永久性排水工作。從而減少水分在路基當(dāng)中的聚積和毛細(xì)水的補(bǔ)給，以保持路基土的干燥狀態(tài)；路槽排水通常可采用砂墊層或橫向盲溝等措施，砂墊層可以起到排水、蓄水的作用，以減輕路面的凍脹破壞。在公路的縱坡小于3%的路段，路面基層采用透水性材料時(shí)，應(yīng)該在路槽下設(shè)置上橫向的盲溝。

3 結(jié)語

除了采用以上的防治措施外，在重凍區(qū)還可考慮鋪設(shè)一定厚度的隔溫層，來減少路基的凍脹及翻漿破壞?？傊趦鐾羺^(qū)公路工程中，應(yīng)該綜合考慮路基的凍脹及翻漿機(jī)理，分析其影響因素，從而采取積極有效的措施來提高路基的抗凍脹性能，減少翻漿病害的產(chǎn)生。

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