季节性冻胀和路基处治对策研究

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1、季节性冻胀与路基处治对策研究摘要：季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，路基土的冻胀与路基形变有很大的相关性。因而，很有必要对冻胀与路基形变的关系进行分析。基于此，本文首先介绍了路基土的冻胀机理，在此基础上分析了冻胀影响因素，指出冻胀的危害，最后详细介绍了降低冻胀值的处治对策。关键词：冻胀；路基形变；水分迁移；因素；处治对策土的冻胀，特别是在过分潮湿地区，是路基土最危险的一各形变，因为它会破坏道路面层的平整度，有时还会导致整个路面或路面某个结构层的破坏。由于路基冻胀，面层表面的抬高可达很大数值。施工质量差的道路，冻胀可能接近20cm。东北某高等级公路为水泥混凝土路面

2、，总的路面厚度大，硬路肩采用了较薄的沥青面层。冬季自由水通过不同途径进路基(如通过水泥面层与沥青面层的纵向接缝)，结果硬路肩产生明显的冻胀，使路肩明显高出行车道水泥混凝土面板。1土的冻胀机理12土基冻胀主要由两部分水结冰所致。一是一部分土中水的结冰；二是由下层迁移到冻结区的水结冰，其中。，后者是主要的。当地下水接近冻结区时，冰的聚积特别严重。冻结土内水分聚集的过程，可解释如下：亲水的冰晶体将结合水膜吸附在自身表面上，形成一各契开压力(作用在其上下的土层上)。冰晶体向未冻区方向增长，使水分了转变为冰晶格，并使水的吸附膜厚度降低。结果，土颗粒与冰间吸附力的平衡遭到

3、破坏，引起水向冻结区移动，以恢复结合水膜的平衡状态。土中水分的移动机理主要有四各：毛细作用的、薄膜的薄膜-毛细作用的和扩散的。1．1毛细作用土含有水分，而且主要是自由水(非粘性土就是这种情况)，在冰冻时，在毛细管中增长的冰晶体要将多余的水分沿冰晶体的增长方向向下压挤，而且它的下面实际上没有什么抗力。在这种情况下，水分移动是毛细作用的结果，虽然土中形成冰晶体，实际上土体不会发生膨胀。1．2薄膜作用土中含有结合水(如低粘性土、粘性土)，发生冰冻时，由于冰晶体增长而引起土中吸附力平衡12破坏，导致结合水从厚薄膜处向薄薄膜处移动。薄膜水迁移时，在冰晶体和其周围的土颗粒

4、间产生契开压力，从而使土面上升。但是由于薄膜水移动有很大的阻力，不会在土中形成严重聚冰和冻胀现象。1．3薄膜-毛细作用土中既有结合水以有自由水时，水分迁移是这种情况。在这种情况下，产生严重聚冰。由于水沿毛细管自由移动，特别在接近地下水位的情况下，结合水的薄膜厚度很快恢复，可能导致冰夹层极快增长。从而使其上的土层大量升高。当冻结线长期停留在粘性土中的某一个位置时，可观察到厚的冰夹层。1．4扩散作用水也可以以气态形式从气体弹性大的区域向弹性小的区域(即冻结区)移动。水分的这种移动机理称为扩散。路基土空隙部分为水所填充，特别是ω<ωｐ时汽态水的迁移成为一种固定现象。

5、尽管水分朝冻结锋面方向积聚非常缓慢，但它能使正冻非饱水路基土变行比较潮湿。2冻胀的影响因素有许多因素影响土的冻胀值(冻胀值定义为冻胀后试件高度增加值与试件原高度的比值)升高，主要因素有：土的性质及冰冻时的条件。2．1土的性质12其包括粘粒的矿物成分、土的颗粒组成、交换离子的成分、土的结构、土的状态(即冰冻前土的含水量和密实度)。2．1．1土的矿物成分的影响就冻胀而言，高岭土是最危险的。在颗粒组成相同的情况下，高岭土的冻胀高度超过水云母土和蒙脱土4-8们倍；蒙脱土的冻胀高度约为水云母土的两倍。在冰冻作用时，粉土最危险。2．1．2土中粘粒含量的影响粘粒含量对冻胀的

6、影响如图1，所有试件都在最佳含水量下压实到最大干密度(轻型击实试验法)土中的粘粒都是水云母。冻胀与土中粘粒含量的关系是一条具有最高点和最低点的曲线。最高点与粉土相对应，最低点与粘粒含量18-30%的粘粒土相对应。因此，就冻胀而言，危险性最小的土，除砂性土外，还有重亚粘土。用这两种土填筑的路堤，只要经过认真压实，以及冰冻时不受压力水的作用，即零度温度线没有达到地下水位，路堤会具有足够的稳定性。2．1．3交换阳离子特性对冻胀的影响试验表明，土中含有的Ｎａ+，Ｃａ2+离子交换能力很高，经常置换Ｋ+、Cｓ+、Ｍｇ2+12等能力，对水性影响很大，同其他矿物相比，所结合的

7、水量最多，能超过骨架的质量。对水分迁移来说，土就成了不透水的“隔离层”，阻碍水分的迁移，因此，以蒙脱石矿物为主的粘性土冰胀性较弱。水去母类的粘土处于高岭土和蒙脱石之间。2．1．4土的状态(即含水量和密实度)对冻胀的影响可据此考虑填筑路堤时应该控制土的状态，以提高其冰冻稳定性。冻胀与土的密实度关系的性质，主要不是取决于土的种类，而取决于饱水的方式。在无水压饱水的情况下，关系曲线具有最高点；在有水压的情况下，冻胀随密实度增加而不断减小。图1土的冻胀与土中粘粒含量的关系细亚砂土是个例外，当其密实度超过最大于密度时，冻胀值却有些增加。在无水压饱水的情况下，冻胀最大值对

8、应的密实度位于一较窄范围内。对于一些非