季节性冻土路基冻胀影响因素研究和其防治措施

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1、季节性冻土路基冻胀影响因素研究和其防治措施摘要：路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象。通过对土的冻胀机理及影响冻胀主要因素的研究，提出了防治路基冻胀的处置措施。关键词：季节性冻土冻胀影响因素防治措施季节性冻土指地表冬季冻结而在夏季又全部融化的土。我国北方地区温普遍较低，季节性冻土分布广泛。路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象，也是该地区公路主要病害之一。因此，了解冻胀的机理和影响因素，并寻找防治的途径是十分必要的。由于冻胀问题比较复杂，涉及因素多，所以必须从理论上去认识和了解冰冻作用的物理力学性质，掌握和发现冰冻作用过程的规律，进而找出防治

2、冻胀措施。1路基土冻胀的形成机理土是由固体颗粒、液体水和气体组成的三相体。固体土粒是土的最主要的物质成分，由无数大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架主体，称为“土粒”。在土颗粒之间的空隙中，通常有液体的水溶液和气体（主要为空气）充填。土在冻结过程中，不仅是土层中原有的水分的冻结，还有未冻结土层中水向冻结土层迁移而冻结。所以，土的冻胀不仅仅是水结冰时体积增加的结果，更主要是水分在冻结过程中由下向上部迁移聚集再冻结的结果。重力水和毛细水在o°c或稍低于o°c时就冻结，冻结后不再迁移；而结合水以薄膜形式存在于土粒表面，由于吸

3、附的关系，结合水外层一般要到-rc左右才冻结，内层甚至在-io°c也不会完全冻结。所以当气温稍低于o°c时，重力水和毛细水都先后凉结，而结合水仍不冻结，依然从水膜厚处向薄处移动。当含盐浓度不同时，结合水由浓度低处向高处移动，水分移动虽然缓慢，数量也不大，但是如有不断补给来源，一定时间的移动水量还是很可观的。水的补给来源主要通过土的毛细作用，由于结合水向上移动，在温度合适时它也被冻结，这就造成冻结后的水分比冻结前的水分大量聚集。这些水分冻结后就会形成严重的冻胀。2路基冻胀的影响因素2.1土质对冻胀的影响土的冻胀主要是由于水分的迁移导致的水分大量积聚而引起的。

4、土中水的迁移取决于当地的土质条件。含粉粒多的细粒土的渗透性较强，且毛细水可以及时补给，故水更易大量聚集，所以细粒土的冻胀很明显。当地下水位相同时，土壤的冻胀量随土颗粒大小而异，颗粒越粗，冻胀量越小；颗粒越细，冻胀量越大。粉性土冻胀量最大，粘性土次之，砂砑、土最小。2.2土中水分对冻胀的影响土体发生冻胀的主要原因是水分的迁移和集聚。不同的土质其冻胀敏感性也不尽相同，没有适当的水分条件，土冻结时的冻胀现象是不可能发生的。在自然界中路基的水分状态受到降水、地下水位、地表水流等的影响。地下水位对冻胀的影响尤为强烈，当冻结区附近地下水水位较高，毛细水上升高度能够达到

5、或接近冻结线，冻结区能得到水源的补给时，将会发生比较强烈的冻胀。2.3温度对冻胀的影响土体冻结过程，实际上是土中温度变化的过程。土体的冻结温度取决于土体的颗粒分散度、含水量、颗粒的矿物成分和水溶液的浓度。同一土质条件下，土体的冻结温度随着含水量的增大而增高。在任何负温下，土体总保持一定的未冻水含量，这些特性直接影响着冻胀特性。在封闭系统中，土体水分随负温增大不断冻结，未冻水含量减少，含冰量增大，土体积增大，因而土体的冻胀率随着土体的温度降低而增大。对于不同土质的土体，虽然冻胀率不同，但随温度变化的规律相似。2.4土中盐分对冻胀的影响土中盐分浓度的大小对土的

6、冻胀有一定的影响，试验表明土中盐分的多少影响着土的渗透压力、冻结温度和冻土中的未冻水含量，也影响着冻结过程中的热量和质量的迁移，改变着冻土中的土一水一冰的界面状态和相变过程；同时也将伴随着冻结过程而发生盐分迁移和盐分重分布现象，影响地下水的水质和上中孔隙水的成分，对以化学方法采取的防冰措施造成破坏性影响。不论何种土，其冻胀强度都随着土中盐溶液浓度的增大而减小。3道路冻胀的防治措施冻胀现象的产生必须同时具备土质、温度、地下水三个因素的作用。因此，为了防止道路冻胀作用的产生，只要消除这三个因素中的一个，就能达到防治目的。工程中的防治道路冻胀措施可以归纳为“置换

7、法”、“隔温法”及“稳定处理法”。3.1置换法置换法是采用非冻胀材料换填部分冻胀性土的方法，应用时需要确定的问题主要是冻结深度和置换到何种程度。一般而言，采用置换法应对当地的土质、气温及地下水进行调查，并确定采用防止冻胀措施的路面冻结深度，然后根据得到的冻结深度，确定不引起路面产主冻胀破坏的置换深度。3.2隔温法为了防止道路的冻胀破坏，在采用隔温材料时，要选择热传导率小的材料，才有较好的隔温性能。材料的隔温性能要持久，承载能力要高，耐水性好，并且要经济。满足这些条件的材料有聚苯乙烯薄板等。采用这种方法，要注意在隔温层上的垫层施工工艺的问题。因为运输垫层材料

8、以及采用机械压实过程容易使隔温材料破坏，并且会将粗粒材料压入隔温层