防止道路冻胀翻浆措施研究

【摘要】伴随着我国经济的快速发展，公路建设大量上马。而在冻土区域修建公路时，冻土冻胀翻浆问题对整个工程的质量和进度具有重要影响。冻土的特殊工程特性决定了其具有特殊的防治技术。本文详细分析了道路冻胀翻浆的主要原因，在此基础上阐述了其防治原则和防治措施。

【关键词】道路；冻胀；翻浆；防治原则；防治措施

伴随着我国公路网络的不断建设，冻土地区修建公路也越来越多。受当地水文地质和自然气象等因素的影响，公路路基常出现冻害现象而缩短路面使用寿命，达不到相应的设计年限要求。冻胀翻浆是当前我国冰冻地区公路较常见的病害之一。笔者结合多年实际工作经验，对我国公路冻胀翻浆的主要原因、防治原则和防治措施做了深入探讨。

一、道路冻胀翻浆的成因分析

冻胀翻浆是当前公路的主要病害，其产生机理为[1]：冬季时土基内形成特定的温度坡差，在负温区内土中的自由水和毛细水首先冻结成冰晶体，而在正温区内水在表面张力和毛细管力的共同作用下，不断向上层的负温区补充迁移，从而使冻结的冰晶体不断增长直至形成聚冰层，使土基体积不断膨胀从而导致道路冻胀发生；春季时，土基融化深度到达聚冰层时，土基湿度不断增大，承载力大幅下降，行车荷载作用使泥浆沿开裂的路面缝隙形成较深车辙从而导致翻浆的产生。道路冻胀翻浆是多因素的综合结果，水、土质、温度和路面是导致道路冻胀翻浆产生的基本条件。

1.1温度因素的影响

合适的冰冻指数和冻结深度是形成道路冻胀翻浆的主要原因[2]，在相同的冰冻指数和冻结深度条件下，冻胀翻浆的形成受冻结速度和负气温作用的影响较大。

1.2路面因素的影响

路面变形破坏是冻胀翻浆的主要表现形式。路面类型对道路冻胀翻浆的影响较大，在潮湿土基上铺筑沥青路面，沥青路面的透气性较差导致路基中水分蒸发渠道不畅，聚冰层厚度增加从而导致道路冻胀翻浆。路面厚度对道路冻胀翻浆也产生一定影响，路面厚度较大时可减轻或避免冻胀翻浆的发生。

1.3材料因素的影响

粉性土中的毛细水上升较高且速度较快，在负温作用下水分易于迁移，水源供给充足时可形成严重的冻胀，春季时承载能力大幅下降从而形成翻浆。黏性土的毛细水上升较高但速度较慢，只有在水源供给充足且冻结速度较缓慢的情况下才能形成严重的冻胀翻浆。冻胀翻浆过程本质上即水在路基中相变迁移的过程，地下水和路基附近的地表水提供的充足水源是导致冻胀翻浆的必要条件。

二、道路冻胀翻浆的防治原则

在冻胀翻浆地区道路选线设计时，应尽可能选择干燥的路段，而当路线必须经过冻胀翻浆地区时，应采取必要的防治措施，同时应充分考虑到地下水和地表水的排水，适当的提高路基的填土高度[3]。防治路基冻胀翻浆应确保地表水和地下水不渗入路基土体中，阻断水源是其中的最基本方法。如果由于客观条件不能阻断降水聚集于路基上部，应将雨水及时排出或做恰当处理。总而言之，路面结构的改善是当前道路冻胀翻浆的主要防治途径。

三、道路冻胀翻浆的防治措施

由上可知，路面结构的改善是当前道路冻胀翻浆的主要防治途径。因此，防止道路冻胀翻浆应从改善路面结构着手，具体可从以下几方面开展防治措施。

3.1设置适当的隔离层

路基范围内的地下水位深度较浅时，可采用设置适当的隔离层以阻断路基土体中水分的迁移，防治水分浸入到路基中，确保路基保持干燥状态，从而起到道路冻胀翻浆防治的作用。一般来水，透水性隔离层材料通常可选用厚度为10～20cm的砾石、碎石和粗砂，且隔离层底面务必高出地表水水面20cm，并将路基的两侧做成横坡（3%）[4]。

3.2铺设高效的隔温层

在严重的冰冻地区，为使土基不冻结或者减小土基的冻结深度，从而使道路不发生冻胀，实际工程中通过铺设高效的隔温层以防治道路冻胀翻浆。隔温层选择原则为：选用导热性能较差的隔温材料，并将其铺设在路基内部、路面结构层内部或者底基层的顶面。

3.3加设稳定的防冻层

为了防治发生不均匀冻胀，在多年冻土地区的高速公路路面可能发生冻胀的地段，采用冰冻稳定性能良好的材料并加设稳定的防冻层，并确保道路路面的结构层总厚度大于规范规定的最小防冻总厚度。防冻层材料的应选原则为：选用冰冻稳定性能良好的砂砾、煤渣、粗砂和矿渣粒料。

3.4设置合理的排水设施

由上可知，道路冻胀翻浆是水在路基中的迁移和温度相变的综合作用的结果，而路基附近的地下水、地表水和降水能提供足够的水份从而导致道路冻胀翻浆的发生。因此，在实际工程中应最大限度的减少路面排水聚集确保路基土体干燥从而减少对路基的危害。道路排水问题可通过设置合理的排水设施妥善解决。路槽排水时通常采用设置横向盲沟或加设砂垫层等措施。砂垫层可起到蓄水排水的作用，对减轻路面冻胀具有促进作用，其材料可依据路基的干湿情况选用厚度为15～30 cm的粗砂、中砂或者砾砂。在坡腰路段（道路纵坡大于3%），当路面基层选用透水性材料时，为使路基融化的多余水分和透水层内的纵向水流及时排出，在路槽下可通过设置横向盲沟的措施进行解决。

3.5提高路基的填土高度

路基填料是解决当前道路冻胀翻浆的关键。在冻土地区的路床和路基可选用粉质土、砂质土和黏质土进行填筑，也可选用石灰、粉煤灰和水泥等填料进行单独或者混合处治。而提高路基的填土高度，增大地表水或地下水水位至路基边缘的距离，从而使冻结过程中水分向路基上部迁移的数量减小，从而降低道路冻胀翻浆的可能性。

四、结论

本文首先分析了温度、路面和材料等因素对道路冻胀翻浆的影响，并指出路面结构的改善是当前道路冻胀翻浆的主要防治途径。在此基础上，结合工程实际问题提出了设置隔离层、铺设隔温层、加设防冻层、设置排水设施和提高路基填土高度等道路冻胀翻浆的处治技术和防治措施，希望这些措施在今后的冻土地区设计和施工过程中能得到实际应用。需要指出的是，在冻土地区道路进行设计之前，应对该地区的冻土进行详细调研，了解冻土特有的工程特性，并提出经济安全、合理有效的设计和施工方案，以防止道路冻胀翻浆的发生，保证工程安全。