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【摘 要】 本文从翻浆机理、翻浆发生的过程及其影响因素,以及路基翻浆的预防和自治措施这三个方面对北方路基翻浆的预防和自治进行阐述。
【关键词】 北方;路基翻浆;预防;自治
一、前言
为了适应社会的发展需求,在进行道路的建设过程中,由于气候等因素会造成路基翻浆,严重的将会导致道路无法使用,因此需要进行路基翻浆的预防和处理。
二、翻浆机理
北方季节性冰冻地区出现翻浆现象主要是由于北方冬季严寒且持续时间长。在秋季是路基水分聚积时期,秋季雨水增多地面水分下渗,地下水位升使路基含水量增多达到超饱和状态,这是发生翻浆现象的先决条件。当冬季气温下降时,路基上层土开始冻结,冻结深度不断向下发展,而路基下部土体温度仍然较高,形成了负温度坡差。在负温区内,土中的自由水首先冻结,形成冰晶体,随着气温的继续下降,弱结合水也移向冰晶体冻结。这样就使冰晶体周围土中的结合水膜变薄,土粒就产生剩余的分子引力。同时,结合水膜的减薄,使得水膜中的离子浓度增加,又加强了渗透压力。在这两种力的作用下,附近未冻结区水膜较厚处的结合水,被吸引到冻结区的水膜较薄处。这就产生了在土体内水分由温度高处往温度较低处移动,这叫水分迁移现象。一旦水分被吸引到冻结区后,水即被冻结,使冰晶体增大,而不平衡引力继续存在。
由于水分不断地移向零度等温线处的冰晶体,并不断地冻结,冰晶体不断扩大使路基上层土体水份增多并随着温度降低冻结成冰,当气温降至地区最低温度时,冻层就达到了年度的最大厚度。而水结成冰时,体积将膨胀9%,这样就会使路面发生冻胀或隆起现象。过大或不均匀的冻胀,可以造成路面拱裂、错台或不平整。在春季气温逐渐回升零度以上,路基上层的土体首先融化,下层土体尚未解冻,形成不透水层,水分不易向下及两侧排除,造成土基过湿软弱,强度急剧降低,以至失去承载能力,在车辆荷载的反复作用下,路面便会发生弹簧、裂缝、断裂、鼓包、泥浆涌出等现象,最后导致翻浆。历年雨季,虽然土基平均含水率也很高,但没有发生翻浆冒泥病害。这证明春融期间发生翻浆冒泥是由路基土体中有冰隔层造成的。
所以,翻浆现象是伴随冻胀而发生,冻胀和翻浆是路基冻结和融化过程中形成的两个不同阶段。冻胀是翻浆的先决条件,而翻浆是冻胀的最终结果。一般情况下,冻胀大的路段,土基聚冰多,春融期水分多,容易翻浆或翻浆较重;反之,冻胀小或不冻胀的路段,土基聚冰少,春融期水分少,不易翻浆或不翻浆。这就是冻胀与翻浆的一致性。但也有不一致的情况,如有时冻胀大的路段并不翻浆,这可能是由于聚冰层位于土基下部或路面结构层较厚的缘故。而有时冻胀小的路段反而翻浆,其原因是聚冰层虽薄但位于土基上部、聚冰下挤没有表现为冻胀但可能因路面过薄或结构不合理而造成春季翻浆。
三、翻浆发生的过程及其影响因素
1.翻浆发生的过程。秋季(聚水)——冬季(冻结)——春融(含水量增加)——强度降低——行车荷载翻浆。
2.翻浆的影响因素
(1)地下水、地表水和汽化水是影响路基翻浆的内在因素。当公路穿过湿地时,由于长期受到地下水影响,通过土壤的毛细作用,土基含水量偏高,土质潮湿,从而引起翻浆;另外,进入雨季,公路边沟往往存有大量地表水,在路基排水不畅的地段形成积水泡,由于水压的作用,路基含水量增高,也会导致翻浆。
(2)公路施工和交通量等是影响路基翻浆的外在因素。公路施工时遇到降雨,路基土层的含水量由于雨水的渗透而增高。尽管会有蒸发,但其含水量应会高于路基施工时的含水量指标,引起路基翻浆。此外,交通量增大也是产生公路翻浆不可忽视的因素。一般地,交通量越大,公路产生翻浆的可能性就越高。
(3)土质。粉性土是最容易翻浆的土。
(4)温度。一定的冻结深度和一定的冷量(冬季各月负气温的总和)是形成翻浆的重要条件。
(5)人为因素。①设计不当;②施工质量有问题;③养护不当。
总之,翻浆的产生是一个复杂的过程,是路基含水量、公路交通量和公路建筑材料等诸多因素共同影响的结果。春融时期的昼夜温差较大,土壤的解冻在由地表向下层逐渐发展的过程中,路基的冻融现象交替出现,路基含水量较大的路段内会形成一定数量的冰晶水。
按照对路面的破坏程度,翻浆可分为轻型、中型和重型三种类型。
四、路基翻漿的预防和自治措施
1.预防路基翻浆措施
路基翻浆对公路危害很大,直接影响公路通行能力,所以必须采取有效措施加以预防,防治和减轻翻浆一般有以下几项:
(1)保持路基表面平整坚实,无坑槽、路拱及路肩横坡度符合规定标准,路肩上无坑洼、堆积物、排水沟畅通无积水。
(2)及时扫除积雪积水,保持路基顶面干燥,防止雪、水渗入路基。
(3)发现路基有翻浆的苗头时,可在路肩上每隔3-5米挖一道横沟,沟宽30-40CM。深度可按路基土层的解冻深度而定,并随解冻的深入逐步向下加深,横沟底面要做出向外倾斜的坡、坡度4%-5%,两边路肩的横沟要错开开挖。
(4)开始出现翻浆路段不太长时,也可在路面的边缘挖出两道纵沟,宽25CM,深度随路面厚度而定,然后每隔300-400M挖一道纵沟。
(5)条件允许情况下,应尽量绕道行车或限制重车通行,避免因行车碾压而加剧路面破坏。
(6)检查地上、地下排水设施,保证排水畅通。
2.处治路基翻浆措施
路基翻浆可根据损坏的轻重程度,因地制宜选择合适材料和合适的方法:
(1)挖渗水坑。在翻浆路段的中心线上,顺路向每隔4-6M挖一个园坑,其直径30-40CM,坑深要挖到冻土层以下约10CM左右,把融化的冰水引到坑内,集中清除。这种办法适用于土路及砂石路段,但挖坑后要设立交通安全标志,以确保行车安全。 (2)换土。把已经翻浆路段上的土挖出来,挖到稳定土层,把挖出来的土晾晒干再回填或者换填水稳性好、冰冻稳定性好、强度高的粗颗粒土,以提高土的强度和稳定性,一般在路基土层换填40-60CM厚的砂性土,路基即可基本稳定。
(3)土工布排水法:将过滤型土工布(也可用塑偏布)直接铺在土基上,上面铺填30~40cm砂砾层。
(4)砂桩:砂桩是排除路基土体水分防治翻浆的一种方法,过去各地采用较多。近年来,由于公路事业的迅速发展,防治翻浆的办法相应采用石灰土、砂垫层等较多,砂桩用得较少,但在防治轻冰冻地区地下水类砂石路面翻浆效果明显。
3.根治路基翻浆措施
路基翻浆的根治办法,除了在修筑路基时,要在最佳含水量状态下,进行压实达到标准规定的密实度外,根据具体情况还有下列办法:
(1)加高路基,按实际情况加高路基,使路基上部土层远离地下水面,路基需要加高多少,可按当地冻土深度、路基土质和水文情况而定,这种方法适用于平原区的土路和其他取土容易的路段。
(2)降低水位法:在低于现有地下水位的两侧边沟底部位设置管沟或渗沟或者盲沟。
(3)隔温层法:设置在路基上部或路面底基层处,以延缓和减小负气温的强度;材料可选择炉渣、矿渣、碎砖,厚度一般为20~50CM,其宽度比路面每边多出30-50CM。
(4)隔离层法:深度应设在聚冰层以下和地下水以上适当处;隔离层宜高出地表水位25CM,有效厚度一般为20CM。
(5)改善路面结构法:如设置石灰底基层、二灰砂砾基层、水泥稳定基层、石灰工业废渣类基(垫)层、砂砾垫层等,提高路面的力学强度,增强路面的板体性、水稳性和冻稳性,起到减缓、防止路基冻胀和翻浆的作用。但在重冰冻地区潮湿路段,石灰土不宜直接采用,需与其他措施配合应用,如在石灰土下铺设砂垫层等。
(6)改線:如果上述各种方法都不合适,在可能的情况下采用改线,即将路线改至邻近的水文地质和土壤较好的地带去。
除以上方法外,还应根据季节,加强对路基翻浆的养护。
五、结语
总的来说,通过对路基翻浆的产生机理以及防治措施等进行分析,让我们对路基翻浆的防治等有了清晰地认识,便于我们更好地进行路基的建设。
参考文献:
[1]李东旭,崔亚云.北方路基翻浆的预防和处治[J].黑龙江交通科技,2011,9
[2]牟鑫.防治沥青路面翻浆的措施探析[J].价值工程,2011,2
【关键词】 北方;路基翻浆;预防;自治
一、前言
为了适应社会的发展需求,在进行道路的建设过程中,由于气候等因素会造成路基翻浆,严重的将会导致道路无法使用,因此需要进行路基翻浆的预防和处理。
二、翻浆机理
北方季节性冰冻地区出现翻浆现象主要是由于北方冬季严寒且持续时间长。在秋季是路基水分聚积时期,秋季雨水增多地面水分下渗,地下水位升使路基含水量增多达到超饱和状态,这是发生翻浆现象的先决条件。当冬季气温下降时,路基上层土开始冻结,冻结深度不断向下发展,而路基下部土体温度仍然较高,形成了负温度坡差。在负温区内,土中的自由水首先冻结,形成冰晶体,随着气温的继续下降,弱结合水也移向冰晶体冻结。这样就使冰晶体周围土中的结合水膜变薄,土粒就产生剩余的分子引力。同时,结合水膜的减薄,使得水膜中的离子浓度增加,又加强了渗透压力。在这两种力的作用下,附近未冻结区水膜较厚处的结合水,被吸引到冻结区的水膜较薄处。这就产生了在土体内水分由温度高处往温度较低处移动,这叫水分迁移现象。一旦水分被吸引到冻结区后,水即被冻结,使冰晶体增大,而不平衡引力继续存在。
由于水分不断地移向零度等温线处的冰晶体,并不断地冻结,冰晶体不断扩大使路基上层土体水份增多并随着温度降低冻结成冰,当气温降至地区最低温度时,冻层就达到了年度的最大厚度。而水结成冰时,体积将膨胀9%,这样就会使路面发生冻胀或隆起现象。过大或不均匀的冻胀,可以造成路面拱裂、错台或不平整。在春季气温逐渐回升零度以上,路基上层的土体首先融化,下层土体尚未解冻,形成不透水层,水分不易向下及两侧排除,造成土基过湿软弱,强度急剧降低,以至失去承载能力,在车辆荷载的反复作用下,路面便会发生弹簧、裂缝、断裂、鼓包、泥浆涌出等现象,最后导致翻浆。历年雨季,虽然土基平均含水率也很高,但没有发生翻浆冒泥病害。这证明春融期间发生翻浆冒泥是由路基土体中有冰隔层造成的。
所以,翻浆现象是伴随冻胀而发生,冻胀和翻浆是路基冻结和融化过程中形成的两个不同阶段。冻胀是翻浆的先决条件,而翻浆是冻胀的最终结果。一般情况下,冻胀大的路段,土基聚冰多,春融期水分多,容易翻浆或翻浆较重;反之,冻胀小或不冻胀的路段,土基聚冰少,春融期水分少,不易翻浆或不翻浆。这就是冻胀与翻浆的一致性。但也有不一致的情况,如有时冻胀大的路段并不翻浆,这可能是由于聚冰层位于土基下部或路面结构层较厚的缘故。而有时冻胀小的路段反而翻浆,其原因是聚冰层虽薄但位于土基上部、聚冰下挤没有表现为冻胀但可能因路面过薄或结构不合理而造成春季翻浆。
三、翻浆发生的过程及其影响因素
1.翻浆发生的过程。秋季(聚水)——冬季(冻结)——春融(含水量增加)——强度降低——行车荷载翻浆。
2.翻浆的影响因素
(1)地下水、地表水和汽化水是影响路基翻浆的内在因素。当公路穿过湿地时,由于长期受到地下水影响,通过土壤的毛细作用,土基含水量偏高,土质潮湿,从而引起翻浆;另外,进入雨季,公路边沟往往存有大量地表水,在路基排水不畅的地段形成积水泡,由于水压的作用,路基含水量增高,也会导致翻浆。
(2)公路施工和交通量等是影响路基翻浆的外在因素。公路施工时遇到降雨,路基土层的含水量由于雨水的渗透而增高。尽管会有蒸发,但其含水量应会高于路基施工时的含水量指标,引起路基翻浆。此外,交通量增大也是产生公路翻浆不可忽视的因素。一般地,交通量越大,公路产生翻浆的可能性就越高。
(3)土质。粉性土是最容易翻浆的土。
(4)温度。一定的冻结深度和一定的冷量(冬季各月负气温的总和)是形成翻浆的重要条件。
(5)人为因素。①设计不当;②施工质量有问题;③养护不当。
总之,翻浆的产生是一个复杂的过程,是路基含水量、公路交通量和公路建筑材料等诸多因素共同影响的结果。春融时期的昼夜温差较大,土壤的解冻在由地表向下层逐渐发展的过程中,路基的冻融现象交替出现,路基含水量较大的路段内会形成一定数量的冰晶水。
按照对路面的破坏程度,翻浆可分为轻型、中型和重型三种类型。
四、路基翻漿的预防和自治措施
1.预防路基翻浆措施
路基翻浆对公路危害很大,直接影响公路通行能力,所以必须采取有效措施加以预防,防治和减轻翻浆一般有以下几项:
(1)保持路基表面平整坚实,无坑槽、路拱及路肩横坡度符合规定标准,路肩上无坑洼、堆积物、排水沟畅通无积水。
(2)及时扫除积雪积水,保持路基顶面干燥,防止雪、水渗入路基。
(3)发现路基有翻浆的苗头时,可在路肩上每隔3-5米挖一道横沟,沟宽30-40CM。深度可按路基土层的解冻深度而定,并随解冻的深入逐步向下加深,横沟底面要做出向外倾斜的坡、坡度4%-5%,两边路肩的横沟要错开开挖。
(4)开始出现翻浆路段不太长时,也可在路面的边缘挖出两道纵沟,宽25CM,深度随路面厚度而定,然后每隔300-400M挖一道纵沟。
(5)条件允许情况下,应尽量绕道行车或限制重车通行,避免因行车碾压而加剧路面破坏。
(6)检查地上、地下排水设施,保证排水畅通。
2.处治路基翻浆措施
路基翻浆可根据损坏的轻重程度,因地制宜选择合适材料和合适的方法:
(1)挖渗水坑。在翻浆路段的中心线上,顺路向每隔4-6M挖一个园坑,其直径30-40CM,坑深要挖到冻土层以下约10CM左右,把融化的冰水引到坑内,集中清除。这种办法适用于土路及砂石路段,但挖坑后要设立交通安全标志,以确保行车安全。 (2)换土。把已经翻浆路段上的土挖出来,挖到稳定土层,把挖出来的土晾晒干再回填或者换填水稳性好、冰冻稳定性好、强度高的粗颗粒土,以提高土的强度和稳定性,一般在路基土层换填40-60CM厚的砂性土,路基即可基本稳定。
(3)土工布排水法:将过滤型土工布(也可用塑偏布)直接铺在土基上,上面铺填30~40cm砂砾层。
(4)砂桩:砂桩是排除路基土体水分防治翻浆的一种方法,过去各地采用较多。近年来,由于公路事业的迅速发展,防治翻浆的办法相应采用石灰土、砂垫层等较多,砂桩用得较少,但在防治轻冰冻地区地下水类砂石路面翻浆效果明显。
3.根治路基翻浆措施
路基翻浆的根治办法,除了在修筑路基时,要在最佳含水量状态下,进行压实达到标准规定的密实度外,根据具体情况还有下列办法:
(1)加高路基,按实际情况加高路基,使路基上部土层远离地下水面,路基需要加高多少,可按当地冻土深度、路基土质和水文情况而定,这种方法适用于平原区的土路和其他取土容易的路段。
(2)降低水位法:在低于现有地下水位的两侧边沟底部位设置管沟或渗沟或者盲沟。
(3)隔温层法:设置在路基上部或路面底基层处,以延缓和减小负气温的强度;材料可选择炉渣、矿渣、碎砖,厚度一般为20~50CM,其宽度比路面每边多出30-50CM。
(4)隔离层法:深度应设在聚冰层以下和地下水以上适当处;隔离层宜高出地表水位25CM,有效厚度一般为20CM。
(5)改善路面结构法:如设置石灰底基层、二灰砂砾基层、水泥稳定基层、石灰工业废渣类基(垫)层、砂砾垫层等,提高路面的力学强度,增强路面的板体性、水稳性和冻稳性,起到减缓、防止路基冻胀和翻浆的作用。但在重冰冻地区潮湿路段,石灰土不宜直接采用,需与其他措施配合应用,如在石灰土下铺设砂垫层等。
(6)改線:如果上述各种方法都不合适,在可能的情况下采用改线,即将路线改至邻近的水文地质和土壤较好的地带去。
除以上方法外,还应根据季节,加强对路基翻浆的养护。
五、结语
总的来说,通过对路基翻浆的产生机理以及防治措施等进行分析,让我们对路基翻浆的防治等有了清晰地认识,便于我们更好地进行路基的建设。
参考文献:
[1]李东旭,崔亚云.北方路基翻浆的预防和处治[J].黑龙江交通科技,2011,9
[2]牟鑫.防治沥青路面翻浆的措施探析[J].价值工程,2011,2