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多年凍土對(duì)公路的危害
我們都知道,青藏鐵路穿過很多的地區(qū)都是多年凍土區(qū),那么多年凍土對(duì)公路的危害有哪些呢?我們一起來看看!
1、多年凍土地區(qū)的兩種公路病害
1)凍脹:在有凍脹性土的路段,當(dāng)有水分供給時(shí),在冬季負(fù)氣溫作用下,水分連續(xù)向上聚流,在路基上部形成冰夾層、冰透鏡體,導(dǎo)致路面不均勻隆起,使柔性路面開裂,剛性路面錯(cuò)逢或折斷的現(xiàn)象稱凍脹。
凍脹性分類:通常是在土質(zhì)分類的基礎(chǔ)上,按土的凍脹性強(qiáng)弱劃分為三類或四類,分別為:輕凍脹、凍脹、重凍脹、特重凍脹。
2)翻漿:在有凍脹性土的路段,當(dāng)冬季負(fù)氣溫時(shí),水分連續(xù)向上聚流、凍結(jié)成冰,導(dǎo)致春融期間,土基含水過多,強(qiáng)度急劇降低,在行車作用下路面發(fā)生彈簧、裂縫、鼓包、冒泥等現(xiàn)象稱翻漿。
翻漿分類,根據(jù)導(dǎo)致翻漿的水分來源分為五類,分別為地下水類、地面水類、土體水類、氣態(tài)水類、混合水類。根據(jù)翻漿高峰時(shí)期路面變形破壞程度,將翻漿路段分為三級(jí),分別為輕型、中型、重型。
2、影響凍脹與翻漿的因素
公路凍脹與翻漿是多種因素綜合作用的結(jié)果。土質(zhì)、水、溫度與路面是影響凍脹的四個(gè)主要因素,翻漿除這四個(gè)因素影響外,還受行車荷載因素的影響。在上述諸因素中,土質(zhì)、溫度和水是形成凍脹和翻漿的三個(gè)基本條件。
1)土質(zhì):粉性土具有最強(qiáng)的凍脹性,最容易形成翻漿。這種土的毛細(xì)水上升較高祈且快,在負(fù)溫度作用下水分易于遷移,如水源供給充足可形成特別嚴(yán)重的凍脹,在春融時(shí)承載能力急劇下降易于形成翻漿。粘性土的毛細(xì)水上升雖高,但速度慢,只在水源供給充足且凍結(jié)速度緩慢的情況下,才能形成比較嚴(yán)重的凍脹和翻漿。粉性土和粘性土含有較多的腐植質(zhì)和易溶鹽時(shí),則更易形成凍脹和翻漿。粗粒土在一般情況下不易引起凍脹和翻漿,因其毛細(xì)水上升高度小、聚冰少,且在飽水情況下也能保持一定的強(qiáng)度;但當(dāng)粗粒土中粉粘粒含量超過一定量以后,凍脹性明顯增加,也能形成凍脹和翻漿。
2)水:凍脹與翻漿的過程,實(shí)質(zhì)上就是水在路基中遷移,相變的過程。路基附近的地表積水及淺的地下水,能提供充足的水源,是形成凍脹和翻漿的重要條件。秋雨及灌溉會(huì)使路基的含水量增加,使地下水位升高,從而促成凍脹與翻漿的形成。
3)溫度:沒有一定的凍結(jié)深度或冰凍指數(shù)(冬季各月每日負(fù)氣溫的總和)是難以形成凍脹和翻漿的,沒有更大的凍結(jié)深度或冰凍指數(shù)是難以形成嚴(yán)重凍脹和翻漿的。而在同樣凍結(jié)深度或冰凍指數(shù)的條件下,凍結(jié)速度和負(fù)溫作用的特點(diǎn)對(duì)凍脹和翻漿的形成有很大影響。例如,在初冬時(shí)氣溫較高或冷暖交替變化,溫度在0℃~3℃~-5℃之間停留時(shí)間較長(zhǎng),凍結(jié)線長(zhǎng)時(shí)間停留在土基上部,就會(huì)使大量水分聚流到距地面很近的地方,形成嚴(yán)重的凍脹和翻漿。反之,冬季一開始就很冷,凍結(jié)線下降很快,水分來不及向上遷移,土基上部聚冰少,那么凍脹和翻漿就較輕或不出現(xiàn)。另外,春融期間的氣溫變化及化凍速度對(duì)翻漿也有影響。如春季開始化凍時(shí),天氣聚暖,土基急劇融化,則會(huì)加重翻漿。如春融期間冷暖交替并伴有雨、雪,也會(huì)使翻漿加重。
4)路面:凍脹與翻漿都是通過路面變形破壞而表現(xiàn)出來的。因此,凍脹與翻漿和路面是密切相關(guān)的。路面類型對(duì)凍脹與翻漿有影響。如在比較潮濕的土基上鋪筑瀝青路面后,由于瀝青路面透氣性較差,路基中的水分不能通暢地從表面蒸發(fā),可能導(dǎo)致聚冰增加,凍脹量增大,以致出現(xiàn)翻漿。路面厚度對(duì)凍脹與翻漿也有影響,路面厚度大時(shí)可減輕凍脹,可減輕或避免翻漿。
5)行車荷載:公路翻漿是通過行車荷載的作用最后形成和暴露出來的。雖然路基有聚水、有凍脹,春融時(shí)含水過多,但無行車荷載作用,是不可能產(chǎn)生翻漿的。當(dāng)其它條件相同時(shí),在翻漿季節(jié),交通量愈大,車輛愈重,則翻漿也會(huì)愈多、愈嚴(yán)重。
3、防治凍脹與翻漿的工程措施
1)做好路基排水
良好的路基排水可防止地面水或地下水侵入路基,使土基保持干燥,減少凍結(jié)過程中水分聚流的來源。
路基范圍內(nèi)的地面水、地下水都應(yīng)通過順暢的途徑迅速引離路基,以防水分停滯浸濕路基。為此,應(yīng)重視排水溝渠的設(shè)計(jì),注意溝渠排水縱坡和出水口的設(shè)計(jì),在一個(gè)路段內(nèi)重視排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),使排水溝渠與橋涵組成一個(gè)完整的通暢的排水系統(tǒng)。
為降低路基附近的地下水位,可采用截水滲溝。
2)提高路基填土高度
提高路基填土高度是一種簡(jiǎn)便易行、效果顯著且比較經(jīng)濟(jì)的常用措施。同時(shí)也是保證路基、路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性,減薄路面,降低造價(jià)的重要途徑。
提高路基填土高度,增大了路基邊緣至地下水或地面水位間的距離,從而減小了凍結(jié)過程中水向路基上部遷移的數(shù)量,使凍脹減弱,使翻漿的程度和可能性變小。
路線通過農(nóng)田地區(qū),為了少占農(nóng)田,應(yīng)與路面設(shè)計(jì)綜合考慮,以確定合理的填土高度。在潮濕的重凍區(qū)內(nèi)粉性土地段,不能單靠提高路基填土高度來保證路基路面的穩(wěn)定性。要和其他措施,如砂墊層、石灰土基層等配合使用。
3)設(shè)置隔離層:隔離層設(shè)在路基中一定深度處,其目的在于防止水分進(jìn)入路基上部,從而保持土基干燥,起防治凍脹與翻漿的作用。
4)換土:采用水穩(wěn)定好,冰凍穩(wěn)定性好,強(qiáng)度高的粗顆粒土換填路基上部,可以提高土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
5)注意路槽排水:在凍脹與翻漿嚴(yán)重地段,應(yīng)注意做好路槽排水,通常采用砂墊層和橫向盲溝等措施。
6)加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu):在凍脹和翻漿地段,常使用整體性好的石灰土、煤渣石灰土、水泥穩(wěn)定砂礫等半剛性結(jié)構(gòu)層,以加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)。
7)加設(shè)防凍層:在中、重季節(jié)凍結(jié)區(qū)和多年凍土區(qū)的高級(jí)、次高級(jí)路面,在有可能凍脹的路段,為防止不均勻凍結(jié),路面總厚度不應(yīng)小于下表的規(guī)定。 路面防凍最小總厚度(cm)
8)鋪設(shè)隔溫層
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