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交通抗寒防冻技术措施

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道路冻害的形成与防治办法

来源:    发布时间:2008-02-01    点击量:

1.道路冻胀产生的危害

所谓的道路冻胀,主要是冬季在路基土中沿着温度的降低方向生成了冰晶体形状的霜柱,使路面产生隆起的一种现象。

路面冻胀,是由于冻胀作用造成的路面破坏,主要由于路面产生了冻胀变形,如果路面受到均匀冻胀,则冻胀的本身不能引起多大的害处,可是由于土的密实度和含水量的不同,及其它原因引起的冻胀,常常是不均匀的。在不均匀的冻胀力作用下,路面遭受到的破坏可能性是最大的。冻胀初期路面和基础遭到严重的冰冻,因而产生了不同程度的冻胀抬高,使得路面产生裂缝,如果是混凝土路面还会产生错台。通常在路面中央冻胀变形量最大,因而在道路中线上出现较大裂缝。

春融期,路基土中由霜柱构成的冰层从上部向下开始融化,其附近的土层处于饱和状态。特别是融解的水被未解冻的土层阻挡停留在保持冻结的土层上,很难向下渗透,土的密实度减小,因而这部分土基的承载能力明显降低。这种现象称为融沉。如果道路处于这种状态,当大量的重车通过时,沥青混凝土面层或者水泥混凝土板下表面的拉应力增大,土基表面的垂直变形也要增加,当超过其极限值时,在轮迹处产生网状裂缝,随之路面下沉,遭到破坏。特别是由冰冻敏感材料组成的土基,在行车荷载的反复作用下,路面下的土基饱水,形成稀泥状态,并从路面的边缘和裂缝中挤出,即所谓的翻浆现象。

2.道路冻胀产生的机理

为了防止上述的冻胀现象所引起的道路破坏,首先需要了解冻胀发生的机理。对引起道路冻害的因素主要为土质、冰冻温度、水源等要进行研究,提出相应的防止措施。

21土质

影响冻胀的主要因素是土质,冻胀破坏的程度大小与颗粒组成中的粉土,粘土含量有一定关系。含粉土,粘土成分少的砂砾、砂,碎石等,通过试验基本上不产生冻胀现象。

22冰冻温度

冰晶体的形成与发育过程也决定于冰冻温度的渗透速度及热量转移与交换作用的影响。

23 水源

当冰冻温度渗透到路基土中,路基所产生的冻胀不完全是因为土孔隙中自由水冻胀后体积膨胀的结果,地下水位对地基产生的冻胀量有很大的影响。对颗粒较大的透水性较高的土,如果荷载作用力小到可以忽略不计时,冻胀量与距地下水位距离的平方成反比。同时,当地下水位在大于2m时,冻胀现象很小,或基本不发生冻胀现象。

3.防治道路冻胀的综合设计与治理措施

冻胀现象的产生要同时具备土质、温度、地下水三个因素的作用。因此,为了防

止道路冻胀破坏作用的产生,对冰冻地区道路的设计,必须同时从路基,路面、材料、施工和养护等各环节采取相应措施,只要消除这三个因素中的一个,就能达到防治的目的。

31路基综合设计与治理措施

冰冻地区路基最小设计高程。根据规范中的规定,路基设计高度应按要求的路基湿度状态,由相应的路基临界高度来确定。在冰冻地区,对地下水位较高的地形比较平坦的地区提高路基填土高度,对防止路面冻胀及道路翻浆现象有重要意义。

冰冻地区的路基横断面。冰冻地区的路基横断面设计,除保证一般所要求的整体稳定性外,还应充分考虑防止水分渗入路基体中的断面形式。就是在条件允许的情况下加大路基主体与边沟之间的距离。例如在路基主体与边沟之间设置平台(护坡道),在平台上植树,从而防止了边沟水对路基的浸湿作用。

对挖方路基,在不会大量增加土方量的情况下,对边沟纵向排水困难的路段,可以展宽路基断面,深挖边沟。

平原地区路基的地面排水问题。在平原地区,对边沟积水的路段,特别是低填方路基,可以在远处设一集水池及时地将积水引走。对挖方路基边沟积水的排除,可以加深边坡增加纵坡,将水引到填挖过渡段处排到路基以外。还可以用浆砌边沟以防止积水渗入路基。

关于地下水的处理问题。城市道路,由于填土高度受到限制,解决地下水对路基的影响是比较突出的问题。除通常采用盲沟,还可以采用隔离地下水的方法施工简单,效果也很好。隔离层分闭式隔离层和开式隔离层。闭式隔离层可采用沥青砂做成,开式隔离层可采用砂砾,土工布等做成。

对路基不良土质的换填。作为防治道路冻胀的置换法是采用非冻胀材料,换填部分冻胀性土,应用时主要确定采用何种粗颗粒材料,置换到何种深度的问题。

采用置换法,根据实践和经济方面考虑,可以采用廉价的粗颗粒材料,置换深度约为最大冻深的7O%左右。

对置换法所采用的粗颗粒材料,要符合质量和规格方面的要求,同时,要求这种材料本身不能产生冻胀,这是必须保证的条件,什么样的材料是非冻胀性的材料?主要是根据室内冻胀试验来判断。一般来说,包括砂、砂砾、碎石等材料。

路基的施工与养护。对冰冻地区,提高路基的施工质量和加强养护措施是非常重要的。

路基用土及填土方案。在平原地区填筑路基时,最好采取远运土的方案不挖边沟,以改善路基土质和避免边沟积水。

路基的压实度。保证路基的施工质量的另一个重要方面就是压实问题。提高路基的压实标准,是提高路面整体强度的必要措施。规范中已给出了重型夺实标准的具体要求。对三、四级公路,填土前对原地面上的草皮必须进行清除。

加强养护措施。养护措施的重点是保证路基排水的畅通。还必须做好保持边坡完好的工作。

32 路面综合设计与治理措施

合理选择路面材料。对于沥青路面混凝土路面最好选择油一140,油100,沥青尽量选用延度大稠度低即低温变形能力大的。混合料中的沥青含量宜偏多些。矿粉与沥青的含量比例采取小的比例。沥青混合料宜选择密级配沥青混合料。

对于水泥混凝土路面必须保证混凝土的抗弯拉强度,认真选择组成材料,正确确定水灰比与水泥的用量。基层应选择水稳定性好的材料,尽量避免采用石灰、水泥稳定的细颗粒土做基层。

防冻层厚度的设计。在确实路面总厚度时,必须考虑满足防冻设计的要求,根据需要设置一定厚度的非冻胀材料组成的防冻层。共厚度的计算一般是由置换深度来确定的。规范中已给出具体要求。

路面的施工与养护措施。保证各种材料的质量、拌合、压实及摊铺都必须按有关规范要求的内容进行,提高路面的施工质量也是很重要的。路面的使用质量与养护措施也有直接关系。及时排除路面积水及对产生的裂缝进行及时修补都减少冻害的发生都很重要。

关于寒冷地区,对道路路面防冻的调查研究,在此仅提出一点浅见,道路冻胀对我国北方的公路已经造成了一定的影响。因此,我们应该对道路冻胀进行深入的研究,提高其抗冻胀性能,延长公路的使用寿命和年限。