第３５卷第１８期 ２ ０ ０ ９年６月 山 西 建 筑 Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．１８ ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥ 兀 Ｅ Ｊｕｎ．２００９ ·２８３· 文章编号：１００９．６８２５（２００９）１８—０２８３—０３ 季节性冻土区路基冻胀处理措施研究 程 淞 摘要：指出冻胀是青藏铁路路基工程建设中非冻土区面临的一项技术难题，结合青藏铁路季节性冻土路基试验工程， 系统阐述和论证了影响路基冻胀的主要因素，提出了解决路基冻胀问题的防治措施。 关键词：季节性冻土，青藏铁路，冻胀防治 中图分类号：Ｕ４１８．５ 文献标识码：Ａ １概述 １）ｍ程措施。试验工程设计里程为：ＤＫ１６１０＋８００～Ⅸ＜１６ｌ１＋ 在多年冻土边缘附近，季节性冻结深度较大，个别深度达到 ２００，长４００ ｍ。路堤全断面采用渗水土填筑，渗水土取自ＤＫ１６１０＋ ５．０ ｍ左右，基底活动层具有较强的冻胀性土层。影响路基冻胀 １００～ＤＫ１６１１＋４００右侧４００ ｍ～５００ ｉｎ那曲河边。ＤＫ１６１０＋ 的主要因素可以分为两方面：１）内部因素，即冻结土体的岩性成 ８７５－－ＤＫ１６１１＋２００段，挖除基底下的淤泥质粉土，换填渗水土。 分、含水量、含盐量以及盐的成分；２）外部因素，即气温、冻结速率 ２）测试方案。根据地层岩性的差异和研究内容的要求，在青 和降水。因此，冻胀是青藏铁路路基工程建设中面临的又一技术 藏铁路ＤＫ１６１０＋８００～ＤＫ１６１１＋２００段共布设８个断面： 难题，解决冻胀问题的方案是从其产生机理方面人手的：１）采用 ＤＫ１６１０＋８５０，ＤＫ１６１０＋９００，ＤＫ１６１０＋９７３．５，ＤＫ１６１１＋０００， 非冻胀材料进行填筑并控制填筑高度；２）控制水分；３）调节温度。 ＤＫＩ６１１＋０５０，ＤＫ１６１１＋１００，ＤＫ１６１０＋１５０，ＤＫ１６１０＋１７４．６，分 ２试验工程特点 别进行地温、变形和水分观测。 为寻求路基冻胀变形发展特征、冻胀变形和含水量的关系及 ３试验观测结果分析 路基阴阳坡差异变形的规律和影响因素，在青藏铁路选取 ３．１路基地温场特性分析 ＤＫ１６１０十８００ ＤＫ１６１１＋２００长４００ ｍ的路段进行冻胀特性试 如图１～图５所示为天然地面、路肩、路基中心、坡脚处的地 验研究。在该地段地层主要为：淤泥质粉土、粉质黏土以及透镜 温观测和分析等值线图，由此可以看出： 状分布的中粗砂和圆砾土。 １）工程范围内天然地面最大冻结深度为２．０ ｍ左右，在０ ｍ～ ２．１ 气候特征 ２ ＩＴＩ范围内，地温变化相对较大，２ ＩＴＩ以下地温变化幅度较小。 本段属于高原亚干旱气候区。根据那曲气象站资料（统计年 ２）左侧坡脚最大冻结深度为１．５９ ｍ～２．８６ ｍ，最大冻结深度 限为３０年），本段年平均气温一１．６℃，极端最高气温２２．６℃，极 平均值为２．１５ ｍ；左侧路肩最大冻结深度为３．７８ ｍ～４．９５ ｍ，最 端最低气温一４１．２℃，最热月平均８．８℃，最冷月平均一１３．４℃， 大冻结深度平均值为４．３２ ｍ；路基中心最大冻结深度为１．９０ ｍ～ 最大月平均日较差１９．４℃；年平均降水量４２１．８ ｍｉｔｔ，年最大降水 ３．６０ ｒｆｌ，最大冻结深度平均值为２．９６ ｍ；右侧路肩最大冻结深度 量５９０．４ ｍｍ，年最小降水量３０７．５ ＩＴｌｍ，月最大降水量２１１．２ ｍｍ， 为１．７０ ｍ～３．６９ １ＴＩ，最大冻结深度平均值为２．６３ ｍ；右侧坡脚最 日最大降水量３３．３ ｍｍ，一次最大延续降雨１３８．７ ｔｒｉｍ，年平均降 大冻结深度为０．９４ ｍ－－１．７４ ｍ，最大冻结深度平均值为１．２６ ｒｒｌ。 水量日数１１８．８ ｄ；年平均蒸发量１ ６９２．１ ｍｍ，年最大蒸发量 ３）路基在每年３月－－５月达到最大冻结深度。路基右侧为阳 ２ １１６．８ ｍｍ。 坡侧，右侧坡脚和右侧路肩的最大冻结深度小于左侧坡脚和左侧 ２．２冻土特征 路肩。左侧路肩下最大冻结深度大于路基填高，即最大冻结深度 在路基基底下０．７ ｍ左右；路基中心下最大冻结深度小于路基填 本段最大季节冻土深度１．５ ｍ－－２．０ ＩＴＩ。据《青藏铁路多年冻 土区工程勘察暂行规定》，位于最大季节冻结深度范围内的淤泥 高，在路基基底以上０．９ ＩＴＩ左右；右侧路肩下最大冻结深度小于 质粉土具Ⅳ级强冻胀性，粉质黏土、粉土具Ⅱ级弱冻胀性～Ⅲ级 路基填高，在路基基底以上１．２ ｍ左右。 冻胀性。 ４）路基中部地温在９月～１０月最高，约７℃－－９℃，在１月～ ２．３水文地质特征 ２月最低，为一４℃左右。路基中部地温随气温变化的幅度较大， 地温在一５℃～１０℃之间波动。各测试断面路基填高不同，受路 本段地下水为浅水，地下水位深１ ｍ～３ ｍ，一般１．５ ＩＴＩ，其补 基高度的影响，路基中部地温值相差２℃－－３℃。 给来源主要为大气降水，地表植被比较发育，雨季地表积水严重。 ５）左侧路基基底地温在９月～１０月最高，约５℃～７℃，在 据２００２水一０１１，２００２水一０１２（水质分析报告》，ｐＨ＝７．４－７．５， ３月～４月最低，约０℃～一１℃。由于受路基高度等因素影响， ｓＯ４ 一＝９１．２ ｍｇ／Ｌ￣１０２．７ ｎｇ／Ｌ，ＣＩ一＝３２．３ ｎｇ／ＬＮ５５．５ ｍｇ／Ｌ． 路基基底地温相差较大，约２℃。寒季路基基底地温大部分断面 ＨＣ 一＝２３９．１ ｍｇ／ＬＮ２５９．３ ｍｇ／Ｌ， ＝２３．１ ｎｇ／Ｌ￣２８．９ ｍｇ／Ｌ， 接近０℃，个别断面最低温度达一１℃左右。 １３８＝３８０ ｍｇ／Ｌ－－４４０ ｒｎｇ／Ｌ，水质较好，对圬工无侵蚀性。 ３．２冻结深度与冻胀量的关系 ＤＫ１６１０＋８００－－ＤＫ１６１１＋２００线路通过湿地，地表草皮较发 工程用粗颗粒土填筑，路基基底用片石或渗水土换填，最大 育，雨季积水现象严重。湿地表层为松散、潮湿状淤泥质粉土，厚 冻结深度在路基本体内或换填的渗水土内，因此，路基本体变形 ０．５ ｍ－－２ ＩＴＩ，其中富含草根及有机质，为松软地基，路基工程须处理。 量较小。在进行冻结深度与冻胀量关系分析时，选用路基坡脚孑Ｌ ２．４试验工程设计 （见图６），通过分析得出： 收稿日期：２００９—０２—１４ 作者简介：程￣ｔｋ（１９６９－），＇男，高级工程师，中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安７１００４３ ２８４． ２￣ｇ３５￣０ｏ９荤１６８ 时间／年．月 ２／？０５．９ 山 西建 筑 ｇ＼ 一 一２００４．３ ２００４．９ ２００５ ３ ０瑚栅咖 ㈣ 伽㈣跚 ２００６．３ ２６０６ ９ 伽 抛 ０ 姗 伽 结状态，最大冻结深度位于基底换填的渗水土内。右侧路基基底 咖 伽瑚。瑚枷 咖 伽 舌 送 ０ １００ ２００ ３６０ ４００ ５００ ６００ ７００ ８００ ９０ｏ １０００ 时间／ｄ 图１ ＤＫ１６１０＋８５０天然地面地温等值线图 时间／年．月 ２ＯＯ４ ３ ２００４ ９ ２００５．３ ２ｏ０５ ９ ２００６ ３ ２Ｏ０６９ ０ １００ ２００ ３００ ４００ ５００ ６Ｏ０ ７００ ８００ ９００ １０００ 时间／ｄ 图２ ＤＫ１６１１－Ｉ－１７４．６左侧路肩地温等值线图 时问／年，月 ２０Ｏ４．３ ２ＯＯ４ ９ ２００５ ３ ２００５９ ２００６．３ ２０Ｏ６．９ 旨 隧 ０ １００ ２００ ３００ ４００ ５００ ６００ ７００ ８００ ９００ １００Ｏ 时ＩＴ／ｄ 图３ ＤＫＩ６１０＋８５０路基中心地温等值线图 时间／年．月 ２００４ ３ ２ＯＯ４ ９ ２００５ ３ ２０ｏ５．９ ２Ｏ０６．３ ２００６．９ ０ ２００ ４００ 聪 ６００ ０ １ｏ０ ２肿３０ｏ ４００ ５０ｏ ６００ ７００ ８００ ９００ １０００ 时间／ｄ 图４ ＤＫ１６１０＋９００左侧坡脚地温等值线圈 １）在观测期内，路基表面变形总体表现为沉降，沉降值相对 较小，基本上在２０ ｎ１ｍ以内。２００４年路基表面变形相对较大，累 计沉降量基本在１５ ｒｎｍ以内；２００５年路基累计变形量相对较小， 累计沉降量基本在５ ｍｍ以内；２００６年路基变形明显减小，累计 变形量很小。路基变形已趋于稳定。２）寒季路基表面变形表现 为冻胀，冻胀量在１０ ｒｎｒｌｌ以内。由于该段路基采用粗颗粒土填 筑，ＤＫ１６１０＋８７５－ＤＫ１６１１＋２００基底淤泥质粉土采用片石和渗 水土换填。寒季最大冻结深度在路基本体以内或基底换填层内， 因而路基表面的冻胀变形相对较小。３）左侧路基基底寒季处于冻 寒季处于融化状态，最大冻结深度未达到路基基底，路基基底变 形总体表现为沉降，沉降量较小。４）该试验工程路基左侧为阴坡 侧，路基右侧为阳坡侧。寒季阴坡侧（左侧）路肩冻胀量大于阳坡 侧（右侧），冻胀量相对较小，基本在ｌＯ ＩＴｋｒｎ左右；暖季路基融化 后，冻胀变形消失，路基左右路肩累计变形量基本一致。５）路基 坡脚变形在寒季表现为冻胀，最大冻胀量约５０ ｒｒｌｎｑ。６）根据现场 实测资料，路基坡脚冻胀率为ｏ．２１％～４．５０％。 时间／年．月 ２００４．３ ２ＯＯ４ ９ ２００５．３ ２∞５．７ Ｏ ２００ 吞 ４００ 聪 ６００ ０ ５０ １００ １５０ ２００ ２５０ ３００ ３５０ ４００ ４５０ ５００ ５５０ ６００ ６５０ 时间／ｄ 图５ ＤＫＩ６１０＋９００右侧坡脚地温等值线圈 ＋左坡脚最大冻胀量 左坡脚冻结深度 ——一右坡脚最大冻胀量 鼍９０ 一右坡脚冻结深度 ３．００ 删６０ ２ 娄３０ １．００饕 。 量 承 ｏ．００ ＋ 誉 謇 謇 ： 宝 暑 ＋ ： 三 耍 ＝ 暑 亘 图６ 路基坡脚冻结深度和最大冻胀量对比图 ３．３路基体水分监测 现场水分测试采用中子水分仪。在测试前对中子水分仪进 行标定，得出土体含水率与中子测量数之间的关系为： Ｙ＝０．４１１ ６：ｒ。 其中，Ｙ为土体含水率，％； 为中子测量数。 土体含水率和中子测量数的相关关系见图７。 通过对工程范围内冻结前土体含水量、毛细水上升高度和路 基不同位置含水量变化观测分析得出：１）在开敞体系条件下土体 冻结过程中，下卧土体的水分向冻结峰面迁移时，可以得到地下 水源的补给。路基土体冻结后的含水量都比冻结前有一定的增 加。从路基表面向下０ ｍ～３ ｍ范围内，冻前和冻后含水量变化 相对较小。在路基表面下４ ｍ～５ １ＴＩ处，基本上是原天然地面位 置，含水量变化相对较大。在路基表面下５ ｒｌｌ处为地下水位，含 水量明显增大。２）在路基本体（０ ｍ～４．０ ｒｎ）内，填料含水率相对 较低，因为路基本体采用渗水土填筑，部分断面基底换填块石和 渗水土，尽可能地隔断了毛细水上升通道，减小了基底下水分向 第３５卷第１８期 ２ ０ ０ ９年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０Ｊ．３５Ｎｏ．１８ Ｊｕｎ．２００９ ·２８５· 文章编号：１００９—６８２５ｌ２００９）１８—０２８５—０２ 浅谈冷再生作为底基层在乡村公路的应用 殷立波 摘 要：结合工程实践，探讨了沥青路面冷再生的工作原理，归纳了冷再生的优点，详细介绍了冷再生的施工过程，通过 工程实践证明冷再生沥青混凝土底基层技术具有良好的经济效益和社会效益，值得推广。 关键词：冷再生，底基层，公路，应用 中图分类号：Ｕ４１６．１ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 藁城市地处石家庄东部平原，在２０世纪９Ｏ年代陆续建成的 ３冷再生的优点 环境：现有路面材料的完全利用，极大地降低了能源消耗及 村村通小康路已进人大、中修期，大量的翻挖、铣刨沥青混合料被 运输车另加给路网的损害。再生层的质量：现有材料与水和稳定 废弃。这些为数巨大的沥青混凝土层翻挖后只能白白的废弃掉， 剂的连续、高质量的拌和确保了再生层的质量。结构的完整性： 不仅浪费了资源，也会对环境造成严重的污染。因此，藁城市交 冷再生施工产生的较厚的均匀路面内，不存在传统施工方法中有 通局决定采用现场冷再生技术将旧路面结构层破碎粒化，掺加不 时出现的较薄路面间的薄弱界面。不损坏路基：与采用传统施工 同剂量水泥后，重新搅拌混合、整形碾压，作为新路面的基层使 机械修复道路相比，冷再生施工均为一次性作业，很少损坏路基。 用，对旧路进行处理，我们于２００８年最先在东南线采用该技术， 较短的施工周期：它大大缩短了交通中断的时间。交通安全：冷 充分利用了原路材料，对降低建设成本、保护生态环境以及对公 再生施工最大的优点之一是具有很高的交通安全性。经济性：从 路建设都有极大的意义。 经济性角度看，冷再生施工是路面修复的一种最具吸引力的方 法。 ２工作原理 层加入一定规格、数量的新集料、稳定剂、水，按照一定的厚度，用 期养生，使其达到新建路面基层或底基层技术要求的施工工艺。 沥青路面就地冷再生底基层技术是指把旧沥青路面面层、基 ４冷再生施工过程 再生机械由改进了的路面铣刨机和土壤稳定机演化至今天 冷再生机设备进行破碎处理后，就地进行拌和、整形、碾压，并经后 的专用再生机经过了多年的时间。由于主要是专门设计成具有 次性再生较厚路面的能力，所以，现代再生机趋向于大型化且具 路基体内渗透。在路基面下５．０ ｍ（原天然地面下１．０ ｍ左右）以 ４．２温度对冻胀的影响 下，含水率明显增大，此位置基本上是地下水位，原基底以下为淤 土体的冻结过程，实际上是土中温度的变化过程。土体的冻 泥质粉土，该地段雨季地表积水较多，地下水主要由大气降水补 胀起始于某个温度，又终止于某个温度。土体的冻结温度取决于 给。３）该段路基采用圆砾土、砾砂填筑，毛细水最大上升高度为 土体的粒度、密度、含水量、矿物成分和水溶液的浓度。同一土质 ５ ｃｒｎ左右。 条件下，土体冻结温度是随土体含水量增大而相应地升高。 ４结语 本试验工程通过建设期内的观测，路基表面变形总体表现为 ４．３水分对冻胀的影响 土中水分的存在是构成土冻结过程中产生冻胀的重要因素。 沉降，沉降值相对较小，基本上在２０ ｍｉｌｌ以内。２００４年路基表面 水分的多少及其补给是造成相同条件下具有不同冻胀量的基础。 使冻土中的水分出现重分 变形相对较大，累计沉降量基本在１５ ｎｌｎｌ以内；２００５年路基累计 冻结过程中由于水分向冻结峰面迁移，引起各层深度土体冻胀的不均匀 变形量相对较小，累计沉降量基本在５ ｎＩＪ－ｎ以内；２００６年路基变 布现象。冻土中水分的重分布，其冻胀量则越大。 形明显减小，累计变形量很小趋于稳定。通过本试验工程可以看 性。冻结后土中水分增加越多，参考文献： 出影响土体冻胀的主要因素有以下几点。 ４．１ 土的粒度组成对冻胀的影响 土的粒度组成是指固体颗粒的形状、大小以及它们之间的相 ［１］童长江，管枫年．土的冻胀与建筑物冻害防治［Ｍ］．北京：水 力电力出版社．１９８５． ２］王殿武，曹广祝，仵彦卿．土工合成材料力学耐久性规律研 互组合关系。这些组合关系决定着土体的结构特征。根据土颗 ［究［Ｊ］．岩土工程学报，２００５（４）：７１—７２． 粒同水相互作用关系来确定各类土的冻胀变形能力与特征。 Ｓｕｂｇｒａｄｅ ｆｒｏｓｔ ｈｅａｖｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｓｅａｓｏｎａｌ ｆｒｏｚｅｎ ｓｏｉｌ ａｒｅａ ＣＨＥＮＧ Ｓｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒｏｓｔ ｈｅａｖｉｎｇ ｉｓ ａ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｎ ｆｒｏｚｅｎ ｓｏｉｌ ａｒｅａ ｆａｃｅｄ ｉｎ Ｑｉｎｇ－Ｚａｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｅｓ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｈａｖｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｎ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｆｒｏｓｔ ｈｅａｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｐＡＲｓｕｒｅｓ ｏｆ ｓｏｌｖｉｇ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｆｒｏｓｔｎ ｈｅａｖｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅａｓｏｎａｌ ｆｒｏｚｅｎ ｓｏｉｌ，Ｑｉｎｇ—Ｚａｎｇ ｒａｉｌｗａｙ，ｆｒｏｚｅｎ ｈｅａｖｉｎｇ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ 收稿Ｅｔ期：２００９—０２—０４ 作者简介：殷立波（１９７５ ），男，助理工程师，藁城市公路管理站，河北藁城０５２１６０