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浅谈碎石类土的冻胀性的危害

引言

在新建或改扩建机场的飞行区工程中的跑道道面工程是非常重要的环节，因为各种原因，碎石类土曾经在很多道面工程中是不考虑东涨的，近年一些工程中的道面出现了抬升、错台、断板、裂缝等病害，经分析，判定病害的主要原因是由于在冻结深度内，道面结构中的碎石类土发生冻胀，土中孔隙水变为冰后发生体积膨胀破坏道面，现就病害的原因和和冻胀机理以及处理方法提出一些粗浅的方法。

一、规范、标准不统一对道面工程勘察、设计、施工的影响

根据《冻土工程地质勘察规范》（GB50324-2001）中表3.2.1，对碎（卵）石，砾、粗、中砂（粒径0.075mm含量≤15%）是不考虑冻胀性的；根据新修订的《冻土地区建筑设计规范》（JGJ118—2011）表3.1.5对碎（卵）石，砾、粗、中砂（粒径0.075mm含量≤15%）按照土的冻前天然含水量和是否存在隔水层的情况，冻胀类别分为不冻胀、弱冻胀、冻胀，在《冻土地区建筑设计规范》（JGJ118—2011）条文说明中的3.1.5条说明中：对于碎（卵）石，砾、粗、中砂（粒径0.075mm含量≤15%），原规范对地下水位不作考虑。本次修订讨论中，设计单位提出：由于规范、标准的不统一，在道面工程的勘察、设计、施工环节中对碎石类土冻胀性缺乏足够的认识，使得以前一些道面工程在建成后出现了道面抬升、错台、断板、裂缝等病害，导致道面不能正常使用，造此类土下部存在隔水层，且地下水位很高，使得该土层呈饱和含水状态时，会出现较强的冻胀。中科院寒旱所的一些路基填土（碎石土、卵石土）在饱和含水的条件下的封闭冻胀实验也出现过一定程度的冻胀现象。此种冻胀主要源于水相变为冰的体积膨胀。

二、专项勘察的思路、方法

在进行过场地踏勘，了解道面病害出现的时间、范围以及破坏程度后，初步确定了是由冻胀引起的道面破坏，根据与本工程有关的勘察报告、设计蓝图、施工资料的反映：场地大部分位于基岩出露地区，仅在局部分布有薄层第四系覆盖层，场地土主要由①粉土、②砾砂、③强风化基岩（花岗岩）、④中风化基岩（花岗岩）构成，跑道段应以③强风化基岩（花岗岩）为天然地基持力层，场地局部有地下水出露，水位埋深2.2～2.9m，为孔隙、裂隙潜水，水量不大。道面结构依次为水泥混凝土面层、水泥稳定砂砾30cm、天然级配砂砾52cm、压实土基。

1、勘察思路

场地现状地面下道面结构为水泥混凝土板、水泥稳定砂砾、天然级配砂砾，道面下为强风化基岩，强风化基岩属于隔水层，道面整体处于一个封闭的状态，而水泥混凝土板、水泥稳定砂砾不发生冻胀，基岩冻胀类别为不冻胀，可能发生冻胀的地层只能是天然级配砂砾。

2、勘察方法

应建设单位的要求，本次专项勘察应在不破坏现状道面的条件下进行，故采用原位测试就成了本次勘察的重点手段，主要方法为高密度电法测试和地震影像测试。

高密度电法是综合物探方法中岩体边坡灾害调查的有效方法之一，其以岩、土体的导电性差异为物理基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而达到解决地质问题的目的。

地震影像，可以利用多种波作为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的波作为有效波。除常见的折射波、反射波、绕射波外，还可以利用有一定规律的面波、横波和转换波。在这种方法中，每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收。在该偏移距处接收到的有效波具有较好的信噪比和分辨率，能够反映出地质体沿垂直方向和水平方向的变化。

三、勘察结果

1、查明的道面结构勘察结果

根据颗粒分析试验结果，天然级配砂砾中粒径大于2mm的颗粒质量大于总质量的50%，粒径小于0.075mm的颗粒含量小于总质量的15%，属于《冻土地区建筑设计规范》（JGJ118—2011）表3.1.5中可能发生冻胀的土分类；道面下局部基岩裂隙发育，裂隙水丰富，此裂隙水受当地气象因素影响而敏感变化，在丰水期，随着补给源水量的增加，并受基岩隔水层的影响，裂隙水水位上升，使天然级配砂砾呈饱和状态。

2原位测试勘察成果

地震影像的测试结果：道面下基岩裂隙发育的地段都是道面病害较为集中出现的范围；道面结构松散、道面下有空洞的地段基本为道面上产生裂缝病害的单元；高密度电法的测试结果：裂隙水均赋存基岩深处，在岩石破碎、裂隙发育的地段出露，测试深度内裂隙水呈锥形扩散，在接近道面的位置呈带状分布，这些地段都是道面病害较为集中出现的范围。

四、道面病害产生的机理与分析

拟建场区地处新疆北部高纬度地区，属于中温带大陆性气候区；冬季11月至次年3月，漫长而寒冷，月均气温均低于0℃，12月～1月尤为寒冷，本区最大冻深2.0m，场地现状地面下冻深范围内的水天然级配砂砾下部存在隔水层，呈饱和含水状态时，会发生冻胀，这种冻胀主要源于水相变为冰的体积膨胀。

固态水在土中起到胶结作用，形成冻土，提高其强度。但解