我国季节性冻土区公路路基冻害及其防治措施

我国季节性冻土区公路路基冻害及其防治措施

张骞

中建二局第三建筑工程有限公司北京100070

摘要：季节性冻土，顾名思义就是在冷季生成冻土，然后在暖季消融的土壤区域。冻土层所含水分较多，冻土层一旦受到热天气或地热，就开始融化，使地面陷沉，如果房屋等基础设施建在其上很容易被毁坏。近年来，季节性冻土区公路路基冻害研究已取得了长足的进步，但是受到多种因素的影响，季节性冻土区公路路基冻害问题仍然比较突出。通过前期的研究基础，深度分析我国季节性冻土对路基产生损害的主要形式，探讨影响路基冻害的主要因素，总结出路基冻害的防治措施，为深化季节性冻土研究提供新思路。

关键词：季节性冻土；公路路基；冻害形式；防治措施

1引言

我国季节性冻土占国土面积大约53.5﹪，季节性冻土区的路基长期处于开放的大气环境中，受到周期性冻融循环作用，给公路的运营带来严重的危害。根据公路相关部门多年来的统计资料，我国北方地区公路的危害有70﹪以上是冻胀翻浆造成的。相关研究表明，不管是冬季的冻胀，还是春夏的翻浆，都会造成基床表面的降低甚至破坏，不仅给公路的正常运行造成了安全隐患，而且还需耗费大量资金进行养护，并对这些地区的经济发展及城市面貌造成损害。

由于季节性冻土给我国公路路基造成了严重的损害，很多相关部门就其危害形式、产生原因、影响因素和防治措施等方面做了很多研究性工作，并且都取得了不小的成果，对解决实际性路基冻害问题提供了指导经验。但是，季节性冻土存在很强的区域性，这就使得这些成果有一定的针对性，难以盖全季节性冻土的全部特征。根据前人的研究经验和相关文章，本文从季节性冻土的危害形式、影响因素和防治措施方面进行了一定的研究，以期能对今后相关工程的施工、勘探和防护提供一定的依据。

2季节性冻土区公路路基的冻害破坏形式

根据大量工程实践和相关研究表明，我国季节性冻土区公路路基危害主要表现为为冻胀和翻浆，破坏形式主要有由于冻胀形成的路面横向挠曲变形和裂缝，翻浆导致的沉陷、鼓包及车辙变形。

2.1翻浆

翻浆一般是因为水分集中在地表，尤其春融时，路面从上往下融化的水分逐渐渗透至路面，不能马上排出，此外，春融期融化并不快，北方早晚温差过大，出现了多次的冻融循环，损坏了道路结构，使得道路强度变低，最终使得道路承载力变弱。从道路危害调查情况看，许多道路翻浆出现在北方。一些地区高速公路在春季出现大范围的翻浆，同时翻浆引起的鼓包往往由车道方向发展而来，不利于车辆的行驶安全，影响行车舒适度。季节性冻土区域较为集中，危害规模也不一样。现阶段国内一些地区的公路均发生季节性冻害，公路的冻害经过报道通常是到了比较严重的程度，一定要进行修整，才能继续使用。

2.2冻胀

路面变形为路面道路危害非常严重的一类变形，此种变形的特点为变形量过大，横向十分不均，一般会出现纵向裂缝。冻胀出现非常突出的横向挠曲，相比两侧的冻胀量，路面中间是较多的。北方地区冻胀裂缝受冻温影响比较容易出现，修建好没多久的公路极易遭受此种冻胀危害。如果车流量不断增加，冻胀就会产生更宽的缝隙，而且不断变长，严重损害整体路面，如陕北地区路面这种裂缝比较普遍，这种危害在全国公路冻害中是非常多的，基于横向裂缝，还会发生纵向裂缝，极大影响人们出行，不利于公路的维护。

3季节性冻土区公路路基冻害的影响因素

查看大量前人相关研究报道，引起季节性冻土路基路害的主要因素有：路基土质、水分、温度、路基基层结构、荷载等等。

3.1路基土质

研究资料表明，土质对土的冻胀影响表现在粒度组成、密实度、液塑限、渗透性及矿物成分等方面。土的冻胀是由于水分迁移导致水分大量积聚引起的，而水分迁移主要取决于土颗粒本身的性质。因此，土体的基本性质对于土的冻胀会产生较大的影响。含粉粘粒较多的土体更易发生冻胀，粉性土的冻胀量最大，粘性土次之，砂砾土冻胀量最小。土的矿物成分直接影响着土颗粒表面的物理化学特性，矿物颗粒对土冻胀的影响取决于矿物的表面化学能，化学能越大，凝结水的能力越强，越不利于水分迁移，从而不利于冻胀的发生。

3.2温度

土体的冻结过程，实际上是土中温度的变化过程。土体中任何部位的冻结程度主要受控于当地气温以及路基填料的传热能力。对于某一地区的冻结深度可以结合当地气温和土体热物理特性进行计算。但是地表温度与气温之间存在一定的差异，差异量值大小与地表条件关系密切，随着冻融循环次数的增加，将最终影响到路基土体的物理力学性质。在工程实践中经常用到的冻结指数是负气温的累积数，气温越低，冻结指数越大，路基土的冻结深度就越深，路基中的聚冰可能性就越大。

3.3土体水分

土体中的水分是导致冻胀的物理因素，工程实践证明，只有土中水分超过一定界限之后才会产生冻胀，在外界条件相同的情况下，土体含水量越高，其冻胀的程度越严重。自然界中路基的含水程度受到降水、地下水位、地表水流等的影响，地下水位对冻胀的影响尤为强烈，当冻结区附近地下水水位较高，毛细水上升高度能够达到或接近冻结线，冻结区能得到水源的补给时，将会发生比较强烈的冻胀。此外，不同的土质其冻胀敏感性不同，其起始冻胀含水率也不同。

4季节性冻土区公路路基冻害的防治措施

4.1保温法

有效控制路基的温度场，同时使用积极有效的路基施工保温措施，防止遭受季节性冻土的影响。保温法使用的材质具有较小的导热系数，减少材质内部传输的内外热量，减少外界大气温度对下路基结构的影响，且减小冻深，防止水分靠向冻结面，最终达到防止路基冻胀的目的。

4.2改善路基水分

太大的路基土湿度使得承载能力降低，受上部荷载影响，多会出现过量变形，由此需要改善路基水分状况。先要搞好路基与路面的排水工作。采取各种措施处置地面水，如边沟与排放等，避免出现漫流或下渗情况。在地下水方面，可设置盲沟与立式渗井等，通过截断与降低引向路基范围外。

4.3改进路基路面结构

国内多次研究防治道路冻害的结构形式，提出了许多结构层，如石灰土与双基层等。现阶段高等级公路一般使用半刚性结构层。将橡胶颗粒加粉煤灰土材料的冷阻层设置在路基中，对地表负温的传递起到阻碍作用，以此预防季节性冻土区道路冻害。

5结语

季节性冻土对我国公路路基危害极大而且十分复杂，消耗了巨大的公路维修费用，这对人们的生产及生活是不利的，影响了区域经济的发展，阻碍了当地经济的发展。在深入了解了冻土原理和破坏形式后，我们可以利用已有的经验，对不同冻胀土地区提出不同的治理方法。

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