冻土路基病害成因及处理

冻土路基病害成因及处理

冻土路基病害成因及处理

摘要：随着我国公路建设事业的不断推进，寒地冻土区域的公路建设事业也取得了蓬勃的发展。从已建成的公路、铁路等交通基础设施运营效果看，多年冻土工程建设面临着许多新的问题。尤其在高温冻土区，如何在解决冻土路基热稳定性的前提下，保持路基工程的长期稳定性问题，是目前冻土区道路工程研究的重要课题之一。本文首先分析了冻土路基病害的形成机理和冻土工程地质特性，然后重点探讨了冻土路基病害的主要类型及成因，最后详细阐述了冻土路基病害的治理措施。

关键词：冻土；路基；病害；冻胀翻浆；排水

Abstract: as China's highway construction business, the continuous progress of the cold permafrost area highway construction business has made rapid development. From the completed highway, railway and other transportation infrastructure operation effect look, permafrost engineering construction is faced with many new problems. Especially in the high temperature permafrost region, and how to solve the frozen soil subgrade under the premise of thermal stability, maintain the long-term stability of the subgrade engineering, is the permafrost region road engineering research one of the important issues. This paper first analyzes the permafrost roadbed disease formation mechanism and frozen soil engineering geological characteristics, and then probes into the frozen soil roadbed disease of the main types and causes, and finally elaborated on frozen soil roadbed disease control measures.

Keywords: frozen soil; Subgrade; Disease; Frost heave pumping; drainage

中图分类号： P642.14 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、冻土路基病害的形成机理

冻土是一种特殊土类，其特殊性主要表现在它的性质与温度密切相关。常规土类性质主要受颗粒的矿物和机械成分、密度和含水量控制，多半表现为静态特性。冻土的性质除受上述因素控制以外，同时它的性质随温度和时间都在变化，表现为动态特性。所以，冻土是一处对温度十分敏感且性质不稳定的土体。

随着全球气候的逐渐变暖和人类活动加强，多年冻土上限呈现出下降的趋势，多年冻土也在不断退化，对路基路面的稳定也造成了极大威胁。关键的是冻土在冻结、融化时具有特殊的物理、力学性质变化。土壤冻结时最重要的物理过程是水分的迁移和重分布，而冻土融化时最重要的是物理力学变化是结构、强度的急剧衰减。从而在冻融循环中不断地改变着土层的形态结构和物理力学性质，导致工程建筑物基础的反复变化与破坏。在大多数情况下，病害的发生发展过程与变化结果具有单向、不可逆的规律。

冻土地区筑路工作中的问题除了一般寒区道路中常见的路基冻胀、翻浆、路面冻融松散、低温开裂外，还有冻土地区特有的道路病害――路基热融沉降、边坡热融滑塌等。

二、冻土工程地质特性

（一）冻胀融沉性

冻土也具有热胀冷缩的特性，冻土中的水发生相变，土的体积则发生变化，当大量的水分从液态转化为固态时，土的体积便发生冻胀；当水从固态转变为液态时，土便发生融化下沉，这就是冻土的冻胀融沉特性。

（二）热稳定性

多年冻土土体温度( 简称地温) 是反映多年冻土热稳定性的重

要指标，即年较差为零的深度处的地温。年平均地温低，多年冻土的蓄冷量大，热稳定性好；年平均地温高，多年冻土的蓄冷量小，热稳定性差。

（三）对外界环境变化的敏感性

一般情况下，多年冻土天然上限附近高含冰量冻土比较发育，由于其埋深浅，对环境变化极为敏感，例如气温升高、水对多年冻土的热侵蚀、生态环境恶化( 如植被退化) 导致多年冻土吸收的太阳辐射热量增加及人为活动引起多年冻土地温场变化等。这些因素都将导致多年冻土地温升高、热稳定性变差。

三、冻土路基病害的主要类型及成因

（一）路基冻胀

路基的冻胀病害是与气温、土质及水源条件密切相关的，主要发生在气候严寒、季节冻结深度较大的地区和多年冻土地区。其土质以细颗粒的粘性土为主，往往富含水分。工程上主要发生在土质的浅路堑和修筑在塔头沼泽积水地段的较低路堤上。分析冻胀产生的原因主要有以下几个方面：

路基基床表面不平整，积水冻结膨胀形成冻胀病害。其最大量很少超过50 mm，一般最多在30 mm～40 mm，多在25 mm以下。形成时间从10 月中旬，到11 月末便趋于稳定，一般产生在路基基床表面往下30mm～50 mm左右。

2、碎石或混砂道床垫层不洁，污染严重，混入泥土较多，遇积水产生冻胀。当含泥量为20%～50%时，冻胀量可达10 mm～20 mm左右，道床冻胀在时间上从10 月中旬～11 月上旬基本稳定。

3、地表水或地下水(或浅层水) 对路基土的不均匀浸湿。

4、路堤填土不均匀及路堑基底土质差异，因土的性质及结构不同，从而形成不同的冻胀病害。

路基不同朝向形成的不均匀冻胀，如线路走向为东西向时，路基有明显的向阳和背阳坡，使路基填土的冬季含水量和冻结深度发生差异，其结果是出现单侧冻胀。

路基冻胀不仅使路面高低不平，还容易导致公路的路面，特别是混凝土刚性路面产生裂缝，这种裂缝多呈纵向分布，且经冻融反复作用而不断加宽，严重时使路面呈破碎状。冻胀造成的道路破坏，对公路尤其是高速公路危害极大，轻者给行车带来障碍，重者造成行车事故。

（二）路基冻融翻浆