多年冻土路基病害及防治措施探讨

2013-04-16孙双梅

交通运输研究 2013年20期

孙双梅

（中建新疆建工路桥工程有限公司，新疆乌鲁木齐 830054）

某项目公路处于大陆性干旱气候地区，该地区气候环境比较恶劣，昼夜温差较大，季节变化大，降水量稀少，空气干燥，日照时间长，冰冻损害十分普遍，公路的抗冻破坏远比疲劳破坏快得多。为满足公路耐久性和经济合理性的需要，必须对多年冻土路基的病害有深刻的认识，并采取可行的防治措施。

冻土是一种特殊的土体，其成分、结构、热物理及物理力学性质均有着不同于一般土的许多特点，冻土区的活动层每年都要发生季节融化和冻结，并伴随有各种冻土现象。因此，在多年冻土地区修建的道路每年都要发生一些破坏现象，只有对这些破坏现象给予充分的重视，并加以研究，才能更好的在以后的道路修建中减少和避免这些现象的发生，保证道路具有良好的路用性能。

1 多年冻土地区公路路基主要病害

多年冻土地区常见的道路破坏现象有融沉、冻胀、裂缝、翻浆及路面损坏等。

1.1 融沉

人为地改变了地基的自然条件，破坏了多年冻土的热平衡状态，路基会产生融沉病害。融沉的形式有：a）急剧沉落型主要发生在有厚层地下冰地段；b）缓慢沉落型主要发生在富冰或饱冰多年冻土区。

融沉是多年冻土地区路基的主要病害之一。一般多发生在含冰量大的粘性土地段，当路基基底的多年冻土上部或路堑边坡上分布有较厚的地下冰层时，由于地下冰层较浅，在施工及运营过程中各种人为因素的影响下，使多年冻土局部融化，上覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷，造成路基的严重变形，这种变形表现为路基下沉，路堤向阳侧路肩及边坡开裂、下滑，路堑边坡溜坍等。

1.2 冻胀

土体冻胀是指土中水冻结成冰引起的体积膨胀，足够的负温总量、路基填土为冻胀敏感性土以及土体内含水量大或有外来水分的补给是易形成冻胀病害的条件。

由于冻胀受土质、水分、冻结等条件的影响，冻胀一般是不均匀的，它是多年冻土区路基变形的主要原因之一，受其影响，路基往往发生隆起、扭曲变形等不良现象，严重影响公路行车安全。

1.3 路基裂缝

多年冻土区路基变形实际上是由路基基底土体和路基本体土体在外荷载作用下压密沉降变形、冻融循环过程中融化下沉及冻胀变形组成。冻土路基的沉降变形和冻胀变形以及由此衍生的表面形态，也即路基变形裂缝，从工程冻土学本质上讲，都是冻土的冷生过程，或者说是冷生现象的产物。因此在讨论路基变形和变形裂缝时，应从其冻土学本质上进行讨论，从路基工程本身特点上去认识，从发生发展的源头寻找工程对策从而抵御其发展，对于已经形成的工程建筑，判断路基变形裂缝存在的形态和发展趋势，提出路基补强工程措施，保证多年冻土区路基的稳定性。

1.4 翻浆

春融时，多年冻土地区的解冻缓慢，解冻时间长，而且在解冻期内气温冷暖异常，导致在某一解冻深度停滞的时间可达几天，加之积雪量大，融化后大量雪水下渗，这样就可能在解冻层和未解冻层之间形成类似于冻结层的自由水。土基与地表土含水量会迅速增大而接近甚至超过液限含水量，使其失去承载能力，从而导致路基发生严重的翻浆。

2 多年冻土公路路基病害防治措施

由于本工程属高寒地区，施工条件恶劣、有效施工期短、天气变化无常、温差过大，采用常规的施工技术，是不适宜的。针对多年冻土特点，采取以下防止措施。

2.1 采取保护多年冻土的原则施工

施工前，先检查冻土分布的情况，冻土所处的地理环境，冻土的沿线分布情况、类型，冻土的上限、下限，以及地下水及其他不良地质情况。施工时注意采取保护冻土的原则和路堤形式，尽可能避免零填浅挖地段，避免造成热融沉陷病害。

2.2 做好排水设施

多年冻土地区地表水无法下渗，容易形成地表潮湿或积水，不但影响路基的稳定，且关系着施工质量与功效，因此，施工前必须做好排水工作。边沟宜宽浅，不宜深挖，必须采取防渗保温措施。在斜坡地段设置远距离（10m以外）截水沟，回填深沟，避免坡脚水积下渗。对两侧排水无出路的地段不宜设置涵洞，宜以宽护坡道挤出积水，否则水积于涵洞两侧，有害无益。在斜坡地段的上坡翼侧护坡道外地下水汇集处，宜设置疏水设施将地下水疏导向另一侧，以免汇入路基。疏水设施可以采用保温渗沟或盲沟，并做好出水口防塞防冻工作。排水系统与路基坡脚应保持足够的距离，严禁坡脚及路侧积水。

2.3 设置保温层

路基的防护与加固应考虑保温，对于需保护的冻土，其上均需及时设置足够厚度的保温层，以免在施工过程中引起多年冻土的融化。

2.4 满足路基最小填土高度

多年冻土路堤上要满足最小高度要求，需要考虑多方面的因素，它主要与路基的填料类别、当地的气候环境密切相关，还与地表下泥炭形成的堆积层厚度、冻土的介质，以及施工时采取的保温措施有关，其中最主要还是与当地的气候有关。应采用计算公式确定最小高度，路基填土高度应达到防止翻浆与不超过路基允许冻胀值所要求的最小填土高度。可提高路基高度，降低垂直地温梯度，放缓边坡或加宽加高护坡道。

2.5 严格选用填料

严格选用填料，填料中的冻土块应已完全融化，且填料含水量应均匀，碾压时应严格控制含水量。选用的填料应经实验室确定后方能使用，填料源发生变化时，应经实验室重新试验合格后方可使用，严格控制填料的压实度，使其满足规定范围，接缝处应平整，顺直。

2.6 冻土路基填筑时间、进度控制

2.6.1 施工时间安排

合理选择施工季节对冻土路基工程非常重要，从气候、气象资料分析，每年10月中旬至次年4月中旬为回冻期和稳定冻结期，气温较低，道路常被雪封，施工条件较差。土料中水分冻结时不易压实。因此，每年一、四季度不宜填筑路堤。路堤填筑最好选择在不稳定融化期和稳定融化期的开始阶段，即每年的4、5、6月份，因为第二季度道路已经基本通畅，气温升高，施工条件较好。在7、8、9月份和10月初，施工条件最好，但是不宜一次性堆填高路堤。每年6、7、8三个月最适合开挖取土场，土料开挖后可以很好地晾晒，使冰融化水分蒸发。

2.6.2 路堤施工进度的控制

合理的施工组织设计是促进施工进度的关键，质量的检测更是重中之重，要加强施工中的过程控制，如含水量、温度的检测等。每一个施工季节填筑路堤的进度要有一定的限制，这是为了确保冬季路堤中热量能及时散失，多年冻土上移，使路堤和基底层冻结为一个整体。