齐齐哈尔地区路基冻胀成因浅析与治理措施

杨君波

(齐齐哈尔市铁锋区市政园林管理处)

齐齐哈尔市位于中国东北的松嫩平原，地处东京120°～126°、北纬45°～48°线地带，纬度偏高。冬季寒冷漫长，年冻结时间长，极端最低气温在 -36.7～-23.9℃之间，最大冻深2.2 m，属中温带大陆性季风气候。在平原潜水分布区，含水层调蓄能力强，补给量充沛，地下水埋藏浅。大部分地域土质为黑土、黑钙土，粉土粒含量较高。在特定的自然环境影响下使这一地区的道路冻胀病害频繁发生。

1 路基冻胀病害产生原因

1.1 冻胀前的不利因素

齐齐哈尔市冬季寒冷，处在深季节性冻土区域，雨季一般集中在八、九月份，这就使得秋季地表潮湿和地下水位升高，当路基填土较低且处在不良的粉性土分布区时，冻前土基内的含水量便会较大，客观上给冻胀时水分积聚创造了有利条件。

1.2 冻结时水分积聚过程和冻胀的形成

齐齐哈尔地区无霜期短，初冬未到大气温度即降至负温。当土基上层温度低于0℃以下时，土中液态水冻结为固态冰，冰胶结了土颗粒，形成冻土。在正温区，因0℃等温线附近土层中自由水的冻结，形成了与深土层间的温度坡差，从而使下层水分向冻结区迁移聚流。若冻结线下移缓慢且地下水位较高时，会使负温区得到源源不断的水分补给，使冻结区土层中的结晶冰逐渐增多，形成含有大量结晶冰的聚冰层。土基中水分冻结后体积膨胀，当膨胀量超过土颗粒之间空隙所能容纳的体积后，便会引起土体的隆起，形成冻胀。由于路基土压实密度和含水量不一致，导致冻胀具有不均匀性，使路基结构产生不均匀变形，当这种变形一旦超过允许值，路基就被破坏。

1.3 路基翻浆的产生

冻胀是翻浆的前因，翻浆是伴随着冻胀而发生的。进入春融期后，受大陆性季风气候影响气温迅速回升，土基解冻较快。由于路面导热性大，路中融解速度较两侧快，使融解后的过量水分不易向下及两侧排除，路基上层便呈现过湿状态。当融解到聚冰层时，土层的湿度达到最大值，有时甚至超出液限。水的润滑作用，使土颗粒之间的距离增大、摩阻减小，因此土基承载能力极低，在车辆荷载的反复作用下，路面往往会出现弹簧状，并有泥浆从路面裂缝中挤出或形成较深的车辙和鼓包，产生道路翻浆。

2 导致路基冻胀的主要影响因素

2.1 土质对冻胀的影响

形成路基土冻胀的主要因素是土质，冻胀破坏程度与土颗粒的粒径大小有直接关系。冻胀现象通常都发生在粉性土中，这是因为粉性土颗粒的粒径小，单位体积土颗粒总表面积大，在冻结过程中粉性土吸水性强，吸附的水较多，能够形成通畅的毛细水补给通道，并且毛细水上升高度大，上升速度也快，这些不利因素促使冻胀形成。反之，粒径＞0.25 mm的砂性土，在无粉土、粘土颗粒填充情况下，表面能很低，表面吸附作用几乎没有，很难形成薄膜机构或毛细机构，冻胀性就很小或不产生冻胀。

2.2 气温对冻胀的影响

土体温度变化是产生路基冻胀的主要原因之一。路基的冻胀过程实际是气温对土体温度的影响与变化过程，土体温度变化使路基内不同深度处出现温差，在温差的影响下，土基中的水分以液态或气态由高温区向低温区积聚，从而使路基中的湿度分布发生变化。特别是齐齐哈尔地区，冬季寒冷，冻深非常大，使水分向土基上层冻结区积聚现象就更为明显，发生冻胀的可能性也更大。但是路基能否出现严重冻胀还取决于负温度向下渗透的速度，如果冬季大气负温下降迟缓，冻结线向下推移速度慢，冻结区得到水分补给时间长，形成结晶冰的量大，出现严重冻胀的可能性就大。反之，在冰冻季节初期，气温骤降，冻结线很快下降至距路面较深的部位，毛细水补给通道短时间内被冻结堵塞，路基上层聚冰量少，就不会产生明显的冻胀。

2.3 水对冻胀的影响

水是路基产生冻胀的直接原因，路基冻胀就是由于路基土中所含的水分由液态转化为固态后体积增大产生的。但是路基土产生冻胀，并不完全是因为土体初始水分冻结后体积膨胀的结果，只有当土体在冻结时能够获得充足的外来水分补给，且含水量达到一定界限值之后才会产生冻胀。齐齐哈尔地区之所以冻胀频繁发生除与秋季大气降水较多有关联外，还与齐齐哈尔地域平坦，浅层地下水蕴藏总量丰沛，地下水位普遍较高有更直接的关系。水分补给量决定了路基冻胀的轻重与否，路基在冻结过程中如果没有充足的补给水源，路基中结晶冰的含量就不足矣形成能够引起严重冻胀的聚冰层，此时路基的冻胀就是轻微的或不发生冻胀。反之，路基在冻结过程中如果能够获得充足的外来水分补给，就可能会发生严重冻胀。

3 路基冻胀的危害

齐齐哈尔地区的道路冻胀病害具有一定的普遍性，市区内的一些主要街路及一些县、乡级公路每年都会因路基土质问题及地下水的作用，而出现不同程度的冻害。道路冻胀病害即有因路基冻胀引发的破坏，还包括因冻胀导致的路基翻浆对道路造成的破坏，其结果都使路面和路基结构被破坏。冻胀使柔性路面鼓包、开裂，刚性路面错缝、折裂。翻浆使黑色路面出现较深的车辙沟或鼓包，白色路面则出现错台和断裂。由此不难看出，冻胀对道路构成的危害性是非常大的。

4 路基冻胀病害的治理措施

路基冻胀是土质、冻结温度和水互为条件相互作用的结果。掌握路基冻胀形成规律，在道路设计和施工中采取有效的防冻胀措施，路基冻胀是完全可以预防的。产生冻胀的必要条件是温度、土质和水，三个因素缺一不可。因此，控制路基土冻胀，必须从这三方面入手，只要消除这三个因素其中的一个，就能达到防治的目地。

4.1 土质控制

土质结构与路基能否发生冻胀至关重要，在制定防治道路冻胀措施前，首先应对道路用地范围内的土质情况进行调查，必要时可以在冻胀影响深度范围内，通过钻探取样了解各层土的土质、粒度组成、密实度、含水量等内容。对有些土质的冻胀情况难以界定时，可以通过冻胀实验进行取证。如果土质确实存冻胀隐患，设计单位应依据调查结果，提出相应的防冻胀技术要求，用非冻胀性材料，换填部分冻胀敏感性土，弥补土质缺陷，限制土基的冻胀量不超过允许值，达到消除冻胀的目地。

4.2 隔温控制

温度是产生冻胀的必要条件之一，冻胀现象就是由于温度变化形成的。因此熟悉和掌握齐齐哈尔地区的温差变化情况及冻深就更显得尤为重要，它可为道路防冻胀设计提供参考依据。对于不能满足冻胀要求的结构，通过调整结构层的厚度或采用隔温性能好、承载能力高、和耐水性能好的材料，做隔温处理，控制冻结作用向路基深部侵入，满足防冻胀技术要求。

4.3 控制路基含水量

在各种自然因素中，水对路基土冻胀的影响最大，冻胀形成时一定有充足的外来水分补给，否则，就不会发生冻胀。如果在冻结前能够排出路基土中的水分和隔断其他外来水分，即可达到防止路基冻胀的目地。因此，在对道路冻胀病害进行治理时，必须重点考虑齐齐哈尔地区秋季降雨量集中，使地下水位季节性升高这一因素。认真查清引发路基土冻胀时补给水的来源，提前采取措施，对路面裂缝及时进行灌填修补，防止雨水通过裂缝渗入路基;地面积水通过疏导排至路边沟或雨水管线，避免地上水向路基渗透;对地下高水位进行工程降水或设置隔离层，阻止毛细水上升进入路基上部，保持路基上部土体处于干燥状态。

5 结语

路基冻胀是齐齐哈尔地区道路主要病害之一，不良的水文、气候、土质是导致路基冻胀的主要因素。深入了解和掌握路基冻胀形成的规律，对导致冻胀的主要影响因素加以控制，采取科学的应对措施，消除冻胀隐患，增强路基的抗冻性能，使路基在不良水温作用下仍能保持足够的强度和稳定性。只有这样才能有效的控制路基冻胀形成，防止道路冻胀病发生。

［1］ 金荣庄，尹相忠.市政工程质量通病及防治［M］.中国建筑工业出版社，2007.

［2］ 周传林.市政道路养护与管理［M］.人民交通出版社，2009.