多年凍土路基病害及防治措施探討

孫雙梅

（中建新疆建工路橋工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830054）

某項(xiàng)目公路處于大陸性干旱氣候地區(qū)，該地區(qū)氣候環(huán)境比較惡劣，晝夜溫差較大，季節(jié)變化大，降水量稀少，空氣干燥，日照時(shí)間長(zhǎng)，冰凍損害十分普遍，公路的抗凍破壞遠(yuǎn)比疲勞破壞快得多。為滿足公路耐久性和經(jīng)濟(jì)合理性的需要，必須對(duì)多年凍土路基的病害有深刻的認(rèn)識(shí)，并采取可行的防治措施。

凍土是一種特殊的土體，其成分、結(jié)構(gòu)、熱物理及物理力學(xué)性質(zhì)均有著不同于一般土的許多特點(diǎn)，凍土區(qū)的活動(dòng)層每年都要發(fā)生季節(jié)融化和凍結(jié)，并伴隨有各種凍土現(xiàn)象。因此，在多年凍土地區(qū)修建的道路每年都要發(fā)生一些破壞現(xiàn)象，只有對(duì)這些破壞現(xiàn)象給予充分的重視，并加以研究，才能更好的在以后的道路修建中減少和避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，保證道路具有良好的路用性能。

1 多年凍土地區(qū)公路路基主要病害

多年凍土地區(qū)常見(jiàn)的道路破壞現(xiàn)象有融沉、凍脹、裂縫、翻漿及路面損壞等。

1.1 融沉

人為地改變了地基的自然條件，破壞了多年凍土的熱平衡狀態(tài)，路基會(huì)產(chǎn)生融沉病害。融沉的形式有：a）急劇沉落型 主要發(fā)生在有厚層地下冰地段；b）緩慢沉落型 主要發(fā)生在富冰或飽冰多年凍土區(qū)。

融沉是多年凍土地區(qū)路基的主要病害之一。一般多發(fā)生在含冰量大的粘性土地段，當(dāng)路基基底的多年凍土上部或路塹邊坡上分布有較厚的地下冰層時(shí)，由于地下冰層較淺，在施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各種人為因素的影響下，使多年凍土局部融化，上覆土層在土體自重和外力作用下產(chǎn)生沉陷，造成路基的嚴(yán)重變形，這種變形表現(xiàn)為路基下沉，路堤向陽(yáng)側(cè)路肩及邊坡開(kāi)裂、下滑，路塹邊坡溜坍等。

1.2 凍脹

土體凍脹是指土中水凍結(jié)成冰引起的體積膨脹，足夠的負(fù)溫總量、路基填土為凍脹敏感性土以及土體內(nèi)含水量大或有外來(lái)水分的補(bǔ)給是易形成凍脹病害的條件。

由于凍脹受土質(zhì)、水分、凍結(jié)等條件的影響，凍脹一般是不均勻的，它是多年凍土區(qū)路基變形的主要原因之一，受其影響，路基往往發(fā)生隆起、扭曲變形等不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響公路行車(chē)安全。

1.3 路基裂縫

多年凍土區(qū)路基變形實(shí)際上是由路基基底土體和路基本體土體在外荷載作用下壓密沉降變形、凍融循環(huán)過(guò)程中融化下沉及凍脹變形組成。凍土路基的沉降變形和凍脹變形以及由此衍生的表面形態(tài)，也即路基變形裂縫，從工程凍土學(xué)本質(zhì)上講，都是凍土的冷生過(guò)程，或者說(shuō)是冷生現(xiàn)象的產(chǎn)物。因此在討論路基變形和變形裂縫時(shí)，應(yīng)從其凍土學(xué)本質(zhì)上進(jìn)行討論，從路基工程本身特點(diǎn)上去認(rèn)識(shí)，從發(fā)生發(fā)展的源頭尋找工程對(duì)策從而抵御其發(fā)展，對(duì)于已經(jīng)形成的工程建筑，判斷路基變形裂縫存在的形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，提出路基補(bǔ)強(qiáng)工程措施，保證多年凍土區(qū)路基的穩(wěn)定性。

1.4 翻漿

春融時(shí)，多年凍土地區(qū)的解凍緩慢，解凍時(shí)間長(zhǎng)，而且在解凍期內(nèi)氣溫冷暖異常，導(dǎo)致在某一解凍深度停滯的時(shí)間可達(dá)幾天，加之積雪量大，融化后大量雪水下滲，這樣就可能在解凍層和未解凍層之間形成類似于凍結(jié)層的自由水。土基與地表土含水量會(huì)迅速增大而接近甚至超過(guò)液限含水量，使其失去承載能力，從而導(dǎo)致路基發(fā)生嚴(yán)重的翻漿。

2 多年凍土公路路基病害防治措施

由于本工程屬高寒地區(qū)，施工條件惡劣、有效施工期短、天氣變化無(wú)常、溫差過(guò)大，采用常規(guī)的施工技術(shù)，是不適宜的。針對(duì)多年凍土特點(diǎn)，采取以下防止措施。

2.1 采取保護(hù)多年凍土的原則施工

施工前，先檢查凍土分布的情況，凍土所處的地理環(huán)境，凍土的沿線分布情況、類型，凍土的上限、下限，以及地下水及其他不良地質(zhì)情況。施工時(shí)注意采取保護(hù)凍土的原則和路堤形式，盡可能避免零填淺挖地段，避免造成熱融沉陷病害。

2.2 做好排水設(shè)施

多年凍土地區(qū)地表水無(wú)法下滲，容易形成地表潮濕或積水，不但影響路基的穩(wěn)定，且關(guān)系著施工質(zhì)量與功效，因此，施工前必須做好排水工作。邊溝宜寬淺，不宜深挖，必須采取防滲保溫措施。在斜坡地段設(shè)置遠(yuǎn)距離（10m以外）截水溝，回填深溝，避免坡腳水積下滲。對(duì)兩側(cè)排水無(wú)出路的地段不宜設(shè)置涵洞，宜以寬護(hù)坡道擠出積水，否則水積于涵洞兩側(cè)，有害無(wú)益。在斜坡地段的上坡翼側(cè)護(hù)坡道外地下水匯集處，宜設(shè)置疏水設(shè)施將地下水疏導(dǎo)向另一側(cè)，以免匯入路基。疏水設(shè)施可以采用保溫滲溝或盲溝，并做好出水口防塞防凍工作。排水系統(tǒng)與路基坡腳應(yīng)保持足夠的距離，嚴(yán)禁坡腳及路側(cè)積水。

2.3 設(shè)置保溫層

路基的防護(hù)與加固應(yīng)考慮保溫，對(duì)于需保護(hù)的凍土，其上均需及時(shí)設(shè)置足夠厚度的保溫層，以免在施工過(guò)程中引起多年凍土的融化。

2.4 滿足路基最小填土高度

多年凍土路堤上要滿足最小高度要求，需要考慮多方面的因素，它主要與路基的填料類別、當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境密切相關(guān)，還與地表下泥炭形成的堆積層厚度、凍土的介質(zhì)，以及施工時(shí)采取的保溫措施有關(guān)，其中最主要還是與當(dāng)?shù)氐臍夂蛴嘘P(guān)。應(yīng)采用計(jì)算公式確定最小高度，路基填土高度應(yīng)達(dá)到防止翻漿與不超過(guò)路基允許凍脹值所要求的最小填土高度?？商岣呗坊叨龋档痛怪钡販靥荻?，放緩邊坡或加寬加高護(hù)坡道。

2.5 嚴(yán)格選用填料

嚴(yán)格選用填料，填料中的凍土塊應(yīng)已完全融化，且填料含水量應(yīng)均勻，碾壓時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制含水量。選用的填料應(yīng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)室確定后方能使用，填料源發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)室重新試驗(yàn)合格后方可使用，嚴(yán)格控制填料的壓實(shí)度，使其滿足規(guī)定范圍，接縫處應(yīng)平整，順直。

2.6 凍土路基填筑時(shí)間、進(jìn)度控制

2.6.1 施工時(shí)間安排

合理選擇施工季節(jié)對(duì)凍土路基工程非常重要，從氣候、氣象資料分析，每年10月中旬至次年4月中旬為回凍期和穩(wěn)定凍結(jié)期，氣溫較低，道路常被雪封，施工條件較差。土料中水分凍結(jié)時(shí)不易壓實(shí)。因此，每年一、四季度不宜填筑路堤。路堤填筑最好選擇在不穩(wěn)定融化期和穩(wěn)定融化期的開(kāi)始階段，即每年的4、5、6月份，因?yàn)榈诙径鹊缆芬呀?jīng)基本通暢，氣溫升高，施工條件較好。在7、8、9月份和10月初，施工條件最好，但是不宜一次性堆填高路堤。每年6、7、8三個(gè)月最適合開(kāi)挖取土場(chǎng)，土料開(kāi)挖后可以很好地晾曬，使冰融化水分蒸發(fā)。

2.6.2 路堤施工進(jìn)度的控制

合理的施工組織設(shè)計(jì)是促進(jìn)施工進(jìn)度的關(guān)鍵，質(zhì)量的檢測(cè)更是重中之重，要加強(qiáng)施工中的過(guò)程控制，如含水量、溫度的檢測(cè)等。每一個(gè)施工季節(jié)填筑路堤的進(jìn)度要有一定的限制，這是為了確保冬季路堤中熱量能及時(shí)散失，多年凍土上移，使路堤和基底層凍結(jié)為一個(gè)整體。

2.7 增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，維護(hù)多年凍土地區(qū)的生態(tài)平衡

公路的建設(shè)不可避免地會(huì)使多年凍土地區(qū)的生態(tài)平衡遭到不同程度破壞，該地區(qū)的生態(tài)平衡的破壞加速了凍土的退化，而凍土的退化直接導(dǎo)致道路病害的產(chǎn)生，這是一個(gè)惡性循環(huán)的過(guò)程。為了將這種破壞所造成影響降低到最低，必須增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，維護(hù)公路沿線的生態(tài)平衡。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著公路建設(shè)的發(fā)展，在實(shí)際施工中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，研究?jī)鐾恋氖┕すに?，為我?guó)的公路建設(shè)增加一份力量。

[1]李祝龍.多年凍土地區(qū)公路修筑技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]JTG F10—2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].