多年凍土區(qū)公路病害與處置對策研究

劉偉偉

【摘要】針對多年凍土區(qū)的特殊氣候環(huán)境特征，在對多年凍土區(qū)公路的大量普查以及對重點病害路段的調(diào)查與鉆探基礎(chǔ)上，總結(jié)了多年凍土區(qū)公路瀝青路面的主要病害類型，系統(tǒng)地分析了路面使用性能，同時研究分析了混合料低溫特性和配合比設(shè)計，以及高等級公路瀝青混合料的組成設(shè)計，所得結(jié)論對公路工程具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】道路工程；多年凍土區(qū)；瀝青路面；病害

一、凍土區(qū)公路路面病害發(fā)生的原因

1.惡劣的自然環(huán)境

青藏高原海拔高，多年平均氣溫在零度以下，高原輻射量是內(nèi)地地區(qū)平均的兩倍以上。在惡劣的自然條件下，公路路面瀝青老化嚴重，瀝青面層極易變脆變硬，路面開裂、面層裂縫、松散現(xiàn)象嚴重，在加上高原區(qū)域的強烈太陽輻射以及氣溫急劇變化的影響。路面病害程度進一步加尉。

2.瀝青路面的熱吸收率高導(dǎo)致路面下出現(xiàn)融化盤和融化核是導(dǎo)致路面瘸害

經(jīng)過對瀝青路面和砂石路面的熱吸收的研究分析發(fā)現(xiàn)，瀝青路面地表反射率要比砂石路面減少15%以上，對太陽輻射的吸收率則高出20%以上，瀝青路面溫度平均比砂石路面要高出5℃左右，在夏季，瀝青路面的溫度甚至是砂石路面的五倍以上，正是瀝青路面溫度要高于公路周邊，路面下面的季節(jié)性融化層比周邊土壤一般會提前20—30天融化，而在冬天，冰凍的時間又會推遲20天左右，路面高溫的存在徹底改變了凍土與大氣間的熱交換條件，打破了地表的熱平衡，阻礙了地表面的蒸發(fā)過程，形成了路面下面的融化盤。融化盤內(nèi)的水分冬季凍結(jié)，產(chǎn)生凍脹力，夏季融化，導(dǎo)致地基沉降。長時間融化盤內(nèi)水分的匯集會使得融化盤轉(zhuǎn)化為融化不凍核，融化不凍核事實上是路基下面漂浮的一層含水量大，土壤成分較少的夾層，在路基、路面重力作用下會發(fā)生移動或遷移，從而導(dǎo)致路基下沉變形，進而引發(fā)瀝青路面的變形、下沉病害。

二、主要病害

1.縱向裂縫

在路基的陽坡或者當路基邊坡坡腳有積水時，這時路基容易產(chǎn)生縱向裂縫這種病害。其產(chǎn)生的原因主要是由于氣溫變化導(dǎo)致路基土的不均勻的凍脹和收縮。縱向裂縫在冬季時最為嚴重，隨著春季氣溫升高，裂縫會隨著土體的不均勻變形的減少而減少。但是這種凍融循環(huán)性致使路基的穩(wěn)定性遭到損壞，進而路基邊坡會受到車輛荷載應(yīng)力的作用而發(fā)生滑塌。當環(huán)境溫度非常低時，相應(yīng)的凍土溫度也會降低，這會導(dǎo)致路基土發(fā)生裂縫病害的概率增大。同時當凍土地區(qū)環(huán)境溫度不穩(wěn)定時，其發(fā)生病害的幾率也會大大提高。

2.路基融沉

路基融沉也是凍土地區(qū)路基的主要病害，其產(chǎn)生的原因主要是因為在降水、光照、路基路面的材料類型、破壞形式等的影響下，導(dǎo)致路基下伏凍土上限下降，使新舊上限問軟弱夾層的承載能力降低，在荷載應(yīng)力的作用下形成路基融沉。當多年凍土含冰量較高、路基填土不均勻的條件下、路面為黑色面層時，路基土更容易產(chǎn)生不均勻變形，進而產(chǎn)生融沉。這種路基病害會導(dǎo)致路面的不平整，不僅導(dǎo)致了通行能力的下降，更給行車的安全和舒適帶來了一定程度的影響。

3.邊坡凍融疏松

路基邊坡病害中最常見的一種病害是邊坡凍融疏松，他在邊坡中出現(xiàn)的頻率非差之多。這種常見的病害是由于大氣溫度大幅度的升降，導(dǎo)致了含水量較高的邊坡表面的孔隙率增加，進而致使路基遭受了降雨的浸刷和凍融循環(huán)破壞，最終使路基產(chǎn)生了邊坡凍融疏松破壞。

三、路基病害防治

1.縱向裂縫

縱向裂縫按其形成方式可以分為反射縫和沉降縫，對于縱向裂縫的防治，主要分為直接防治和間接防治，通過向裂縫內(nèi)灌漿或增加土工隔柵結(jié)構(gòu)層的等處治措施稱為直接處治措施；通過遮陽板等結(jié)構(gòu)防治裂縫的進一步發(fā)展的措施成為間接處治措施。灌漿處治措施主要是通過將熱瀝青灌人裂縫中來填合縫隙，適用于裂縫寬度叫較小的縱向裂縫。通過熱瀝青填合裂縫，可以防止水分進入路面層內(nèi)部，沖刷路面基層。有效的減輕了路面凍脹的形成，遏制了裂縫的進一步發(fā)展擴大。土工隔柵處治措施是通過將面層開挖，露出路面基層，在裂縫的開裂范圍內(nèi)鋪筑土工隔柵，然后按照原有路面的結(jié)構(gòu)進行回填碾壓，從而形成土工隔柵抗裂層。土工隔柵由于其較高的抗拉強度，可以有效的防止裂縫從基層底部向上的擴展，對于防治反射型裂縫具有良好的效果。對于沉降縫，由于土工隔柵的防水作用不明顯，不能有效的阻止從上而下的水分侵入，因此對于沉降性裂縫的防治效果欠佳。

間接防治主要適用于高海拔地區(qū)。由于高海拔地區(qū)的太陽輻射大，導(dǎo)致路面的向陽和背陽處的溫度差異明顯，路面容易在向陽和背陽的分界面處產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致向陽面的路基內(nèi)部凍土融化，路面產(chǎn)生不均勻沉降，繼而發(fā)生開裂。因此在路面向陽面設(shè)置遮陽板能夠有效的控制路面的溫差，保證了路基和路面的穩(wěn)定性，減少了路面因凍融循環(huán)產(chǎn)生的開裂。

2.邊坡凍融

由于邊坡內(nèi)部也含有凍土層，因此在氣溫升高時，也可能引起邊坡內(nèi)凍土層的融化，致使邊坡內(nèi)部的含水量增高，隨著自由水的轉(zhuǎn)移，路基含水量會明顯升高，繼而引發(fā)路面病害。對于邊坡凍融的防治主要通過加寬路肩來延長水分的滲流通道，從而減少邊坡內(nèi)水分向路基內(nèi)部的遷移。對于已經(jīng)產(chǎn)生病害的路段，可以通過向邊坡噴灑固化劑的方法進行預(yù)防性養(yǎng)護。

3.路基融沉

多年凍土地區(qū)路基融沉病害會導(dǎo)致路面的不平整，它對路基結(jié)構(gòu)的損壞也是不可忽略的。針對這種路基病害，主要的處治措施主要有換填法技術(shù)和熱棒技術(shù)這兩種，其中換填法技術(shù)涵蓋了碎石片、碎石樁和通風管等換填材料。

4.以橋代路

用橋梁跨越極不穩(wěn)定的高溫多年凍土地帶，最大限度減少路基和凍土的的接觸面，以此達到保護凍土的目的。

圖2 以橋代路施工情況

四、結(jié)束語

本文系統(tǒng)的分析了多年凍土地區(qū)的一些普遍存在的路基病害，如裂縫、融沉、凍融疏松、邊坡水損壞等，同時為這些病害優(yōu)選出了較為合理的處治方案，對此地區(qū)路基和道路的設(shè)計、施工與養(yǎng)護維修具有重要的參考價值和借鑒意義。

參考文獻：

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[2]孟慶猛，樊宇朔.多年凍土地區(qū)路基主要病害及其防治措施[J]黑龍江科技信息，2012，12：283.