季節(jié)性凍土區(qū)路基病害分析及處理

朱秋穎

摘 要：大慶油田地處季節(jié)性凍土地區(qū)，自然環(huán)境較差，冬夏溫差巨大，道路路基伴隨著季節(jié)性的凍結(jié)和融化，伴生有各種凍土現(xiàn)象，繼而產(chǎn)生一系列路基病害。凍脹與翻漿是兩種危害較大的路基病害，土質(zhì)、水、溫度是形成凍脹與翻漿的三個基本條件。隨著油田開發(fā)建設(shè)的不斷增加，為了減少凍脹與翻漿帶來的路基病害，根據(jù)路基所處的環(huán)境及特點，應(yīng)積極采取相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：凍土；基；凍脹；翻漿

中圖分類號：U213 文獻標(biāo)識碼：A

路基是道路的重要組成部分，作為路面的基礎(chǔ)，它與路面共同承擔(dān)行車荷載和自然氣候的影響。路基強度與穩(wěn)定性是保證路面強度與穩(wěn)定性的基本條件。

凍土區(qū)是指零攝氏度或零攝氏度以下，各種含冰的巖石及土壤的地區(qū)，按土的凍結(jié)狀態(tài)保持時間的長短可將凍土區(qū)分為：多年凍土區(qū)（數(shù)年至數(shù)萬年以上）、季節(jié)凍土區(qū)（半月至數(shù)月）與短時凍土區(qū)（數(shù)小時、數(shù)日以至半月）。

大慶油田地處寒帶，屬季節(jié)性凍土地區(qū)，自然環(huán)境較差，冬夏溫差巨大，長垣地區(qū)極端最低氣溫-36.2℃，最大凍土深度為2m，凍土是一種相對復(fù)雜的多相天然復(fù)合體。道路路基伴隨著活動層季節(jié)性的凍結(jié)和融化，產(chǎn)生一系列的路基路面病害，從而對道路的使用壽命造成一定的影響。

1 路基病害類型及原因

（1）凍脹

冬季低溫作用下，如有水分供給時，路基從上而下逐漸凍結(jié)，處于聚冰層下部的水分，在滲透壓力差和結(jié)晶力的作用下，以薄膜水和毛細(xì)作用的移動方式不斷地向凍結(jié)鋒面集聚，形成較厚的聚冰層，最終在路基上部形成多層次冰夾層，土中所含的水分在負(fù)溫作用下結(jié)晶變成冰時，體積會增大9%，土顆粒發(fā)生相對位移，使路基土體在凍結(jié)期間產(chǎn)生不均勻凍脹，導(dǎo)致路面不均勻隆起，從而出現(xiàn)路面開裂等現(xiàn)象，給道路和行車帶來一定危害。

通常產(chǎn)生不均勻凍脹的層位主要出現(xiàn)在路基上部的某一深度范圍內(nèi)，超出該深度范圍，水分的遷移受凍結(jié)土層的阻礙而大大減弱，不均勻凍脹停止，該深度為臨界凍結(jié)深度，各種土的臨界深度見表1。

（2）翻漿

由于冬季溫作用，路基土體含水量增大，春暖化凍時，氣溫逐漸升高，路基上層開始融化解凍，滯留在路基上部的水分被未融化的凍土所阻礙，不能及時地被排出，路基就會形成潮濕軟化的狀態(tài)，其強度急劇下降。在大型作業(yè)車、特種車輛的碾壓下，路面下沉，導(dǎo)致泥漿從裂縫中擠出，形成翻漿，失去承載能力。直至凍層完全化凍，待水分疏干，路基才逐漸恢復(fù)承載力。凍脹與翻漿伴隨形成，是統(tǒng)一過程的兩個階段，既具有一致性又具有差異性。一般情況下，凍脹大的路段，容易翻漿或翻漿較重；反之，凍脹小或不凍脹的路段，不易造成翻漿或不翻漿。

2 影響因素

（1）土質(zhì)

不同的土質(zhì)，對于凍脹的敏感性也不盡相同。飽水狀態(tài)下，某些土質(zhì)會產(chǎn)生劇烈的凍脹，某些土質(zhì)凍脹作用則幾乎微弱。例如，粉性土具有最強的凍脹性，從而更容易造成翻漿；粗粒土在一般情況下，不易引起凍脹和翻漿。

（2）水

凍脹與翻漿實質(zhì)上就是水分在土體中遷移、相變的過程，水是引起凍脹最基本的條件。當(dāng)然，并非所有含水的土體都會產(chǎn)生凍脹，只有當(dāng)土體中的含水量超過一定臨界值時才產(chǎn)生凍脹，這個臨界值稱為起始凍脹含水量（w臨）。當(dāng)土體含水量ww臨時，土體出現(xiàn)明顯的凍脹現(xiàn)象。

（3）溫度

凍脹與翻漿的形成，是凍結(jié)深度達到一定程度而形成的。溫度體現(xiàn)在土體溫度的冷卻速度和程度，它是影響土體凍結(jié)速度的直接因素。入冬后的溫度越低，土體的凍結(jié)速度越快，土體中的水分來不及向上遷移，路基上部聚冰不多，凍脹和翻漿則較輕。反之，初凍時氣溫較高或者冷暖交替變換，導(dǎo)致凍結(jié)線長期停留在路基上部，距離路面很近的地方聚集大量的水分，從而形成更為嚴(yán)重的凍脹與翻漿。

（4）路面

凍脹與翻漿最終表現(xiàn)為路面的變形、裂紋、鼓包。當(dāng)在路基處于潮濕的狀態(tài)時候修筑瀝青路面，由于瀝青層透氣性較差，路基中的水分從表面蒸發(fā)的通路被阻礙，導(dǎo)致聚冰的增多，出現(xiàn)翻漿。

（5）車輛荷載

特種作業(yè)車輛、重型機車是油田作業(yè)中不可缺少的配套設(shè)備，在翻漿季節(jié)，隨著車輛荷載的增大以及作用頻繁程度的增加，翻漿也隨之越嚴(yán)重。

3 處理措施

（1）控制土中的含水量

因地制宜采取各種排水方式，例如排水溝渠設(shè)計、路槽排水設(shè)計，盡可能降低土體含水量，保證路基土的干燥，在源頭上減少凍結(jié)過程中水分的聚流。

（2）提高路基填土高度

這是一種簡單易行且較為經(jīng)濟的常用處理措施。隨著路基填土高度適當(dāng)?shù)靥岣?，路基邊緣距離地面水水位或地下水的高度也隨之增大，從而減少了凍結(jié)過程中水分向路基上部遷移的數(shù)量，最終削弱了路基的凍脹程度，降低了翻漿的程度與可能性。同時，提高路基土的壓實度也可減少水分遷移的數(shù)量，降低聚冰程度。

（3）加強路面結(jié)構(gòu)

在凍脹與翻漿路段，可采用整體性較好的石灰土、煤渣石灰土（二渣土）、水泥穩(wěn)定砂礫等半剛性結(jié)構(gòu)層，以加強路面結(jié)構(gòu)。這樣可以有效地減少凍脹與翻漿對路面結(jié)構(gòu)及承載力的影響。

此外，在嚴(yán)重的凍土地區(qū)，可通過設(shè)置隔離層、防凍層、隔溫層等措施減輕凍脹與翻漿的發(fā)生。

結(jié)語

路基是影響道路建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵，若處理不當(dāng)，不但影響路基質(zhì)量，還將影響道路的使用壽命，增加維修養(yǎng)護費用。季節(jié)性凍土地區(qū)路基受自然條件制約，產(chǎn)生的路基病害是各種條件相互作用的結(jié)果，土質(zhì)、水、溫度、路面、車輛荷載均為影響凍脹與翻漿的因素。隨著自然環(huán)境的變化，以及油田開發(fā)建設(shè)，生產(chǎn)、生活活動的增多，預(yù)防凍脹變得越來越迫切。只有考慮到造成路基病害的各種因素，做出相應(yīng)的特殊設(shè)計、做好相關(guān)處理措施，才能提高路面的使用品質(zhì)。

參考文獻

[1]周幼吾，等.中國凍土[M].北京：科學(xué)出版社，2000.