多年冻土区道路病害类型及防治措施分析

多年冻土区道路病害类型及防治措施分析

武文生

武文生

青海省花石峡公路段青海西宁810000

摘要：多年冻土及多年冻土区恶劣的环境给工程构筑物的建设及维护带来了极大的挑战。在我国，多年冻土面积占全国面积的21．5%。季节性冻土区面积占全国面积的53．5%，多数分布在我国的大兴安岭，青藏高原，祁连山，及喜马拉雅山等地，冻土分布及发育程度受很多方面的影响，例如植被、地层岩性、温度、土体的物理性质等都对冻土的形成有着紧密的联系，这些影响因素时刻影响着季节性冻土与多年冻土的冻融，对路基造成的影响非常大，路基病害一直是道路方向的难题，本文通过探讨影响冻土地区的因素以及冻土区的病害类型，总结与归纳冻土区病害的处理技术。这对提高行车安全性并降低工程造价具有重要的意义。

关键词：冻土区；道路病害；防治措施

引言

在多年冻土地区进行道路合理有效地养护与维修，就必须首先明确多年冻土地区道路存在的主要病害类型及其形成原因，方能做到有的放矢。在多年冻土地区修筑路基以后，破坏了冻土天然条件下的热平衡状态，改变了地表与大气间的热交换条件，使多年冻土地温重新进行热平衡调整，由于冻土的冻胀融沉特性，冻土道路普遍存在着严重的病害。

1冻土形成的影响因素

1.1植被覆盖度对冻土的影响

冻土环境与植被的覆盖率息息相关，研究发现，冻土区主要分布在草原，沼泽，湿地，草甸等地，除了受极低的气温的影响，草本植物和小灌木的覆盖也为冻土的发育提供良好的条件，沼泽，湿地，灌木使积水严重，增加土壤的含水率，使冻土的厚度增加，同样，多年冻土使地区的土壤长期处于含水率较大的情况，土壤甚至接近饱和状态，使草甸和植被更好发育，沼泽，植被较多分布在半阴坡，常期遮挡阳光的热传导，使地下温度降低，形成大厚度冻土层，经调查，草甸区的冻土厚度大于沼泽大于高寒草原覆盖率越小，冻土上限增加。

1.2温度对冻土的影响

冻土的厚度、冻土每年的深度变化等特点与全球性气候变化都很大的关系，无论是平均的大气温度还是年平均的地面温度，都会不同程度的给冻土造成影响，通常地区，在没有冻结之前，地面温度都会高于气温，在地面马上开始冻结前，地面的平均温度和最低温度都会低于同一时刻的大气温度，但是土体也有可能会冻结，原因是土中水分由于受到土颗粒表面能的束缚且含有化学物质，使冻结温度要低于0℃，地表的温度由于周期性的波动造成的温度梯度，产生相应的热能，传导于地下，在最大季节冻深内，地温变化的强烈，导致季节性冻土易随着季节变化融化和冻结，而季节性冻深以下的地温不随时间变化而变化，这种稳定的温度场给季节性冻深以下的多年冻土提供绝佳的条件，季节性冻深以上冻土的温度场同样影响着冻土中未冻水的运动迁移的方向和冻土的强度。在暖季时，季节性冻土的温度处于零度以上，季节性冻土融化，当冬季来临时，最大季节融化深度以上，地表以下，进行双向冻结，因此温度影响着冻土的冻胀和融沉以及冻土的物理、化学性质等一系列变化。在对一个地区的季节变化及年平均气温进行研究分析时，需要勘探和理论计算相结合。

2多年冻土地区道路主要病害及其原因分析

2.1沉陷

沉陷是道路施工完成后，随着时间的延长与荷载的作用，路基在垂直方向上常会产生较大的变形。沉陷从反映在路面上的结果分为不均匀下沉、局部沉陷、整体下沉三种类型。沉陷是多年冻土地区最常见的道路路基病害，如在214线的鄂拉山段、K446+000处阳坡一侧路面出现约200m长沉陷，路表面呈波浪状，沉陷量达10～20cm，并有纵向裂缝存在多处沉陷病害。

沉陷主要原因有热溶沉陷和压密沉降。热溶沉陷主要是由于填土高度不够、侧向保护未被重视、全球及青藏高原气温的升高；压密沉降是在筑路的过程中，由于对路基填土密实度和含水量的控制不好，路基自身的压密变形使路面产生显著的沉降。在多年冻土地区，尤其是富含冰的冻土地区，由于路基的修筑对下部冻土的热平衡产生扰动，结果使冻土融化，在路基和上覆荷载的作用下，就必然存在融化下沉和压缩变形，并最终导致路基和路面的沉降变形。沉降变形如果在道路纵向不均匀，就会产生沿道路纵向的波浪形状，沉降量越大，波浪幅度越大，波浪波长也越长；沉降变形如果在道路横向不均匀，就易于产生路基、路面的纵向裂缝。

2.2翻浆与不均匀冻胀

在冬季过后，地下季节性冻土开始融化，大量的水使路基强度下降，在行车荷载的作用下，地下蕴含着的泥浆被挤出，翻浆深度较浅，存在季节性冻土与多年性冻土地区，冬季来临时，季节性冻土开始冻结，在一定的温度下，达到了冻结线，不再向下冻结，下面是多年冻土，形成隔水层，浅水层中的水无法向下渗出，由于季节性冻土压力的作用，浅水层的水不断向上迁移，温度回暖后，受行车荷载的作用，地下泥浆被挤出，多年冻土区中含有较多的冰，融化后，形成的翻浆特点是翻浆深度较深，种种研究表明，在冻土地区，冻胀与翻浆相辅相成，互相作用，冻胀严重，翻浆也越严重。

2.3路基裂缝

在多年冻土地区，路基裂缝往往是由于路基下冻土融化不均匀、融化压缩变形两不一致而引起。路基裂缝主要是路基纵向裂缝，路基纵向裂缝与路基下多年冻土的含冰量密切相关，随着冻土含冰量的增大，路基纵向裂缝病害加剧。

路基纵向裂缝产生的主要原因是多年冻土地区冻土地温变化、路基工程地质水分状态变化、路基提高加宽，阳面受热面积加大、路基施工加宽部分压实不足，其中路基阴阳面新的热干扰是导致路基路面纵向裂缝的重要原因。

3冻土地区病害处治措施

3.1地表排水

地表及地下水无法排出，是导致冻土地区道路病害的根本，因此排水设施显得尤为重要，在施工期间，设置暗沟，涵洞等排水设施，其中要特别注意排水设施的截面尺寸，进行渗流量，水力计算等，以及设置沟口保温措施，防止冬季气温过低，沟口及涵洞口被冰堵塞，失去作用，在修建排水措施时，应对需要保护的冻土进行保温，设置足够的保温层，以免在施工时对冻土进行扰动使其融化。

3.2隔热层路基

修建路基时，设置隔热层，隔热层的目的是阻隔大气中的热量，防止热量向下传导，导致冻土融化，隔热层的材料近年来一般选择聚苯乙烯泡沫材料，它具有导热系数小，热阻高的特点，空隙率大，材料的孔隙被空气填充，空气的导热系数比水小的多，但是这种方法也有弊端，在长时间的冻融循环下，隔热层材料容易吸水老化，隔热效果逐渐降低，需要循环养护。

3.3热棒路基

近几年，热棒技术逐渐成熟，热棒中具有蒸发器和冷凝器，原理是大气中的热量逐渐向下传导，热棒中的蒸发器将不断地吸收向下传导的热量，使热量蒸发上升，到热棒的冷凝气中冷凝成液体，受重力的作用再穿入下部，使下部的温度逐渐降低，直至上下温度达到平衡，这对冻土创造了很好地制冷效果，提高了冻土路基的稳定性。

结语

由于多年冻土地区的道路存在诸多病害，问题突出，从而影响道路的正常使用寿命和功能，造成因为早期破坏而增加的人、财、物的重复投入和浪费。因此，对这一特殊地区的道路养护和维修，以不断提高冻土地区道路的运营服务质量和延长道路使用年限就显得非常重要。

参考文献：

［1］陈继，冯子亮，盛煜，等．214国道沿线的多年冻土及其工程地条件评价［J］．冰川冻土，2014，36（4）：790－801．

［2］张钰鑫，谢昌卫，赵林，等，刘广岳，王武，刘文惠．青藏高原可可西里卓乃湖溃决出露湖底多年冻土形成过程的监测与模拟［J］．冰川冻土，2017，39（5）：949－956．