冻土路基病害防治技术浅析

　　冻土路基病害防治技术浅析：对冻土区路基路面冻害的类型进行分析，找到出现路基路面冻害的原因，用科学的原理推断出冻害的防治方法，并与实际相结合，系统地介绍了各种防治方法，为多年冻土区道路建设提供理论依据。　　关键词：冻土路基病害问题解决措施　　近年来，随着全球变暖及路面黑色化后，多年冻土上限退化明显，造成路基不均匀沉降和纵向裂缝等路基病害。同时由于特殊的气候和地理条件，多年冻土路面病害种类繁多，程度严重。这些路基路面病害，严重影响着公路工程使用品种和使用寿命。多年冻土一般指含固态水，冻结状态持续二年或二年以上的土。我国多年冻土主要分布在青藏高原、帕米尔及西部高山、东北大小兴安岭地区，面积占全国陆地面积的22％。因此有必要对多年冻土区防治路基路面冻害进行研究和探讨，为今后在多年冻土区修建道路提供理论依据。　　一、多年冻土区路基主要冻害成因及分析 　　冻土路基变形特征与多年冻土的构造类型、多年冻土工程地质条件、年平均地温以及它们在沿线的平面分布是密不可分的。多年冻土退化过程中，多年冻土融化引起的路基变形，在含土冰层与饱冰厚层地下冰地段变形最大，少冰与多冰冻土最小，富冰冻土介于两者之间；不同地质条件下，以亚粘土、亚砂土等细颗粒为主的地段，由于高含冰量冻土发育产生的融沉量大，导致的路基变形严重，以砾石、碎石等粗颗粒为主的地段，由于高含冰量冻土较难发育，融沉量小，路基相对稳定；不同年平均地温情况下，在高温多年冻土区，高含冰量地段路基变形最大，在低温多年冻土区，路基相对稳定变形量较小。　　路基纵向开裂与路基高度和地质构造特征关系密切。纵向裂缝的发生率与多年冻土稳定程度和工程建设历史有关。多年冻土稳定程度对纵向裂缝影响机理是稳定程度高，则变形小，反之变形大，变形又决定开裂。工程建设历史有两种影响：一是整治路基加高，新老路基连接处，新路基自然沉降大，路基路面均开裂；二是加高路基造成水热平衡状态改变，路基路面产生过大附加应力，形成纵向开裂。（1）路基融沉发育规模在路堤的阳坡和阴坡截然不同，具有坡向性的特点。路基阳坡面太阳照射时间长、强度大，因而阳坡面吸热大于阴坡面，多年冻土融化度大于阴坡，因而造成路基不均匀沉降。(2)在多年冻土稳定区，不均匀沉降较轻的路段路基整体下沉，路面基本平整。在高含冰量多年冻土不稳定区，不均匀沉降严重的路段路基局部凹陷，造成路面的波浪起伏。　　二、多年冻土区路面主要冻害成因及分析 　　在多年冻土区，常年低温和高强度蒸发条件下，沥青面层变脆变硬，路面易产生开裂破坏，因而裂缝、松散类病害发生强烈。水泥混凝土路面和水泥稳定基层强度形成困难，且易产生温缩和干缩裂缝，造成混凝土面板破坏严重，水泥稳定砂砾基层大多处于松散状态。　　三、多年冻土区路基冻害的防治措施　　（一）、在多年冻土区修筑公路工程，块石护坡路基和碎石路基是保护冻土的有效方法之一，属于主动保护冻土的方法。块石层在寒季的当量导热系数是土的5--10倍甚至更多，因此，块石层可有效地提高路基下地基的蓄冷量，保护冻土效果明显优于导热系数不随温度变化的各类保温材料。块石护坡路基由于其孔隙性大，空气可在其中自由流动或受迫流动。当暖季表面受热后，热空气上升，块石中仍能维持较低温度，块石中的对流换热向上。因此，传人地中的热量较少。寒季时，冷空气沿孔隙下渗，对流换热向下，较多的冷量可以传人地基中。块石的热传导量在寒季和暖季可能大体相等，但导热在整个热传输过程中占的比重较小，而对流传热占主要成分，所以块石护坡路基的综合效果是冷量输人大于热量输入。另外，块石护坡路基内以其较大的空隙和较强的自由对流使得冬夏冷热空气由于空气密度差异而不断发生冷量交换和热量屏蔽，其有利于保护多年冻土。　　碎石路基以碎石作为路基填料，和块石护坡路基降温基本原理一样，是基于多孔介质中空气自然对流原理，利用天然冷源使碎石路基温度场持续降低，从而达到多年冻土区路基稳定。 　　（二）、隔热保温路基是在路基内加铺一层保温材料，在不加高路基的情况下，利用保温材料的低导热性(热阻)阻止上部热量进入下部土层，从而起到保护多年冻土的路基型式。保温材料种类繁多，比较常用的是EPS和PU板，他们均能起到保护其下多年冻土的作用。保温效果非常明显，并对路基地温因太阳辐射产生巨大波动起到一种滤波的作用。路基采用保温材料处理后，路基填土及保温层的热阻效应大大减缓了路基上部地温变化向下部土层的扩散。也就是说，保温层对地温波的传递起着明显的阻隔作用。EPS层除具有隔热保温效果外，还起到隔水作用。由于EPS的不透水性，可以阻止路基内因温度梯度作用下的水分迁移，有效限制了水分的自由移动，隔断了地基及路基水分向半刚性基层底部迁移的通道，对防止半刚性基层水损坏起到了一定作用。通过对青藏公路原有半刚性基层开挖观察发现，半刚性基层底部有大量积水，半刚性基层水损坏严重，这就证明路基内部水分迁移量是不容忽视的。对于沥青路面，表面热交换条件的改变所引起的路基内的热积累会导致多年冻土上限的下降，当铺设保温层后，则有可能补偿这部分上限下降，保持多年冻土上限稳定，甚至抬升。隔热材料的导热系数越小，其效果就越佳。隔热层之所以可抬升多年冻土的上限是因为它的热阻效应所致，这种热阻效应在阻止上部热量向下传输的同时也阻止了冷季多年冻土向外部散热。它可以改变进入多年冻土的热周转量，但是不能改变进出多年冻土热量平衡的趋势。修筑道路后路基内通常呈热积累发展趋势，因此隔热层路基属于被动保护冻土方法，其隔热的效果也只是减弱热积累的发展，延缓多年冻土的升温，而不能扭转这种热积累的趋势。 　　（三）、冻结带与隔热保温路基联合方法。此法适用于道路断面较窄(7～9m)的低填方路段，为使路基基底的多年冻土快速恢复人为上限，只有通过先冻结，再保温的做法才能实现。即在路基两侧边坡上，在留有足够的安全距离的情况下，顺道路纵向开挖两道宽度为1--1．5m的冻结沟，深度挖至现有的人为上限。在全年气温最低季节施工，为保证开挖后的路基稳定，采用纵向每开挖3--5m，并在路基两侧交错设置，用于支撑坑壁，防止坑壁大面积滑塌，便于加固。冻结沟开挖完成后，将对冻结沟的底部及两侧壁历时4--5个月的冷冻。　　结论：　　总之,应针对不同状况下多年冻土区路基冻害的形式及原因，本着“因地制宜、经济合理”的原则，采取相应措施对路基冻害进行处治，做到预防为主，防治结合。