凍土地區(qū)公路的病害特征及防治措施
內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市位于我國東北部，地處高寒地區(qū)，凍土分布較多。為研究多年凍土地區(qū)道路修筑技術“30l國道多年凍土地區(qū)路基路面穩(wěn)定性研究”課題列入“八五”交通部行業(yè)聯(lián)合科技攻關計劃，在30l國道甘一博段上鋪設了試驗路，并于2002年進行了技術鑒定。111國道騰大段“高寒地區(qū)島狀凍土軟土地基處理研究”課題于1998年自治區(qū)交通廳批準立項的科研課題。本文以這兩個項目的研究成果為主要依據(jù)，探討分析凍土地區(qū)公路的病害特征及防治措施。
1、凍土地區(qū)公路的病害特征及原因分析
1．1 翻漿
在高寒凍土地區(qū)，由于在土壤凍結過程中匯聚了過多的水分，且土質狀態(tài)不好，到春暖化凍時水分不能及時排出，從而造成土基軟弱，強度降低。在車輛荷載的作用下，路面發(fā)生彈簧、裂紋、鼓包、車轍、唧泥等現(xiàn)象，稱為翻漿。
1．2 凍脹
高寒不良土質中所含的水分在負溫下結晶，生成各種形狀的冰侵人體而導致土體積的增大。其主要表現(xiàn)是土層表面不均勻的升高。凍脹土與結構物基礎之間主要產生凍結力和凍脹力（分為切向凍脹力、法向凍脹力、凍脹反力）。
凍脹本身不僅引起道路破壞，還可引起橋梁、涵洞基礎的凍害，特別對早期所修建的尤為突出。主要表現(xiàn)為橋梁墩、往基礎凍脹隆起，融化下沉，臺身在切向凍脹力和法向凍脹力共同作用下出現(xiàn)裂縫，甚至墩（臺）基礎整體上抬或傾斜。涵洞凍害主要表現(xiàn)為洞身的凍脹隆起和融化下沉，端墻及八字翼墻圬工開裂及涵洞管節(jié)的錯位和脫離。
1．3 融沉
在多年凍土地區(qū)，由于地下冰層埋藏較淺，在施工及運營過程中各種因素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生沉陷，從而造成路基嚴重變形。主要表現(xiàn)為路基下沉，路堤向陽側路肩及邊坡開裂、下滑，路塹邊坡溜塌等。融沉病害多發(fā)生在低路堤地段。
1．4 其他病害
除了以上幾種常見凍害外，還有冰丘、冰錐、延流冰等，也容易使路面產生縱向裂縫、橫向裂縫網裂等。
2、試驗路鋪筑及觀測情況
為了限制公路各類凍害的發(fā)生，并了解不同性質的路面路基填料、路基高度對基底多年凍土溫度變化規(guī)律的影響，從而取得凍土溫度及筑路材料的熱物性和路基形狀、氣候條件等因素之間的內在規(guī)律，確保凍土地區(qū)筑路的穩(wěn)定，在兩個凍土研究項目上都做了一定長度的試驗路段。
2．1 301國道甘一博段的試驗路
在交通部科研“八五”行業(yè)聯(lián)合攻關項目“30l國道沿線島狀凍土地區(qū)路基路面穩(wěn)定性研究”中，其在30l國道甘一博段的施工樁號k140十400～k140十800、k158十900～kl59十400，kl80十400～k18l十300三個段落上鋪設試驗路。路基要求0～80 cm范圍內填筑碎石土，且其中的土的含量不大于10％，以增加基底透水性，提高承載力，并起到阻止毛細水上升過高而造成路基含水量過大的作用，降低在秋凍季節(jié)低溫下發(fā)生嚴重凍脹的可能性。路面結構為4cm瀝青混凝土，25cm水泥石灰綜合穩(wěn)定砂礫，40cm天然砂礫。在試驗路施工過程中，根據(jù)不同情況適當增加第一層碾壓厚度及增大壓路機噸位，減少路基沉降，提高路基整體強度。第一層填料厚度以碾壓成型而不產生松軟現(xiàn)象為宜。試驗路路基填筑完工后對路基進行了彎沉和承載板試驗。
2．2 111國道騰克——大楊樹段試驗路
在111國道騰克——大楊樹段上進行的是自治區(qū)交通廳科研項目“高寒地區(qū)島狀凍土軟土地基處理研究”，其中不僅要求對凍土進行處理性研究，還要對軟弱地基進行處置，因而試驗路上對路基進行了多種方案處理。在29十100～30十100用密實法即各類校進行擠密；在60十800～62十800采用了換填法，換填素土和換填砂礫；在64十600～65十400采用拋石擠淤法和拋石擠淤法+反壓護道。路面結構為5cm瀝青混凝土，20cm水泥穩(wěn)定砂礫，20（40）cm天然砂礫。經多種方法經濟分析，認為處理淺層軟基凍土用拋石和換填比較經濟科學；處理較深層的軟基凍土，可結合當?shù)貙嶋H情況，選用不同的密實法處理。
3、公路凍害的防治措施
（1）掌握影響凍土的主要因素，了解破壞機理，改進設計方法。
多年凍土地區(qū)公路設計一般可采取以下方法。
①保護凍土。在進行公路設計時，通過采取適當?shù)拇胧?，如設置保溫層、保溫護道、鋪筑淺色路面等措施保證公路的人為上限不低于天然上限。該原則主要用于低溫多年凍土段，年平均地溫為－1．5～—3．5℃，含冰量高，凍土人為上限較淺的路段。
②控制融化速度。其路基高度按滿足公路設計使用年限內路基變形量不大于允許變形量的設計方法進行設計。該原則主要用于地溫較高，年平均地溫－0．5～－1．5℃，含冰量低的路段。
③加速融化。主要用于地溫較高少冰凍土或富冰凍土且厚度較薄的地段。前一類，凍土融化的下沉量較小，當基底融深為3～5m時，即使下沉量大一些，一般不會危及路基穩(wěn)定性。后一類可采取挖除預先融化富冰土層或用人工爆破、機械鏟除富含冰層并換填干燥土層。
（2）改進施工技術，加強養(yǎng)護管理。
（3）加強環(huán)境保護意識，維護多年凍土地區(qū)的生態(tài)平衡。
（4）采取適當措施，進行公路凍害綜合防治。
①提高路基高度，降低垂直地溫梯度。路基的高度應以降低垂直熱流至接近熱平衡為原則，使凍土上限埋深達到可能融化的最大深度，一般要根據(jù)實測資料，進行熱學計算得到，也可參照表2取值
②放緩邊坡或加寬加高護坡道。護坡道的寬度不宜小于2～3m，在排水不暢的地段不宜小于5m。高度一般0．8～1．5m為宜（主要考慮到經濟性）。如放緩邊坡，則邊坡坡度可取1：2．5～3．0。
③改善排水設施，加強地面排水。
④選擇適宜路基填料。在內蒙古多年凍土地區(qū)進行公路工程的建設中，設計和施工要嚴格遵循既有的規(guī)范規(guī)程，要認真做好凍土工程的地質勘探，正確評價工程建設條件。在條件許可的情況下，選擇水文地質良好的地段通過。同時，要在實踐中探索方法，尋找規(guī)律，積累經驗，做到科學設計，合理施工，及時養(yǎng)護，避免公路凍害的發(fā)生。
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