高含冰量冻土路基的特殊处理措施与施工

高含冰量冻土路基的特殊处理措施与施工

胡振明

胡振明

中城建第二工程局集团有限公司江苏省盐城市224005

[摘要]随着社会的发展，人们对于高含冰冻土路基越来越关注，本文主要是针对高含冰冻土路基的处理方法和施工进行了分析，从而对冻土路基进行控制，有效降低冻害发生，保证行车安全。

[关键词]高含冰量；冻土路基；处理措施；施工

引言

多年冻土是一种特殊的土体，每年多年冻土区的地表活动层都会随着季节的变换而融化和冻结，并伴生各种不良地质现象，因此需要加强高含冰量冻土路基的特殊处理。

1、冻土工程地质特性

1.1、冻胀融沉性

冻土也具有热胀冷缩的特性，冻土中的水发生相变，土的体积则发生变化，当大量的水分从液态转化为固态时，土的体积便发生冻胀；当水从固态转变为液态时，土便发生融化下沉，这就是冻土的冻胀融沉特性。

1.2、热稳定性

多年冻土土体温度(简称地温)是反映多年冻土热稳定性的重要指标，即年较差为零的深度处的地温。年平均地温低，多年冻土的蓄冷量大，热稳定性好；年平均地温高，多年冻土的蓄冷量小，热稳定性差。

1.3、对外界环境变化的敏感性

一般情况下，多年冻土天然上限附近高含冰量冻土比较发育，由于其埋深浅，对环境变化极为敏感，例如气温升高、水对多年冻土的热侵蚀、生态环境恶化(如植被退化)导致多年冻土吸收的太阳辐射热量增加及人为活动引起多年冻土地温场变化等。这些因素都将导致多年冻土地温升高、热稳定性变差。

2、多年冻土地区公路路基病害形态

2.1、路基沉陷埋

藏浅的多年冻土往往有地下冰存在于冻土天然上限附近的细粒土和粗粒土中，受到生态、气温、水分以及人为建设活动的影响之后融化，土体在上部车辆和土体自身重力作用下发生融沉；若路基填土高度不够，路基排水不畅等问题也易导致公路路基土层季节融化深度加大，路基破坏变形加重。

2.2、路基裂缝

由于路基存在阴阳坡的现象，导致路基温度场冻土上限横向不对称，产生不均匀沉降，在多年冻土路基表面路肩等部位往往出现纵向裂缝，裂缝宽度在几毫米甚至几十毫米，长度在几米甚至几十米，对路基稳定性影响很大。

2.3、路基交界处不均匀变形

由于路堤与路堑、路堤与桥梁之间的结构型式、几何尺寸均不同，路基交界处的温度场受到不同程度的影响，土体中含有的冰晶体发生融化，在车辆荷载的作用下容易产生不均匀变形。

2.4、路基冻胀与翻浆

路基土层中地下水冻结成冰产生体积膨胀，使路基发生不均匀冻胀，而导致路基变形开裂含有大量冰体的路基从上到下融化时，由于水分过多，又不能及时下渗，在车轮作用下使路基发生坍滑，路面开裂冒泥等翻浆病害。

2.5、路基边坡滑塌

多年冻土的路堑经人工开挖后，冻土的埋藏深度将变浅甚至完全暴露于大气中，土层中原有的热力平衡被打破，出现热融现象，冻土中的固态冰融化，含水率增加，土体强度急剧下降，导致路堑边坡开裂下滑。

3、冻土路基病害出现的原因

多年冻土在热胀冷缩的作用下会发生退化，当冻土融化时便会使得路基变形，通常情况下冰层如果含土或者处于完全是冰并且比较厚的地下冰路段变形情况比较严重，而少冰以及多冰的路段冻土比较小。也就说地质条件不同，路基的变形情况也就不一样。当地段由亚粘土以及亚砂土等细小颗粒构成时，因为含冰量比较高的冻土在不断发育，所以融沉量就比较大，路基的变形情况也就更为严重;而相对的一些由碎石和砾石等粗糙颗粒构成路段，因为高含冰量冻土在此发育比较困难，所以融沉量就比较小，路基也就不会有太大的变化;冻土区的年平均地温不一样，路基的变形也会不同，一般情况下高温多年冻土区的路基变形会比较大;而低温多年冻土区的路基则比较稳定。

4、高含冰量冻土路基的特殊处理措施与施工

4.1、保温隔热层

路基保温隔热层路基是在保证一定路堤高度下，利用一些特殊的工业材料性质，来增大路基热阻、减少大气（太阳）热量传入路基下的一种路基结构形式。可以很好的达到保护冻土延缓冻土退化的作用。目前常用的聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS板）、聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS板）等。

4.2、碎块石路基

当高速公路位于一些高原高温、高含水量的多年冻土地区，采用传统的路基结构难以保证路堤结构的安全性和稳定性时，可采用碎石作为路基填料，通过碎石空隙中空气对流原理，利用外界的冷空气来不断的为碎石路基内部的温度场进行降温，达到保护路基的目的。

4.3、遮阳板路基

采用遮阳板护坡能起到对路堤堤身和基底土的冷却作用，在路基吸热量较多的一侧设置遮阳板，一方面能阻止太阳对路基边坡的直接照射，辐射热降低明显，路堤温度随之减小，另一方面能遮蔽雨水，切断了大气降雨对路基的水源补给，减少了有融化潜热的水分下渗路基，从而保护冻土路基。在多年冻土地区，公路路基填土高度在3m以上时，采用遮阳板护坡效果比较明显，可有效降低地温。

4.4、硅藻土护道

硅藻土为疏松的多孔结构，具有极强的孔隙吸水能力，将水分掺入硅藻土中构成热交换结构，在融化季节，结构的导热系数在液态水状态下相对小，有利于阻止热量向路基方向内传递；在冻结期，水分变为固态水，结构的导热系数会得到大幅度的提高，从而加快路基向大气的散热。硅藻土适用于秋季降雨较多的多年冻土地区。

4.5、采用块石护坡来保护冻土路基

这是一种主动对路基进行保护的方法。寒冷的季节来临时块石层的导热系数比土高5－－10倍以上，所以采用块石层进行施工，它可以增强地基的蓄冷量，并且其对冻土的保护效果要比其他种类的保温材料。因为采用块石护坡路基形成的孔隙性比较大，可以任由空气进行流动或者被迫进行流动。当天气回暖时，热空气会自动上身，而块石的温度不会受到影响，仍然处于低温状态，它里面的对流也就变成了对流换热向上，孤儿被传入地里的热量就会比较少。二当天气变寒时，空隙里便会渗入冷空气，形成换热向下的对流，使得较多的冷量被传到地基里面去。一般情况下块石在寒暖季的热传导量差不多，然而导热自身不会占整个热传输多大的比重，对流传热才是主导力量，因而说采用块石对路基进行护坡所形成的便是热量输入小于冷量输入的效果。除此之外块石护坡路基因为空隙比较大、自由对流比较强使得冷量交换以及屏蔽热。

4.6、将冻结带和隔热保温的路基相结合

施工人员通常会采用先冻结再进行保温的方法处理一些公路断面比较窄的低填方路段的病害问题，从而使冻土恢复到人为上限，这种方法见效快，对于此类路段的病害很有效。一般会选择一年当中温度最低的时候进行施工，为了确保路基的稳定性，常会先纵向进行开挖3－－5m左右的东结沟，然后选择路基两侧的位置交错进行设置，这样做的目的是为了有足够的力量来支撑坑壁，以免坑壁出现大面积的滑塌情况，也有利于加固路基。等到成功挖成东结沟以后，再把冻结沟的两侧坑壁以及坑的底部冷冻四到五个月左右，以确保施工的质量。

结束语

正确选择冻土施工方法和技术可以有效地保证冻土区路基工程的稳定，因此对于冻土路基的处理必须要结合实际情况采取相应的措施，为人们的安全提供一定的保障。

参考文献

[1]樊凯.多年冻土地区特殊路基设计与施工技术研究[D].长安大学,2009.

[2]王多青.多年冻土路基工程技术探索与实践[J].铁道建筑技术,2009,09:60-64.

[3]戴宇.浅谈青藏高原高含冰量冻土路基施工[J].科学之友,2010,05:41-42.