多年冻土区公路病害与处置对策研究

刘伟伟

【摘要】针对多年冻土区的特殊气候环境特征，在对多年冻土区公路的大量普查以及对重点病害路段的调查与钻探基础上，总结了多年冻土区公路沥青路面的主要病害类型，系统地分析了路面使用性能，同时研究分析了混合料低温特性和配合比设计，以及高等级公路沥青混合料的组成设计，所得结论对公路工程具有一定的指导意义。

【关键词】道路工程；多年冻土区；沥青路面；病害

一、冻土区公路路面病害发生的原因

1.恶劣的自然环境

青藏高原海拔高，多年平均气温在零度以下，高原辐射量是内地地区平均的两倍以上。在恶劣的自然条件下，公路路面沥青老化严重，沥青面层极易变脆变硬，路面开裂、面层裂缝、松散现象严重，在加上高原区域的强烈太阳辐射以及气温急剧变化的影响。路面病害程度进一步加尉。

2.沥青路面的热吸收率高导致路面下出现融化盘和融化核是导致路面瘸害

经过对沥青路面和砂石路面的热吸收的研究分析发现，沥青路面地表反射率要比砂石路面减少15%以上，对太阳辐射的吸收率则高出20%以上，沥青路面温度平均比砂石路面要高出5℃左右，在夏季，沥青路面的温度甚至是砂石路面的五倍以上，正是沥青路面温度要高于公路周边，路面下面的季节性融化层比周边土壤一般会提前20—30天融化，而在冬天，冰冻的时间又会推迟20天左右，路面高温的存在彻底改变了冻土与大气间的热交换条件，打破了地表的热平衡，阻碍了地表面的蒸发过程，形成了路面下面的融化盘。融化盘内的水分冬季冻结，产生冻胀力，夏季融化，导致地基沉降。长时间融化盘内水分的汇集会使得融化盘转化为融化不冻核，融化不冻核事实上是路基下面漂浮的一层含水量大，土壤成分较少的夹层，在路基、路面重力作用下会发生移动或迁移，从而导致路基下沉变形，进而引发沥青路面的变形、下沉病害。

二、主要病害

1.纵向裂缝

在路基的阳坡或者当路基边坡坡脚有积水时，这时路基容易产生纵向裂缝这种病害。其产生的原因主要是由于气温变化导致路基土的不均匀的冻胀和收缩。纵向裂缝在冬季时最为严重，随着春季气温升高，裂缝会随着土体的不均匀变形的减少而减少。但是这种冻融循环性致使路基的稳定性遭到损坏，进而路基边坡会受到车辆荷载应力的作用而发生滑塌。当环境温度非常低时，相应的冻土温度也会降低，这会导致路基土发生裂缝病害的概率增大。同时当冻土地区环境温度不稳定时，其发生病害的几率也会大大提高。

2.路基融沉

路基融沉也是冻土地区路基的主要病害，其产生的原因主要是因为在降水、光照、路基路面的材料类型、破坏形式等的影响下，导致路基下伏冻土上限下降，使新旧上限问软弱夹层的承载能力降低，在荷载应力的作用下形成路基融沉。当多年冻土含冰量较高、路基填土不均匀的条件下、路面为黑色面层时，路基土更容易产生不均匀变形，进而产生融沉。这种路基病害会导致路面的不平整，不仅导致了通行能力的下降，更给行车的安全和舒适带来了一定程度的影响。

3.边坡冻融疏松

路基边坡病害中最常见的一种病害是边坡冻融疏松，他在边坡中出现的频率非差之多。这种常见的病害是由于大气温度大幅度的升降，导致了含水量较高的边坡表面的孔隙率增加，进而致使路基遭受了降雨的浸刷和冻融循环破坏，最终使路基产生了边坡冻融疏松破坏。

三、路基病害防治

1.纵向裂缝

纵向裂缝按其形成方式可以分为反射缝和沉降缝，对于纵向裂缝的防治，主要分为直接防治和间接防治，通过向裂缝内灌浆或增加土工隔栅结构层的等处治措施称为直接处治措施；通过遮阳板等结构防治裂缝的进一步发展的措施成为间接处治措施。灌浆处治措施主要是通过将热沥青灌人裂缝中来填合缝隙，适用于裂缝宽度叫较小的纵向裂缝。通过热沥青填合裂缝，可以防止水分进入路面层内部，冲刷路面基层。有效的减轻了路面冻胀的形成，遏制了裂缝的进一步发展扩大。土工隔栅处治措施是通过将面层开挖，露出路面基层，在裂缝的开裂范围内铺筑土工隔栅，然后按照原有路面的结构进行回填碾压，从而形成土工隔栅抗裂层。土工隔栅由于其较高的抗拉强度，可以有效的防止裂缝从基层底部向上的扩展，对于防治反射型裂缝具有良好的效果。对于沉降缝，由于土工隔栅的防水作用不明显，不能有效的阻止从上而下的水分侵入，因此对于沉降性裂缝的防治效果欠佳。

间接防治主要适用于高海拔地区。由于高海拔地区的太阳辐射大，导致路面的向阳和背阳处的温度差异明显，路面容易在向阳和背阳的分界面处产生温差，导致向阳面的路基内部冻土融化，路面产生不均匀沉降，继而发生开裂。因此在路面向阳面设置遮阳板能够有效的控制路面的温差，保证了路基和路面的稳定性，减少了路面因冻融循环产生的开裂。

2.边坡冻融

由于边坡内部也含有冻土层，因此在气温升高时，也可能引起边坡内冻土层的融化，致使边坡内部的含水量增高，随着自由水的转移，路基含水量会明显升高，继而引发路面病害。对于边坡冻融的防治主要通过加宽路肩来延长水分的渗流通道，从而减少边坡内水分向路基内部的迁移。对于已经产生病害的路段，可以通过向边坡喷洒固化剂的方法进行预防性養护。

3.路基融沉

多年冻土地区路基融沉病害会导致路面的不平整，它对路基结构的损坏也是不可忽略的。针对这种路基病害，主要的处治措施主要有换填法技术和热棒技术这两种，其中换填法技术涵盖了碎石片、碎石桩和通风管等换填材料。

4.以桥代路

用桥梁跨越极不稳定的高温多年冻土地带，最大限度减少路基和冻土的的接触面，以此达到保护冻土的目的。

图2 以桥代路施工情况

四、结束语

本文系统的分析了多年冻土地区的一些普遍存在的路基病害，如裂缝、融沉、冻融疏松、边坡水损坏等，同时为这些病害优选出了较为合理的处治方案，对此地区路基和道路的设计、施工与养护维修具有重要的参考价值和借鉴意义。

参考文献：

[1]田乐.多年冻土地区路基病害处治新技术探索与实践[D].2012.

[2]孟庆猛，樊宇朔.多年冻土地区路基主要病害及其防治措施[J]黑龙江科技信息，2012，12：283.