季节性冻土区路基病害分析及处理

朱秋颖

摘 要：大庆油田地处季节性冻土地区，自然环境较差，冬夏温差巨大，道路路基伴随着季节性的冻结和融化，伴生有各种冻土现象，继而产生一系列路基病害。冻胀与翻浆是两种危害较大的路基病害，土质、水、温度是形成冻胀与翻浆的三个基本条件。随着油田开发建设的不断增加，为了减少冻胀与翻浆带来的路基病害，根据路基所处的环境及特点，应积极采取相应措施。

关键词：冻土；基；冻胀；翻浆

中图分类号：U213 文献标识码：A

路基是道路的重要组成部分，作为路面的基础，它与路面共同承担行车荷载和自然气候的影响。路基强度与稳定性是保证路面强度与稳定性的基本条件。

冻土区是指零摄氏度或零摄氏度以下，各种含冰的岩石及土壤的地区，按土的冻结状态保持时间的长短可将冻土区分为：多年冻土区（数年至数万年以上）、季节冻土区（半月至数月）与短时冻土区（数小时、数日以至半月）。

大庆油田地处寒带，属季节性冻土地区，自然环境较差，冬夏温差巨大，长垣地区极端最低气温-36.2℃，最大冻土深度为2m，冻土是一种相对复杂的多相天然复合体。道路路基伴随着活动层季节性的冻结和融化，产生一系列的路基路面病害，从而对道路的使用寿命造成一定的影响。

1 路基病害类型及原因

（1）冻胀

冬季低温作用下，如有水分供给时，路基从上而下逐渐冻结，处于聚冰层下部的水分，在渗透压力差和结晶力的作用下，以薄膜水和毛细作用的移动方式不断地向冻结锋面集聚，形成较厚的聚冰层，最终在路基上部形成多层次冰夹层，土中所含的水分在负温作用下结晶变成冰时，体积会增大9%，土颗粒发生相对位移，使路基土体在冻结期间产生不均匀冻胀，导致路面不均匀隆起，从而出现路面开裂等现象，给道路和行车带来一定危害。

通常产生不均匀冻胀的层位主要出现在路基上部的某一深度范围内，超出该深度范围，水分的迁移受冻结土层的阻碍而大大减弱，不均匀冻胀停止，该深度为临界冻结深度，各种土的临界深度见表1。

（2）翻浆

由于冬季温作用，路基土体含水量增大，春暖化冻时，气温逐渐升高，路基上层开始融化解冻，滞留在路基上部的水分被未融化的冻土所阻碍，不能及时地被排出，路基就会形成潮湿软化的状态，其强度急剧下降。在大型作业车、特种车辆的碾压下，路面下沉，导致泥浆从裂缝中挤出，形成翻浆，失去承载能力。直至冻层完全化冻，待水分疏干，路基才逐渐恢复承载力。冻胀与翻浆伴随形成，是統一过程的两个阶段，既具有一致性又具有差异性。一般情况下，冻胀大的路段，容易翻浆或翻浆较重；反之，冻胀小或不冻胀的路段，不易造成翻浆或不翻浆。

2 影响因素

（1）土质

不同的土质，对于冻胀的敏感性也不尽相同。饱水状态下，某些土质会产生剧烈的冻胀，某些土质冻胀作用则几乎微弱。例如，粉性土具有最强的冻胀性，从而更容易造成翻浆；粗粒土在一般情况下，不易引起冻胀和翻浆。

（2）水

冻胀与翻浆实质上就是水分在土体中迁移、相变的过程，水是引起冻胀最基本的条件。当然，并非所有含水的土体都会产生冻胀，只有当土体中的含水量超过一定临界值时才产生冻胀，这个临界值称为起始冻胀含水量（w临）。当土体含水量ww临时，土体出现明显的冻胀现象。

（3）温度

冻胀与翻浆的形成，是冻结深度达到一定程度而形成的。温度体现在土体温度的冷却速度和程度，它是影响土体冻结速度的直接因素。入冬后的温度越低，土体的冻结速度越快，土体中的水分来不及向上迁移，路基上部聚冰不多，冻胀和翻浆则较轻。反之，初冻时气温较高或者冷暖交替变换，导致冻结线长期停留在路基上部，距离路面很近的地方聚集大量的水分，从而形成更为严重的冻胀与翻浆。

（4）路面

冻胀与翻浆最终表现为路面的变形、裂纹、鼓包。当在路基处于潮湿的状态时候修筑沥青路面，由于沥青层透气性较差，路基中的水分从表面蒸发的通路被阻碍，导致聚冰的增多，出现翻浆。

（5）车辆荷载

特种作业车辆、重型机车是油田作业中不可缺少的配套设备，在翻浆季节，随着车辆荷载的增大以及作用频繁程度的增加，翻浆也随之越严重。

3 处理措施

（1）控制土中的含水量

因地制宜采取各种排水方式，例如排水沟渠设计、路槽排水设计，尽可能降低土体含水量，保证路基土的干燥，在源头上减少冻结过程中水分的聚流。

（2）提高路基填土高度

这是一种简单易行且较为经济的常用处理措施。随着路基填土高度适当地提高，路基边缘距离地面水水位或地下水的高度也随之增大，从而减少了冻结过程中水分向路基上部迁移的数量，最终削弱了路基的冻胀程度，降低了翻浆的程度与可能性。同时，提高路基土的压实度也可减少水分迁移的数量，降低聚冰程度。

（3）加强路面结构

在冻胀与翻浆路段，可采用整体性较好的石灰土、煤渣石灰土（二渣土）、水泥稳定砂砾等半刚性结构层，以加强路面结构。这样可以有效地减少冻胀与翻浆对路面结构及承载力的影响。

此外，在严重的冻土地区，可通过设置隔离层、防冻层、隔温层等措施减轻冻胀与翻浆的发生。

结语

路基是影响道路建设质量的关键，若处理不当，不但影响路基质量，还将影响道路的使用寿命，增加维修养护费用。季节性冻土地区路基受自然条件制约，产生的路基病害是各种条件相互作用的结果，土质、水、温度、路面、车辆荷载均为影响冻胀与翻浆的因素。随着自然环境的变化，以及油田开发建设，生产、生活活动的增多，预防冻胀变得越来越迫切。只有考虑到造成路基病害的各种因素，做出相应的特殊设计、做好相关处理措施，才能提高路面的使用品质。

参考文献

[1]周幼吾，等.中国冻土[M].北京：科学出版社，2000.