季節性凍土區路基病害分析及處理

朱秋穎

摘 要：大慶油田地處季節性凍土地區，自然環境較差，冬夏溫差巨大，道路路基伴隨著季節性的凍結和融化，伴生有各種凍土現象，繼而產生一系列路基病害。凍脹與翻漿是兩種危害較大的路基病害，土質、水、溫度是形成凍脹與翻漿的三個基本條件。隨著油田開發建設的不斷增加，為了減少凍脹與翻漿帶來的路基病害，根據路基所處的環境及特點，應積極采取相應措施。

關鍵詞：凍土；基；凍脹；翻漿

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A

路基是道路的重要組成部分，作為路面的基礎，它與路面共同承擔行車荷載和自然氣候的影響。路基強度與穩定性是保證路面強度與穩定性的基本條件。

凍土區是指零攝氏度或零攝氏度以下，各種含冰的巖石及土壤的地區，按土的凍結狀態保持時間的長短可將凍土區分為：多年凍土區（數年至數萬年以上）、季節凍土區（半月至數月）與短時凍土區（數小時、數日以至半月）。

大慶油田地處寒帶，屬季節性凍土地區，自然環境較差，冬夏溫差巨大，長垣地區極端最低氣溫-36.2℃，最大凍土深度為2m，凍土是一種相對復雜的多相天然復合體。道路路基伴隨著活動層季節性的凍結和融化，產生一系列的路基路面病害，從而對道路的使用壽命造成一定的影響。

1 路基病害類型及原因

（1）凍脹

冬季低溫作用下，如有水分供給時，路基從上而下逐漸凍結，處于聚冰層下部的水分，在滲透壓力差和結晶力的作用下，以薄膜水和毛細作用的移動方式不斷地向凍結鋒面集聚，形成較厚的聚冰層，最終在路基上部形成多層次冰夾層，土中所含的水分在負溫作用下結晶變成冰時，體積會增大9%，土顆粒發生相對位移，使路基土體在凍結期間產生不均勻凍脹，導致路面不均勻隆起，從而出現路面開裂等現象，給道路和行車帶來一定危害。

通常產生不均勻凍脹的層位主要出現在路基上部的某一深度范圍內，超出該深度范圍，水分的遷移受凍結土層的阻礙而大大減弱，不均勻凍脹停止，該深度為臨界凍結深度，各種土的臨界深度見表1。

（2）翻漿

由于冬季溫作用，路基土體含水量增大，春暖化凍時，氣溫逐漸升高，路基上層開始融化解凍，滯留在路基上部的水分被未融化的凍土所阻礙，不能及時地被排出，路基就會形成潮濕軟化的狀態，其強度急劇下降。在大型作業車、特種車輛的碾壓下，路面下沉，導致泥漿從裂縫中擠出，形成翻漿，失去承載能力。直至凍層完全化凍，待水分疏干，路基才逐漸恢復承載力。凍脹與翻漿伴隨形成，是統一過程的兩個階段，既具有一致性又具有差異性。一般情況下，凍脹大的路段，容易翻漿或翻漿較重；反之，凍脹小或不凍脹的路段，不易造成翻漿或不翻漿。

2 影響因素

（1）土質

不同的土質，對于凍脹的敏感性也不盡相同。飽水狀態下，某些土質會產生劇烈的凍脹，某些土質凍脹作用則幾乎微弱。例如，粉性土具有最強的凍脹性，從而更容易造成翻漿；粗粒土在一般情況下，不易引起凍脹和翻漿。

（2）水

凍脹與翻漿實質上就是水分在土體中遷移、相變的過程，水是引起凍脹最基本的條件。當然，并非所有含水的土體都會產生凍脹，只有當土體中的含水量超過一定臨界值時才產生凍脹，這個臨界值稱為起始凍脹含水量（w臨）。當土體含水量ww臨時，土體出現明顯的凍脹現象。

（3）溫度

凍脹與翻漿的形成，是凍結深度達到一定程度而形成的。溫度體現在土體溫度的冷卻速度和程度，它是影響土體凍結速度的直接因素。入冬后的溫度越低，土體的凍結速度越快，土體中的水分來不及向上遷移，路基上部聚冰不多，凍脹和翻漿則較輕。反之，初凍時氣溫較高或者冷暖交替變換，導致凍結線長期停留在路基上部，距離路面很近的地方聚集大量的水分，從而形成更為嚴重的凍脹與翻漿。

（4）路面

凍脹與翻漿最終表現為路面的變形、裂紋、鼓包。當在路基處于潮濕的狀態時候修筑瀝青路面，由于瀝青層透氣性較差，路基中的水分從表面蒸發的通路被阻礙，導致聚冰的增多，出現翻漿。

（5）車輛荷載

特種作業車輛、重型機車是油田作業中不可缺少的配套設備，在翻漿季節，隨著車輛荷載的增大以及作用頻繁程度的增加，翻漿也隨之越嚴重。

3 處理措施

（1）控制土中的含水量

因地制宜采取各種排水方式，例如排水溝渠設計、路槽排水設計，盡可能降低土體含水量，保證路基土的干燥，在源頭上減少凍結過程中水分的聚流。

（2）提高路基填土高度

這是一種簡單易行且較為經濟的常用處理措施。隨著路基填土高度適當地提高，路基邊緣距離地面水水位或地下水的高度也隨之增大，從而減少了凍結過程中水分向路基上部遷移的數量，最終削弱了路基的凍脹程度，降低了翻漿的程度與可能性。同時，提高路基土的壓實度也可減少水分遷移的數量，降低聚冰程度。

（3）加強路面結構

在凍脹與翻漿路段，可采用整體性較好的石灰土、煤渣石灰土（二渣土）、水泥穩定砂礫等半剛性結構層，以加強路面結構。這樣可以有效地減少凍脹與翻漿對路面結構及承載力的影響。

此外，在嚴重的凍土地區，可通過設置隔離層、防凍層、隔溫層等措施減輕凍脹與翻漿的發生。

結語

路基是影響道路建設質量的關鍵，若處理不當，不但影響路基質量，還將影響道路的使用壽命，增加維修養護費用。季節性凍土地區路基受自然條件制約，產生的路基病害是各種條件相互作用的結果，土質、水、溫度、路面、車輛荷載均為影響凍脹與翻漿的因素。隨著自然環境的變化，以及油田開發建設，生產、生活活動的增多，預防凍脹變得越來越迫切。只有考慮到造成路基病害的各種因素，做出相應的特殊設計、做好相關處理措施，才能提高路面的使用品質。

參考文獻

[1]周幼吾，等.中國凍土[M].北京：科學出版社，2000.