高含冰量?jī)鐾谅坊奶厥馓幚泶胧┡c施工

胡振明

[摘要]隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于高含冰凍土路基越來越關(guān)注，本文主要是針對(duì)高含冰凍土路基的處理方法和施工進(jìn)行了分析，從而對(duì)凍土路基進(jìn)行控制，有效降低凍害發(fā)生，保證行車安全。

[關(guān)鍵詞]高含冰量;凍土路基;處理措施;施工

引言

多年凍土是一種特殊的土體，每年多年凍土區(qū)的地表活動(dòng)層都會(huì)隨著季節(jié)的變換而融化和凍結(jié)，并伴生各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，因此需要加強(qiáng)高含冰量?jī)鐾谅坊奶厥馓幚怼?/p>

1、凍土工程地質(zhì)特性

1.1、凍脹融沉性

凍土也具有熱脹冷縮的特性，凍土中的水發(fā)生相變，土的體積則發(fā)生變化，當(dāng)大量的水分從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)時(shí)，土的體積便發(fā)生凍脹;當(dāng)水從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，土便發(fā)生融化下沉，這就是凍土的凍脹融沉特性。

1.2、熱穩(wěn)定性

多年凍土土體溫度（簡(jiǎn)稱地溫）是反映多年凍土熱穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，即年較差為零的深度處的地溫。年平均地溫低，多年凍土的蓄冷量大，熱穩(wěn)定性好;年平均地溫高，多年凍土的蓄冷量小，熱穩(wěn)定性差。

1.3、對(duì)外界環(huán)境變化的敏感性

一般情況下，多年凍土天然上限附近高含冰量?jī)鐾帘容^發(fā)育，由于其埋深淺，對(duì)環(huán)境變化極為敏感，例如氣溫升高、水對(duì)多年凍土的熱侵蝕、生態(tài)環(huán)境惡化（如植被退化）導(dǎo)致多年凍土吸收的太陽輻射熱量增加及人為活動(dòng)引起多年凍土地溫場(chǎng)變化等。這些因素都將導(dǎo)致多年凍土地溫升高、熱穩(wěn)定性變差。

2、多年凍土地區(qū)公路路基病害形態(tài)

2.1、路基沉陷埋

藏淺的多年凍土往往有地下冰存在于凍土天然上限附近的細(xì)粒土和粗粒土中，受到生態(tài)、氣溫、水分以及人為建設(shè)活動(dòng)的影響之后融化，土體在上部車輛和土體自身重力作用下發(fā)生融沉;若路基填土高度不夠，路基排水不暢等問題也易導(dǎo)致公路路基土層季節(jié)融化深度加大，路基破壞變形加重。

2.2、路基裂縫

由于路基存在陰陽坡的現(xiàn)象，導(dǎo)致路基溫度場(chǎng)凍土上限橫向不對(duì)稱，產(chǎn)生不均勻沉降，在多年凍土路基表面路肩等部位往往出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫寬度在幾毫米甚至幾十毫米，長(zhǎng)度在幾米甚至幾十米，對(duì)路基穩(wěn)定性影響很大。

2.3、路基交界處不均勻變形

由于路堤與路塹、路堤與橋梁之間的結(jié)構(gòu)型式、幾何尺寸均不同，路基交界處的溫度場(chǎng)受到不同程度的影響，土體中含有的冰晶體發(fā)生融化，在車輛荷載的作用下容易產(chǎn)生不均勻變形。

2.4、路基凍脹與翻漿

路基土層中地下水凍結(jié)成冰產(chǎn)生體積膨脹，使路基發(fā)生不均勻凍脹，而導(dǎo)致路基變形開裂含有大量冰體的路基從上到下融化時(shí)，由于水分過多，又不能及時(shí)下滲，在車輪作用下使路基發(fā)生坍滑，路面開裂冒泥等翻漿病害。

2.5、路基邊坡滑塌

多年凍土的路塹經(jīng)人工開挖后，凍土的埋藏深度將變淺甚至完全暴露于大氣中，土層中原有的熱力平衡被打破，出現(xiàn)熱融現(xiàn)象，凍土中的固態(tài)冰融化，含水率增加，土體強(qiáng)度急劇下降，導(dǎo)致路塹邊坡開裂下滑。

3、凍土路基病害出現(xiàn)的原因

多年凍土在熱脹冷縮的作用下會(huì)發(fā)生退化，當(dāng)凍土融化時(shí)便會(huì)使得路基變形，通常情況下冰層如果含土或者處于完全是冰并且比較厚的地下冰路段變形情況比較嚴(yán)重，而少冰以及多冰的路段凍土比較小。也就說地質(zhì)條件不同，路基的變形情況也就不一樣。當(dāng)?shù)囟斡蓙喺惩烈约皝喩巴恋燃?xì)小顆粒構(gòu)成時(shí)，因?yàn)楹勘容^高的凍土在不斷發(fā)育，所以融沉量就比較大，路基的變形情況也就更為嚴(yán)重;而相對(duì)的一些由碎石和礫石等粗糙顆粒構(gòu)成路段，因?yàn)楦吆績(jī)鐾猎诖税l(fā)育比較困難，所以融沉量就比較小，路基也就不會(huì)有太大的變化;凍土區(qū)的年平均地溫不一樣，路基的變形也會(huì)不同，一般情況下高溫多年凍土區(qū)的路基變形會(huì)比較大;而低溫多年凍土區(qū)的路基則比較穩(wěn)定。

4、高含冰量?jī)鐾谅坊奶厥馓幚泶胧┡c施工

4.1、保溫隔熱層

路基保溫隔熱層路基是在保證一定路堤高度下，利用一些特殊的工業(yè)材料性質(zhì)，來增大路基熱阻、減少大氣（太陽）熱量傳入路基下的一種路基結(jié)構(gòu)形式?？梢院芎玫倪_(dá)到保護(hù)凍土延緩凍土退化的作用。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、碎塊石路基

當(dāng)高速公路位于一些高原高溫、高含水量的多年凍土地區(qū)，采用傳統(tǒng)的路基結(jié)構(gòu)難以保證路堤結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性時(shí)，可采用碎石作為路基填料，通過碎石空隙中空氣對(duì)流原理，利用外界的冷空氣來不斷的為碎石路基內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行降溫，達(dá)到保護(hù)路基的目的。

4.3、遮陽板路基

采用遮陽板護(hù)坡能起到對(duì)路堤堤身和基底土的冷卻作用，在路基吸熱量較多的一側(cè)設(shè)置遮陽板，一方面能阻止太陽對(duì)路基邊坡的直接照射，輻射熱降低明顯，路堤溫度隨之減小，另一方面能遮蔽雨水，切斷了大氣降雨對(duì)路基的水源補(bǔ)給，減少了有融化潛熱的水分下滲路基，從而保護(hù)凍土路基。在多年凍土地區(qū)，公路路基填土高度在3m以上時(shí)，采用遮陽板護(hù)坡效果比較明顯，可有效降低地溫。

4.4、硅藻土護(hù)道

硅藻土為疏松的多孔結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的孔隙吸水能力，將水分摻入硅藻土中構(gòu)成熱交換結(jié)構(gòu)，在融化季節(jié)，結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)在液態(tài)水狀態(tài)下相對(duì)小，有利于阻止熱量向路基方向內(nèi)傳遞;在凍結(jié)期，水分變?yōu)楣虘B(tài)水，結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)得到大幅度的提高，從而加快路基向大氣的散熱。硅藻土適用于秋季降雨較多的多年凍土地區(qū)。

4.5、采用塊石護(hù)坡來保護(hù)凍土路基

這是一種主動(dòng)對(duì)路基進(jìn)行保護(hù)的方法。寒冷的季節(jié)來臨時(shí)塊石層的導(dǎo)熱系數(shù)比土高5--10倍以上，所以采用塊石層進(jìn)行施工，它可以增強(qiáng)地基的蓄冷量，并且其對(duì)凍土的保護(hù)效果要比其他種類的保溫材料。因?yàn)椴捎脡K石護(hù)坡路基形成的孔隙性比較大，可以任由空氣進(jìn)行流動(dòng)或者被迫進(jìn)行流動(dòng)。當(dāng)天氣回暖時(shí)，熱空氣會(huì)自動(dòng)上身，而塊石的溫度不會(huì)受到影響，仍然處于低溫狀態(tài)，它里面的對(duì)流也就變成了對(duì)流換熱向上，孤兒被傳入地里的熱量就會(huì)比較少。二當(dāng)天氣變寒時(shí)，空隙里便會(huì)滲入冷空氣，形成換熱向下的對(duì)流，使得較多的冷量被傳到地基里面去。一般情況下塊石在寒暖季的熱傳導(dǎo)量差不多，然而導(dǎo)熱自身不會(huì)占整個(gè)熱傳輸多大的比重，對(duì)流傳熱才是主導(dǎo)力量，因而說采用塊石對(duì)路基進(jìn)行護(hù)坡所形成的便是熱量輸入小于冷量輸入的效果。除此之外塊石護(hù)坡路基因?yàn)榭障侗容^大、自由對(duì)流比較強(qiáng)使得冷量交換以及屏蔽熱。

4.6、將凍結(jié)帶和隔熱保溫的路基相結(jié)合

施工人員通常會(huì)采用先凍結(jié)再進(jìn)行保溫的方法處理一些公路斷面比較窄的低填方路段的病害問題，從而使凍土恢復(fù)到人為上限，這種方法見效快，對(duì)于此類路段的病害很有效。一般會(huì)選擇一年當(dāng)中溫度最低的時(shí)候進(jìn)行施工，為了確保路基的穩(wěn)定性，常會(huì)先縱向進(jìn)行開挖3--5m左右的東結(jié)溝，然后選擇路基兩側(cè)的位置交錯(cuò)進(jìn)行設(shè)置，這樣做的目的是為了有足夠的力量來支撐坑壁，以免坑壁出現(xiàn)大面積的滑塌情況，也有利于加固路基。等到成功挖成東結(jié)溝以后，再把凍結(jié)溝的兩側(cè)坑壁以及坑的底部冷凍四到五個(gè)月左右，以確保施工的質(zhì)量。

結(jié)束語

正確選擇凍土施工方法和技術(shù)可以有效地保證凍土區(qū)路基工程的穩(wěn)定，因此對(duì)于凍土路基的處理必須要結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，為人們的安全提供一定的保障。

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