多年冻土地区特殊路基的处理措施探析
摘要：随着道路等级的提高，针对多年冻土的病害，寻求合理的处理方案，保证设计指标和标准是十分必要的。多年冻土的存在不仅给公路施工带来影响，也会给施工后的路基稳定和公路正常使用带来极大的危害。本文即详细阐述了多年冻土地区特殊路基的处理措施。
关键词：多年冻土；特殊路基；冻胀；热棒技术；沙害路段一、多年冻土路基概述
（一）多年冻土的概念
多年冻土是一种由固体矿物颗粒、粘塑性冰包裹体、液相水及气态包裹体组成的特殊的土体。其成分、结构及物理力学性质均不同于一般的土体。冻土对温度十分敏感且性质易变，对寒区经济开发、工程建设以及人类的生存和发展有着重要的影响。我国冻土的分布面积大约 700多万平方千米，巨大的影响范围使我国的公路建设工程不可避免的遭遇冻土所带来的一系列问题。
（二）多年冻土的特性
1、冻土的温度敏感性
温度是影响冻土物理性能的最重要因素。冻土的力学性能与负温成正比关系且温度的变化导致其他性能变化。
2、冻土的相变性
冻土的相变与冻土中冰的形成与融化有关，而冰的形成与融化直接决定于温
度的高低，温度升高，冰会融化成水，从而使土体变得松软，反之，温度降低，冻土中的水形成冰，土体随之变得坚硬。所以冻土的相变也是由温度决定的。
3、冻土的流变性
冻土的流变性是冻土的重要性质之一，它是指冻土在外荷载的作用下，其应力和应变随时间变化的特性。冻土的流变性主要包括三个方面：
外荷载保持不变时，其变形随时间继续增加的蠕变性能；应变保持不变，应力随时间增加而衰减的松弛性能；冻土的强度随作用荷载的时间增加而逐渐降低，即长期强度小于瞬时强度的性能。
4、冻土的冻胀性和融缩性
冻土的冻胀融缩会使得冻土路基遭到破坏。在温度降低的情况下，冻土中的水分会在土体中冻结，形成冰，而体积较大的便会使冻土冻胀。
这样，在温度升高的情况下，冻土中的冰会逐渐向水的形态转化，冻土随之便变软。
二、多年冻土区路基的常见病害
（一）冻胀
冻胀是多年冻土区道路路基非常常见的病害，冻胀会导致路面的开裂和不平整，进而严重影响车辆的安全行驶。温度是道路路基发生冻胀的前提，因为在 0℃以下时，冻土中的水会变成冰的形态，引起道路的冻胀，但与此同时，充足的水分补给也是道路发生冻胀的重要条件，因此，土质、水分、气温的综合作用形成了道路的冻胀。
（二）融沉
多年冻土区道路发生融沉是在包括地域、路基高度、填料类别、水文特征等因素的综合作用下形成的。在施工等人为因素的影响下，路基基底的较厚冰层发生局部融化，在上部荷载的作用下，路基逐渐发生下沉，进而对道路造成严重破坏。融沉因此也是多年冻土地区路基的常见病害。
（三）翻浆
翻浆的发生与路基的冻融有着十分紧密的联系。冬天温度降低，多年冻土区路基的表面会开始冻结，进而引起路面的开裂；在春融时期，温度升高，上部路基最先融化，但下部路基仍处于冻结状态，冻土层里过多的冰水无法排除时，就会使路基上部处于饱水状态，这样，一遇外荷载的作用，路基便会出现翻浆冒泥现象。
三、多年冻土地区特殊路基的处理措施
（一）挤塑保温板
1、保温板路基就是利用保温板的保温性能，在低路基路段阻止暖季大气中的热能传入地基，造成冻土人为上限的下降。其可在设计使用年限内起到保护冻土延缓冻土退化的作用。
2、保温板主要适用于路基高度小于冻土最小设计高度或如满足最小设计高度就会增加较高的工程造价时；路堑处或翻越垭口处需要进行换填保护下伏多年冻土的路段；同时对于冻土本身来说，保温板适用于冻土埋藏较深，温度较低，含冰量较大的路段。
（二）热棒技术
1、热棒是应用于铁路和公路路基中，能够在棒体上部环境温度低于下部环境温度时，将低处的热能向上传递，同时高处的冷能向下传递的管体。一般由金属管和工作介质组成。热棒能够源源不断地循环往复地进行热量传递，最终达到冷却地基下冻土并使之保持冻结状态的目的。
2、热棒技术适用于中高温冻土区、冻土退化区，因为它能够积极主动地冷却路基，保持路基下伏冻土的冻结状态，保护冻土路基的稳定，减少路基病害的发生。对于低温冻土区热棒也同样适用，但可能会增加工程造价，所以低温冻土区可考虑采用一些被动的保护措施，以减少工程造价。
在工程实践中，可根据实际情况，采用斜置热棒、双向热棒等处理措施。因为这两种方式较单棒直置的方式冷却效果更好。
（三）通风管路基
1、通风管路基的工作机理是在暖季相对的冷空气在管内，可起到增大路基阻隔大气热量传入地基的作用，在寒季大气中的冷空气密度相对较大，在重力和风的作用下挤出管内热空气，同时冷却管外路基。达到保护冻土稳定路基的目的。
2、通风管路基适用于高温、高含冰量、高路基的多年冻土区，在实际应用中还要考虑当地冬季季风的走向问题，路基走向与之垂直的效果最好。通风管适用性的另一个条件是当地空气冻结指数绝对值远大于融化指数。在工程实践中，可利用人工辅助的方法，在月平均气温大于0 ℃时，封闭通风管管口，防止大气中的热空气进入。此方法可降低地温 1.0 ℃左右，但养护费用也会相应增加。
（四）路基冻胀的防治
1、加强路基排水设施
路基排水的目的就是采取各种排水措施，减少冻土中的水分聚积从而使路基
土保持干燥。排除地表水应在挖方路段界外设拦水埂或截水沟，土质截水沟必须做底、壁铺砌。路基边沟沟底应低于路床顶面至少 0.3m，沟底纵坡不宜小于 0.75%，土质边沟底面和侧面宜用浆砌体铺筑。排除地下水应在路基下集中水流处设置暗沟或暗管，暗沟或暗管应设于冻结线以下或采取保温措施，挖方及全冻路堤路段应设排水渗沟。
2、提高路基土压实度
压实度越小路基土冻胀率越大，这是因为当压实度较小时其毛细水上升的高度较高，随着压实度的逐渐增大土体中的孔隙逐渐减小，压实度大于等于 96% 时土体孔隙中的水分主要以弱结合水存在，弱结合水基本上占据了整个孔隙，阻断了毛细水的上升，从而减少了路基上部水分和聚冰程度，路基土的冻胀量也相应减小。因此，在施工时应严格控制路基土的压实度。
3、设置隔离层
当地下水位或地面积水水位较高，路基处于潮湿或过湿状态且又不宜提高路基时，可铺设隔水层。隔水层铺设在路基顶面以下 0.5 ～ 0.8m处，目的在于隔断毛细管水上升进入路基上部，防止在负温差时的水分积聚，以保持路基上部处于干燥状态。
（五）沙害路段处理
1、填方路段，路基基底 80cm 范围内粉沙层进行超挖后换填砂砾；2、挖方路段，路床 80cm 范围内松散粉沙超挖后换填砂砾，砂砾层采用分层摊铺，逐层碾压的方法进行施工。
3、在坡脚或堑顶以外 20m 范围内采用低立式经编方格状风沙障，经编网采用高耐候改性聚乙烯经编网，经向断裂强度≥ 600KN/m，维向断裂强度≥ 400KN/m，经纬向断裂伸长率≤ 50%，梯形撕破强力≥ 40KN/m，顶破强力≥ 500KN/m，网空隙度 30~50%。
4、施工时采用竹木制成 50cm 高桩，在桩的上端开一条高 25cm、可供二层网体嵌入的开口，在沙地上固定桩，按 1×1m 方形分布，桩插入沙地至开口处，每张经编网嵌入固定桩开口处成立网，按 90 度角来回折行延伸，除边外，所有固定桩被相邻两经编网共用，相邻的经编网形成许多方格网沙障，固定桩开口顶端用铁丝或桩套固定。
参考文献
[1] 程培峰，宇德忠，徐云哲 . 季冻区粉砂土冻胀试验及路基冻胀模型 [J]. 中外公路，2011.4.
[2] 霍凯成，黄继业，罗国荣 . 路基冻胀机制及冻害防范整治措施探讨 [J]. 岩石力学与工程学报，2002.7.
[3] 喻长富 . 多年冻土地区路基病害整治的探讨与对策 [J]. 黑龙江交通科技，2006.5.
