多年凍土地區(qū)公路路基病害形成原因淺析

（長安大學 公路學院，陜西 西安 710064）

多年凍土地區(qū)公路路基病害形成原因淺析

陳冬根 肖 凱

（長安大學 公路學院，陜西 西安 710064）

青藏公路沿線出現(xiàn)了大量的路基沉陷、波浪、縱向裂縫病害，嚴重影響道路的安全舒適運營。本文基于路基病害調(diào)查資料，對青藏公路高、低路基病害形成原因進行了分析，認為多年凍土高、低路基出現(xiàn)不同病害的原因是黑色路面的吸熱作用和路基填料熱阻共同作用的結(jié)果。

多年凍土；沉陷；波浪；縱向裂縫

青藏公路路基出現(xiàn)了眾多的病害，其主要類型有路基沉陷、波浪和縱向裂縫[1-2]。本文基于路基病害調(diào)查資料，對青藏公路高、低路基病害形成原因進行了分析，以期為后期路基病害處治對策提供依據(jù)。

1 低路基病害形成原因淺析

青藏高原太陽輻射強，黑色瀝青路面的修筑致使路基下伏多年凍土吸收的熱量相比原天然地面增加了近20%，加上瀝青混合料的低孔隙性阻礙了路面下部水分的向上蒸發(fā)，進一步弱化了多年凍土與大氣間的蒸發(fā)散熱作用。已有的觀測數(shù)據(jù)表明，青藏公路路表年平均氣溫相比天然地表年平均氣溫高出4℃，路基下伏多年凍土融化時間相比天然凍土提前一個月左右，凍結(jié)時間退后半個月左右。在這種熱影響下多年凍土融化，凍土上限下移，在路基內(nèi)形成凹形融化盤。路基高度較低時，陰陽坡效應不明顯，路基內(nèi)融化盤形態(tài)基本較路中線對稱，然而天然上限處土體含冰量一般較大，天然上限到人為上限之間的土體融化后發(fā)生固結(jié)沉降，故路基常表現(xiàn)為整體下沉、中心凹陷，從而路基出現(xiàn)沉陷、波浪病害。

2 高路基病害形成原因淺析

2.1 高溫多年凍土區(qū)（年平均地溫>-1.5℃）高路基病害形成原因淺析

路基高度較低時，由于路基走向和陰陽坡效應的影響，路基下部凍土會形成非對稱性的融化盤，如果融化盤厚度在陰陽坡差異較大，加上多年凍土區(qū)路基填料基本是粗粒土，黏結(jié)性較弱，一般出現(xiàn)縱向裂縫病害，示意圖如圖1-b所示；如果融化盤厚度在陰陽坡差異較小，一般出現(xiàn)路基向陽坡側(cè)傾斜的變形病害，示意圖如圖1-a所示。

路基高度較高時，凍結(jié)鋒面最深位置不能到達人為上限處，從而會在路基體內(nèi)形成一個常年不凍的融化夾層，融化夾層由于很強的聚水性導致面積越來越大，該部分土體的固結(jié)變形也隨融化夾層面積的增大而增大，從而出現(xiàn)了沉陷、波浪病害；加上路基高度較高，填料黏結(jié)力較弱和凍結(jié)鋒面處的匯聚水作用，路基也時常出現(xiàn)縱向裂縫病害。在融化季節(jié)，路基上部車輛荷載和土體自重會使封閉融化夾層內(nèi)部水分承受巨大的壓力，當上部荷載無法阻止融化夾層內(nèi)部應力釋放時，則可能出現(xiàn)路面爆炸病害，青藏公路頭二九段曾出現(xiàn)路面爆炸病害。

2.2 低溫多年凍土區(qū)（年平均地溫<-1.5℃）高路基病害形成原因淺析

低溫多年凍土道路在運營前期路基內(nèi)部會出現(xiàn)融化盤，隨著路基運行時間的增長，由于路基下伏多年凍土地溫較低，下部凍土有很大的冷能，路基中心部位融化盤會逐年減小直至消失，但是路基坡腳部位會一直存在融化盤，并且陽坡側(cè)更為嚴重，如圖2所示。

由圖2可知，一方面由大氣降水、地面水在凍結(jié)鋒面處形成匯聚水，從而路基出現(xiàn)縱向裂縫病害；另一方面，在陽坡側(cè)坡腳處形成的融化盤會形成一個聚水盤，導致融化盤進一步向路基體內(nèi)部侵蝕，極有可能形成縱向裂縫，甚至是路基滑塌病害。

3 結(jié)論

3.1 公路修筑改變了原有凍土的熱平衡狀態(tài)，當路基高度較低時，會形成較路基中線對稱的融化盤，故路基常表現(xiàn)為整體下沉、中心凹陷，從而路基出現(xiàn)沉陷、波浪病害。

3.2 路基高度較低時，高溫多年凍土地區(qū)由于路基下伏多年凍土年平均地溫較高，會出現(xiàn)偏移的融化盤，從而出現(xiàn)路基整體傾斜變形和縱向裂縫病害；路基高度較高時，路基內(nèi)部出現(xiàn)融化夾層，從而出現(xiàn)凹陷、滑塌、縱向裂縫甚至路面爆炸病害。

3.3 低溫多年凍土地區(qū)高路基在凍結(jié)期會出現(xiàn)凸形的凍結(jié)封面，且在融化期陽坡側(cè)坡腳處會出現(xiàn)融化盤，低溫多年凍土地區(qū)高路基也會出現(xiàn)縱向裂縫甚至路基邊坡滑塌病害。

[1]汪雙杰,李祝龍,章金釗,陳建兵.多年凍土地區(qū)公路修筑技術(shù)[M].北京.人民交通出版社,2008.

[2]陳建兵,汪雙杰,章金釗等.青藏公路高路基病害的形成及其機理[J].長安大學學報(自然科學版),2008,28(6):30-35.

U416.1

A

1003-5168(2014)06-0149-01

陳冬根（1988—），長安大學碩士研究生，道路與鐵道工程專業(yè)。