内蒙古多年冻土地区主要道路病害与防治措施

(内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010)
摘 要： 针对内蒙古岛状多年冻土的自然地理环境，调查了主要道路病害的现象，分析了道路 病害的类型，提出了治理的措施。
关键词：岛状多年冻土；道路病害；防治措施
中图分类号：U416.1+68.04  文献标识码：A  文章 编号：1007—6921(2009)03—0250—02
1 内蒙古多年冻土地区自然地理概况

内蒙古多年冻土位于中国东北部，纬度偏北，冬季严寒，雨量较多。每年10月上旬开始冻 结，次年五月上旬开始融化，一年中有7～8个月是寒季。它属中、低山丘陵，主要为白垩纪 和第三纪地层。山地丘陵区地表层中的粗亚砂土、轻亚粘土厚仅数十厘米，以下为坡积碎、 砾石土。基岩多为玄武岩、安山岩、火山角砾岩及花岗岩等。地下水较深，地表干燥。冻土 层上水特别充裕，上限距地表很浅，地表长期过湿，夏季积水，冬季发生冰丘、冰锥等不良 地质现象。沼泽相当发育，广泛分布于洼地、缓坡、其至平坦的分水岭地带。
2 主要道路病害调查

冻土是一种特殊的土体。其成分、结构、热物理及物理力学性质均有着不同于一般土的许 多特点。冻土区的活动层每年都要发生季节融化和冻结，并伴随有各种冻土现象。因此，在 多年冻土地区修建的道路每年都要发生一些破坏现象，只有对这些破坏现象给与充分的重视 ，并加以研究，才能更好的在以后的道路修建中，减少和避免这些现象的发生，保持道路具 有良好的路用性，更好的为国民经济服务。岛状多年冻土地区常见的道路破坏现象有：融沉 、冻胀、翻浆、冰丘、冰锥、延溜冰及路面损坏等。
2.1 融沉

融沉是岛状多年冻土地区路基的主要病害之一。一般多发生在含冰量大的粘性土地段，当路 基基底的多年冻土上部或路堑边坡上分布有较厚的地下冰层时，由于地下冰层埋藏较浅，在 施工及运营过程中各种人为因素的影响下，使多年冻土局部融化，上覆土层在土体自重和外 力作用下产生沉陷，造成路基的严重变形。这种变形表现为路基下沉，路堤向阳侧路肩及边 坡开裂、下滑，路堑边坡溜坍等。
2.2 冻胀

冻胀是冻土区筑路时需要考虑的另一重要病害现象，在多年冻土地区，处于不良地质、水 文条件下的路段，路基土冻结过程中会发生水分迁移现象。水分不仅向冻结锋面迁移，而且 在冻结中凝结成冰，由于冰的密度略小于水，故在冻结的过程中伴随着体积的膨胀，从而造 成路基土的冻胀。冻胀的发生是需要两个必要条件的，一是有充足的水分补给源，二是有水 分补给的通道。

冻胀本身不仅引起道路破坏，还可引起桥梁、涵洞基础的冻害。这种病害在冻土地区早期修 建的桥梁、涵洞工程中尤为突出，由于过去的工程技术人员认识和掌握冻土的自然规律以及 未能及时采取防护措施致使桥梁、涵洞发生破坏。主要表现为基础上抬、倾斜造成桥梁拱起 ，涵洞断裂，甚至失效等破坏。
2.3 翻浆

通过调查，由于内蒙古冻土地区道路等级一般较低，道路病害主要为翻浆。春融期内在较长 的山坡坡脚处，都有不同程度的翻浆发生。同时在一些坡顶也发生了翻浆现象。对行车已构 成了较严重的不便。    

春融时，内蒙古多年冻土地区的解冻缓慢，解冻时间长，而且在解冻期内气温冷暖异常，导 致在某一解冻深度停滞的时间可达几天。加之积雪量大，融化后大量雪水下渗，这样就可能 在解冻层和未解冻层之间形成类似于冻结层的自由水。土基与地表土含水量会迅速增大而接 近甚至超过液限含水量，使其失去承载能力，从而导致路基发生严重的翻浆。
2.4 冰丘、冰锥、延溜冰

冰丘的形成是由于冬季土壤冻结时，使地下水受到超压及阻碍，随着冻结厚度的增加，当 压力超过上覆冻土层的强度时，地下水就会突破地表，或以固态冰的状态隆起或以地下水的 状态挤出地面漫流经冻结后形成的积冰现象。也有可能在开挖路堑时由于人为的因素，造成 地下水露头，涌水后形成。冰锥的形成机理与冰丘基本相同，它们的形成和发展往往具有突 发性的隆起和回落，具有危害时间长、范围大、不宜处理的特点。由于冰丘、冰锥处理不当 可以引起的道路的开裂、沉陷，路基松软的道路病害。

延溜冰的产生主要由于公路上侧土壤中的过饱和水分、泉水、沟溪中的水，在移动过程中 ，水流被下降的气温自下而上逐层冻结，水源不断供给，形成较大面积的冰覆盖层。延溜冰 沿公路长度分布少则几米，多达几百米，冰的厚度有几厘米到几米。它一般发生在冬季或初 春，持续的时间较长。根据调查发现，延溜冰多发生于林区、山岭、坡地、沟谷，以及泉眼 、河流附近，受气温、地形、冻深及水分条件影响。
3 路面损坏

在寒冷地区，路面损坏是高级路面常见的道路破坏形式之一。它可以分四类。
3.1 裂缝类

荷载或环境因素造成了沥青路面的开裂破坏了道路结构的完整性。
3.2 变形类

路面结构仍保持其完整性，但由于路面材料或路基的稳定性等原因，使路面形状发生了变化 。
3.3 松散类

由于轮胎和环境与路面的作用，以及环境因素的影响，使路面表层材料部分或全部丧失，导 致道路的路用性能降低。
3.4 其他

其他损坏类型包括泛油、磨光和各类修补。

总之，路面的损坏和其他道路病害是紧密联系的，路面的损坏可以直接导致其他道路病害的 发生，而其他道路病害的发生加剧了路面的损坏。内蒙古岛状多年冻土地区道路损坏是该地 区恶劣的自然条件作用的结果，交通荷载则加速了道路破坏的速度。
4 道路病害综合防治措施
4.1 提高路基高度，降低垂直地温梯度

从保护冻土出发，单纯考虑路堤高度时，热稳定的影响比较简单的。因为路基越高，意味着 从上界流向地中的传热过程中，热阻增大、路基自身的储热能力增大，因而有利于热稳定， 但是路基不能无节制地加高。路基的高度应以降低垂直热流至接近热平衡为原则，使冻土上 限埋深达到可能融化的最大深度。
4.2 放缓边坡或加宽加高护坡道

从路基热稳定角度看，设定一定高度和宽度的护坡道或放缓边坡，可以加强侧向散热，减小 垂直热阻。根据工程经验，设置护坡道的路段，热融沉陷相对弱的多，加高加宽护坡道可以 使路侧冻土上限上升，一方面防止冻结层上水进入路基下冻土上限凹槽，使多年冻土融化; 另一方面可形成水平地温梯度，促进侧向散热。护坡道的宽度不宜小于2～3m，在排水不畅 的地段不宜小于5m。高度一般0.8～1.5m为宜(主要考虑到经济性)。如放缓边坡，则边坡坡 度可取1∶2.5～3.0。
4.3 改善排水设施，加强地面排水

边沟宜宽浅，不宜深挖，必须采取防渗保温措施。在斜坡地段设置远距离(10m以外)截水沟 ，回填深沟，避免坡脚积水下渗。对两侧排水无出路的地段不宜设置涵洞，宜以宽护坡道挤 出积水，否则积水於涵洞两侧，有害无益。在斜坡地段的上坡翼侧护坡道外地下水汇集处， 宜设置疏水设施将地下水疏导向另一侧，以免汇入路基。疏水设施可以采用保温渗沟或盲沟 ，并做好出水口防塞防冻工作。
4.4 选择适宜路基填料

冻土路堤填料既要满足承载能力的要求，又要满足防止路基聚冰冻胀作用，同时还要考虑其 保温性能。在做好地表排水的前提下，用粗粒土与细粒土作填料对保护基底冻土无明显的区 别，填料类别一般不起控制作用，因此，除有特殊要求外，宜采取因地适宜，就地取土的原 则，以便施工，降低造价。，但对排水困难的厚层地下冰地段应考虑在底部填筑一定厚度的 粘性土，在冻土沼泽地段应在底部填渗水土作为隔断层，以防止地表水渗入基底造成路基融 沉或因毛细作用而造成的冻胀病害。

在内蒙古岛状多年冻土地区，道路的病害是恶劣的自然条件和人为因素共同作用引起的。 只有对道路病害及引起道路病害的原因有充分认识，才能根据道路病害的实际情况因地适宜 的采取处理措施。道路病害的防治是一个系统的工程，它涉及到道路的设计、施工、管理等 各个部门，任何一个环节的疏忽都可能造成道路的病害，故对道路病害的治理必须各部门协 调一致，根据本地的实际情况因地制宜的采取措施，进行综合防治。