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摘 要：为对我国东北多年冻土地区路基病害进行防治，介绍了我国东北冻土地区的主要路基病害，并取大兴安岭岛状多年冻土进行总含水率、液塑限和融沉系数等相关试验判断可能发生的路基病害，并针对病害提出了相关的防治措施，可为大兴安岭地区修建道路提供参考依据。
关键词：大兴安岭；路基；病害；防治
0引言
冻土是具有负温或零温并含有冰的土类或岩石的总称[1]。我国多年冻土主要分布在大兴安岭、天山、阿尔泰山以及青藏地区。大兴安岭多年冻土是在自然条件下长期形成的冰川沉积残留物，多年冻土在冻融过程中会发生物理力学性质的改变，因此在多年冻土地区修筑道路时应该对该地区的冻土物理力学特性有所了解并确定融沉等级，以此为依据提供相应的路基病害防治措施。
本文选取漠北沿线不的典型冻土断面，测定其总含水率、液塑限之和融沉系数，确定融沉等级，分析其可能产生路基病害，并结合工程实际和大兴安岭冻土防治经验，提出合理防治措施。
1.常见冻土路基病害
多年冻土段路基病害现象主要体现为冻胀、融沉、冰丘、裂缝等。其中多年冻土段路基上部为季冻区，夏季融化，冬季冻结，受水分和温度的影响较大因此常见的病害是冻胀以及裂缝，而路基下部结构为常年冻土区，常见的病害为融沉以及冰丘。
1.1冻胀
土中水冻结时相变成冰，体积增大9%，当土中水体积膨胀足以引起土颗粒之间相对位移时就形成土的体积膨胀，称为土的冻胀[2]。冬季，当地基土体因冻胀而产生的冻胀力大于上部土体自重时，多年冻土路基在地基冻胀力的作用下而隆起。冻胀的形成于土体的冻胀性质，土体的含水量以及地下水补给、温度的下降速率等具有较大的关系。
1.2融沉
由于道路的施工以及运营人为地改变了原有的自然环境，并且破坏了原有冻土的热平衡状态，路基会发生融沉现象。对于地下冰层较厚的路基段，融沉主要表现为急剧融沉型。对于饱冰多年冻土区，路基的融沉则表现为缓慢融沉型。
1.3裂縫
冻土路基裂缝的产生主要是因为冬季气温的剧烈变化导致土体的不均匀收缩引起的，同时由于路基土体部分的不均匀冻胀而形成路基的扭转也会引起裂缝，裂缝的产生会影响路基的整体刚度和稳定性，甚至在行车的振动下回引起路基边坡的滑坡坍塌等。
1.4冰丘
冰丘主要是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[3]。主要表现：夏季，路堑边坡不断有地下水涌出，此路段路基长时间处于过湿状态，使路基强度降低。冬季，大量自由水在负温作用下迁移集聚，使路堑边坡和道路覆盖大量的冰，冰的面积可覆盖整个路面，影响道路的正常使用，也会造成机车脱轨等危险。
2多年冻土性质指标
2.1总含水率
冻土总含水率是指冻土中冻结冰和未冻结水的总质量与土颗粒质量之比。根据JTG E40—2007《公路土工试验规程》规范规定，采用冻土密度联合测定法试验，测得冻土的总含水率，并依据JTG/ D31-04-2012《多年冻土地区公路设计与施工技术细则》划分冻土类型。试验结果见表1。
表1各断面冻土总含水率
2.2土体液塑限
依据JTG E40—2007《公路土工试验规程》规范规定，采用液限和塑限联合测定方法对冻土中土颗粒进行土类的划分，分别测定土的液限和塑限，计算出塑性指数，通过塑性图查得土类名称。试验结果见表2。
表2土体液塑限
2.3融沉系数
融沉系数是冻土融化过程中在自重作用下的相对下沉量[2]。融沉系数是评价冻土融化后沉降大小的重要指标之一。实验依据JTG E40—2007《公路土工试验规程》规范规定，采用融化压缩仪测定冻土的融沉系数，试验结果见表3。
表3冻土融沉系数
通过以上对冻土的总含水率、液塑限和融沉系数试验，并参考JTG/T 31-04-2012《多年冻土地区公路设计与施工技术细则》中表4.6.2-3，得出表4各断面冻土的融沉等级和融沉类别。
表4各断面冻土的融沉等级和融沉类别。
3 多年冻土区路基主要病害分析
根据试验所得到的该路段的路基冻土的物理力学的性质指标可以分析得到该路段路基土体可能出现冻胀、融沉等路基病害。
根据表1、表2可知，如K160+200、K170+500和K200+100断面，由于冻土总含水率较大，冻土类型分别为富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层，并且地基土多为黏性土。黏性土的冻胀敏感性较强。可以判断3个断面地下水源充足，在外界大气温度负温时，将产生毛细水的迁移集聚，极易产生冻胀现象，影响道路的稳定性和平整度。
根据表4可知K143+300和K151+800断面冻土融沉等级分别为不融沉和弱融沉，地下多年冻土含冰量少于其他3个断面，因此多年冻土路基沉降主要发生在以K160+200、K170+500和K200+100为代表的冻土类型地区。路基沉陷将是大兴安岭岛状冻土地区主要道路病害之一，主要导致在道路修建过程中，路基下沉、增大土石方量和工程成本；道路运营通车后，由于道路建设改变了原有冻土的热平衡状态，同时大兴安岭地下冻土呈退化趋势，路基将逐年沉降，使路基产生变形，其强度降低。
4路基病害防治
根据冻土路基易发生冻胀、融沉、冰丘、裂缝等病害，制定相对应的防治措施可以有效减缓病害发生，提高道路的使用年限。
（1）换土。换填土是一种常用的防治冻土路基的措施。通过挖出大兴安岭病害地段的不良土体，换填成与此性质相近的无病害土体，但是由于此种方法的工程量较大，成本较高，在工程实践中运用较少。
（2）排水。设置合理的排水系统可以有效的防治冻胀，冰丘等病害，排水系统控制引导地表径流，排除路基两侧积水，尽可能减少路基土体在冻融过程中出现的各种物理力学性能的改变。在设置排水系统的时候应该要注意了解大兴安岭地区的地质条件，在道路修筑前，冻土地区地勘工作要严格仔细，增加勘测断面，进而详细了解冻土分布；严格按相关规范进行室内试验，为以后道路的设计和施工提供准确可靠的理论依据，对排水系统合理设置，否则会引起原有自然条件的破坏，引发融沉等新的病害。
（3）保温。保温的目的是通过增加保温层 ， 降低季冻层路基土的冻结深度， 进而防治冻胀等病害。通过增强对路基边坡的冻土的保护层，可以减少温度对于多年冻土的影响，同时也可以防治路基坡脚积水渗入路基引起的病害。
5结论
通过对大兴安岭某冻土路段的冻土性质进行相关试验，了解其融沉等级，进而判断该路段可能发生的冻土路基病害，并以此为依据提出了相关的病害防治措施。所得结论可以为大兴安岭地区道路的施工以及养护提供参考依据。
关键词：大兴安岭；路基；病害；防治
0引言
冻土是具有负温或零温并含有冰的土类或岩石的总称[1]。我国多年冻土主要分布在大兴安岭、天山、阿尔泰山以及青藏地区。大兴安岭多年冻土是在自然条件下长期形成的冰川沉积残留物，多年冻土在冻融过程中会发生物理力学性质的改变，因此在多年冻土地区修筑道路时应该对该地区的冻土物理力学特性有所了解并确定融沉等级，以此为依据提供相应的路基病害防治措施。
本文选取漠北沿线不的典型冻土断面，测定其总含水率、液塑限之和融沉系数，确定融沉等级，分析其可能产生路基病害，并结合工程实际和大兴安岭冻土防治经验，提出合理防治措施。
1.常见冻土路基病害
多年冻土段路基病害现象主要体现为冻胀、融沉、冰丘、裂缝等。其中多年冻土段路基上部为季冻区，夏季融化，冬季冻结，受水分和温度的影响较大因此常见的病害是冻胀以及裂缝，而路基下部结构为常年冻土区，常见的病害为融沉以及冰丘。
1.1冻胀
土中水冻结时相变成冰，体积增大9%，当土中水体积膨胀足以引起土颗粒之间相对位移时就形成土的体积膨胀，称为土的冻胀[2]。冬季，当地基土体因冻胀而产生的冻胀力大于上部土体自重时，多年冻土路基在地基冻胀力的作用下而隆起。冻胀的形成于土体的冻胀性质，土体的含水量以及地下水补给、温度的下降速率等具有较大的关系。
1.2融沉
由于道路的施工以及运营人为地改变了原有的自然环境，并且破坏了原有冻土的热平衡状态，路基会发生融沉现象。对于地下冰层较厚的路基段，融沉主要表现为急剧融沉型。对于饱冰多年冻土区，路基的融沉则表现为缓慢融沉型。
1.3裂縫
冻土路基裂缝的产生主要是因为冬季气温的剧烈变化导致土体的不均匀收缩引起的，同时由于路基土体部分的不均匀冻胀而形成路基的扭转也会引起裂缝，裂缝的产生会影响路基的整体刚度和稳定性，甚至在行车的振动下回引起路基边坡的滑坡坍塌等。
1.4冰丘
冰丘主要是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[3]。主要表现：夏季，路堑边坡不断有地下水涌出，此路段路基长时间处于过湿状态，使路基强度降低。冬季，大量自由水在负温作用下迁移集聚，使路堑边坡和道路覆盖大量的冰，冰的面积可覆盖整个路面，影响道路的正常使用，也会造成机车脱轨等危险。
2多年冻土性质指标
2.1总含水率
冻土总含水率是指冻土中冻结冰和未冻结水的总质量与土颗粒质量之比。根据JTG E40—2007《公路土工试验规程》规范规定，采用冻土密度联合测定法试验，测得冻土的总含水率，并依据JTG/ D31-04-2012《多年冻土地区公路设计与施工技术细则》划分冻土类型。试验结果见表1。
表1各断面冻土总含水率
2.2土体液塑限
依据JTG E40—2007《公路土工试验规程》规范规定，采用液限和塑限联合测定方法对冻土中土颗粒进行土类的划分，分别测定土的液限和塑限，计算出塑性指数，通过塑性图查得土类名称。试验结果见表2。
表2土体液塑限
2.3融沉系数
融沉系数是冻土融化过程中在自重作用下的相对下沉量[2]。融沉系数是评价冻土融化后沉降大小的重要指标之一。实验依据JTG E40—2007《公路土工试验规程》规范规定，采用融化压缩仪测定冻土的融沉系数，试验结果见表3。
表3冻土融沉系数
通过以上对冻土的总含水率、液塑限和融沉系数试验，并参考JTG/T 31-04-2012《多年冻土地区公路设计与施工技术细则》中表4.6.2-3，得出表4各断面冻土的融沉等级和融沉类别。
表4各断面冻土的融沉等级和融沉类别。
3 多年冻土区路基主要病害分析
根据试验所得到的该路段的路基冻土的物理力学的性质指标可以分析得到该路段路基土体可能出现冻胀、融沉等路基病害。
根据表1、表2可知，如K160+200、K170+500和K200+100断面，由于冻土总含水率较大，冻土类型分别为富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层，并且地基土多为黏性土。黏性土的冻胀敏感性较强。可以判断3个断面地下水源充足，在外界大气温度负温时，将产生毛细水的迁移集聚，极易产生冻胀现象，影响道路的稳定性和平整度。
根据表4可知K143+300和K151+800断面冻土融沉等级分别为不融沉和弱融沉，地下多年冻土含冰量少于其他3个断面，因此多年冻土路基沉降主要发生在以K160+200、K170+500和K200+100为代表的冻土类型地区。路基沉陷将是大兴安岭岛状冻土地区主要道路病害之一，主要导致在道路修建过程中，路基下沉、增大土石方量和工程成本；道路运营通车后，由于道路建设改变了原有冻土的热平衡状态，同时大兴安岭地下冻土呈退化趋势，路基将逐年沉降，使路基产生变形，其强度降低。
4路基病害防治
根据冻土路基易发生冻胀、融沉、冰丘、裂缝等病害，制定相对应的防治措施可以有效减缓病害发生，提高道路的使用年限。
（1）换土。换填土是一种常用的防治冻土路基的措施。通过挖出大兴安岭病害地段的不良土体，换填成与此性质相近的无病害土体，但是由于此种方法的工程量较大，成本较高，在工程实践中运用较少。
（2）排水。设置合理的排水系统可以有效的防治冻胀，冰丘等病害，排水系统控制引导地表径流，排除路基两侧积水，尽可能减少路基土体在冻融过程中出现的各种物理力学性能的改变。在设置排水系统的时候应该要注意了解大兴安岭地区的地质条件，在道路修筑前，冻土地区地勘工作要严格仔细，增加勘测断面，进而详细了解冻土分布；严格按相关规范进行室内试验，为以后道路的设计和施工提供准确可靠的理论依据，对排水系统合理设置，否则会引起原有自然条件的破坏，引发融沉等新的病害。
（3）保温。保温的目的是通过增加保温层 ， 降低季冻层路基土的冻结深度， 进而防治冻胀等病害。通过增强对路基边坡的冻土的保护层，可以减少温度对于多年冻土的影响，同时也可以防治路基坡脚积水渗入路基引起的病害。
5结论
通过对大兴安岭某冻土路段的冻土性质进行相关试验，了解其融沉等级，进而判断该路段可能发生的冻土路基病害，并以此为依据提出了相关的病害防治措施。所得结论可以为大兴安岭地区道路的施工以及养护提供参考依据。