呼伦贝尔地区冻土路基病害调查
2015-07-23
0引言
呼伦贝尔整个地区地域辽阔、地形地貌变化复杂、冻土分布广、森林草原广泛分布、公路与铁路数量不多等客观事实，我们只选择了3个典型路段进行调查分析，每一路段取30～40km的里程作为调查研究的对象。调查的主要方法是统计3个典型路段路基工程病害类型、病害发生的物理几何参数、并定量的分析出路基周围的工程地质、地形地貌、人为因素与冻土路基工程病害的直接或间接联系，从而为解决分析冻土路基工程病害的原因提供更多的信息。
根据呼伦贝尔地区冻土分布特征和交通等原因，分别选择由北向南，由西向东，逐步推进；由多年连续性冻土区域过渡到不连续性多年冻土区域，继续向东南方向移动，最后进入到岛状冻土路段分布区。由大兴安岭西北坡向大兴安岭东南坡方向连续调查，调查具体地点及路线如图1所示。
1.1冻胀破坏
土的冻胀破坏是指土壤在高寒地区，土颗粒中的液态水在负温度下由液态转化为固态，使原来土体体积不断增大。在路基中冻土颗粒如果发生了冻胀破坏会导致路面出现凸凹不平，完全失去了平坦性，由于沿着路面横向与纵向温度分布是不均匀的，这样会产生不均匀冻胀，这种不均匀冻胀会使刚性路面产生裂缝—纵裂或横裂，随着冻融反复作用裂缝不断加宽，严重时路面呈破碎状。
1.2融沉破坏
土的融沉破坏是指土颗粒中的固态水在0℃以上的温度的条件下转化为液态水，或者在施工运营过程中的各种因素导致多年冻土发生局部融化使土体在自重应力和外力作用下发生沉陷。如果路基中的冻土发生了融沉破坏也会导致路面高低不平，产生不均匀沉陷，从而也能导致裂缝的出现。这种现象多发生在粘性土较多且低路堤地段。
1.3翻浆破坏
翻浆破坏是指冻土颗粒在冬季的负温度状态下凝结了多余的水分，多发生在粘性土或软弱质土地带，到了融化季节水分不能及时排除土体之外，从而导致土体承载力急剧降低，在行车外力作用下路面发生弹簧、裂纹、鼓包、车辙、唧泥等现象，翻浆破坏一般发生在道路设计等级较低的路段中。
1.4裂缝
由于冻土路段路基土体发生了冻胀、融沉等破坏导致路面出现严重的上升或下沉，从而使路面丧失了整体性，使其被拉裂产生并平面质点相对位移的现象。
1.5冰丘、冰锥、延溜冰
冰丘、冰锥是指地下水在强大的冻胀压力作用下，地下水就会在长时间内被挤压出地表，由于地表的温度极低，经长时间冻结形成山丘型或椎体型的冰固体现象。这种现象会导致路基沉陷、路基松软等道路病害。
延溜冰是指在冬季或初春，露出地表的泉水、河流中的流水在移动状态时，下降的气温使这些水流自下而上逐层冻结，沿着整个平面上形成较大的覆盖层最长可达几百米，厚度可达几米，这种现象多发生在大兴安岭周围的林区，一旦路面出现了延溜冰现象，整个交通处于半瘫痪状态，小型车辆勉强通过，而大型车辆会陷入冰层之中，尤其过往的车辆增多时，交通事故就会频繁发生。
2典型路段工程病害概况
2.1阿龙山～满归路段
本路线位于呼伦贝尔地区根河市境内，起点为根河，终点为满归镇，与黑龙江省漠河县公路相接，该调查区域位于呼伦贝尔北部，大兴安岭北坡的林区。平均气温-5.5℃，最低可达-50℃左右，最高可达28℃以上，年日照时数2600小时，地表冻结期远大于210天，最大季节冻土深度达2.96米。是我国最寒冷的地区之一，年降雨量450毫米左右，雨季主要集中在7、8、9三个月，由于当地人口较少，人为破坏影响不大，植被生长茂密，覆盖率达到90%以上，给地球表面盖上一层保温被，从而使地下土常年不融化，形成连续状态。
本路段技术等级为三级，路基宽为7.5米，路面宽6.5米，行车速度为30km/小时，阿龙山～满归路段全长47.7公里，于2008年10月底竣工，本路段位于连续性多年冻土分布区域内。2009年10月在呼伦贝尔公路勘测设计院的帮助下借助探地雷达等物探设备对阿龙山～满归路段进行路基病害观测统计，发生在本路段的主要病害有：不均匀沉陷、纵向裂缝、由于冻胀、融沉引起的路面波浪。由于激流河横穿部分路段，这里人为活动较频繁，每到春夏之际局部地段会出现冻土融区，因此位于局部路段上的冻土会少部分融化出现稳定与不稳定过度现象。
2.2拉布达林～根河路段
本路线技术等级为二级，于2003年竣工。该地区最低气温低于-30℃。整个路段位于不连续冻土分布区，本地区常见道路病害与阿龙山～满归路段相同，但是由于河流较多，人为影响等因素，局部路段冻土出现退化现象。
2.3博克图～乌努尔路段
博克图～乌努尔路段位于呼伦贝尔牙克石市境内，平均气温为-1.5℃，该路段位于大兴安岭东坡岛状多年冻土区域，由于时间的原因并考虑大兴安岭西坡丘陵岛状冻土、呼伦贝尔高原岛状冻土路段与本路段有很多相似之处，而且该路段发病率明显高于其他岛状冻土区域，本次重点调查统计了博克图～乌努尔路段的铁路、公路等病害情况。
从呼伦贝尔市海拉尔区工务段获得哈尔滨～满洲里（滨州线）博克图附近路段冻害监测情况。博克图～乌努尔路段铁路路基在严寒的冬季主要发生集中向上隆起的冻胀病害，据统计发病率高达51%以上，每年11月份至第二年的2月份为主要的发病时间，向上集中隆起高度最大可达60mm左右。
博克图～乌努尔段的公路为301国道的一部分，301国道是国家九五计划中提出的“五纵七横”最北面的一“横”，东起黑龙江省绥芬河市西至内蒙古满洲里市，整个路段穿越了呼伦贝尔地区的大兴安岭东坡岛状多年冻土区域、大兴安岭西坡丘陵岛状冻土区域、呼伦贝尔高原岛状冻土区域，道路工程病害频繁发生，本路段道路工程病害主要有：路基的不均匀沉陷、翻浆、纵裂等。翻浆现象主要发生在公路设计等级相对较低、施工工艺粗糙、养护程度较差的路段中，翻浆病害在301国道呼伦贝尔境内上多有发生。
3结束语
对呼伦贝尔地区冻土路基工程病害调查是进一步查明本地区冻土路基病害发生原因的主要途径，也是寻找预防冻土路基工程病害的重要渠道。本文通过调查总结出了呼伦贝尔地区冻土路基病害的主要特征和典型路段工程病害概况，为寻找预防冻土路基工程病害奠定了基础。
