季冻区高速公路路基冻害影响因素

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摘 要：随着我国高速公路的不断发展，高速公路发展规模已经由原来的主要发展平原地区逐渐向全国各地区发展。作者根据自身多年的工作经验，对季冻地区的高速公路建设情况进行分析，并特别对高速公路路基的冻害情况进行了细致的探究并深入了可能造成高速公路路基冻害情况发生的主要因素。

关键词：季冻区;高速公路;冻害;建设;情况

0 前言

冻土是一种性质非常特殊的土类，这种土类的温度在通常的情况下为负温度或是在零度，同时土壤中还含有一定的冰。可以按照冻土状态持续的时间对冻土进行分类，（1）短时冻土主要是指冰冻时间在几个小时到十五天左右的冻土;（2）季节冻土主要是指半个月以上到几个月之间的冻土;（3）多年冻土主要是指两年及两年以上的冻土。

就我国目前冻土分布的情况来讲，我国的冻土面积非常大多年冻土与季节性冻土面积已经达到我国国土面积的四分之三以上，其中季节冻土区所占的面积已经占到我国国土总面积的一半以上。并且冻土区主要分布于我国的北部地区，所以在我国北部冻土地区建设高速公路有一定的难度。这主要是因为在冻土区建设高速公路，冻土会随着外部自然环境的变化出现融化以及结冰的现象，这样就会造成路基的冻胀等现象的出现，在路面上主要体现为路面的裂缝、翻浆等。如果高速公路的路面上出现冻胀等现象，就会导致路面平整度的下降，在增加高速公路养护费用的同时，也会影响高速公路的行车安全。

1 对路基冻害影响因素的分析

（1）路基冻胀

冻胀的原理在国外一般用毛细水迁移的理论进行解释。这主要是因为在地面下一定深度的水的温度，会跟随大气温度的变化而发生变化。当环境中的温度处于零下的时候，这种冷空气将会传到土壤中，土壤中的水就会随着温度的降低变为冰晶体，如果这时温度持续降低，弱结合水的最外层也将会出现冻结的情况，这样就会使经济逐渐的变大。同时冰晶体周边的土粒结合水的厚度就会降低，与此同时土壤粒子就会出现剩余的分子引力;此外，因为结合水膜厚度的降低，会造成水膜中离子浓度的不断增加，从而出现渗透压力，这也就是平常所说的在两种水溶液的浓度不相同的时候，会在这两种溶液中出现压力差，让浓度相对较低的溶液中的水逐渐向浓度较高的溶液中扩散，在这两个力的共同作用下，下卧没有发生冻结的水膜厚度较大的结合水会被动的运动到水膜厚度相对较薄的地方，随后会出现冻结的情况，造成冰晶体的进一步增大，在此期间这种不平衡的力依然存在。

（2）冻害造成的路面破坏

季冻区高速公路路基发生冻害形式有很多，主要有路面横向挠曲变形、纵裂破坏、沉陷隆胀等。

①路面横向挠曲形变以及纵裂破坏对高速公路的影响是最大的同时也是最为常见的一种破坏形式。此类破坏的主要特征就是发生形变的总形变量非常大，同时横向的表现不是很均匀，还会出现纵向裂缝的情况。一般来讲这样的裂缝都会出现在行车道上，其出现的形式主要是纵长的裂缝或是断续裂缝，这些裂缝长短不一从几米、十几米、几十米甚至是上百米都、上千米都可能。并且裂缝的宽度也是大小不一，在一些路段进行破坏程度调查时发现，有些路段的裂缝深度达到一米以上，已经将整个结构层完全的贯穿，这些裂缝的出现会在一定程度上影响车辆通行，甚至是造成路面变形导致交通事故的发生。

②沉陷与隆胀的情况也是一种典型的破坏形式。对于道路来讲，翻浆是极为常见的一种融冻害的现象，道路出现翻浆的情况主要是由路基水、土以及车辆行驶的荷载等诸多因素的影响所造成的。由于道路翻浆所造成的沉陷、臌胀以及车辙等道路破损的情况，在一定程度上会影响道路的使用寿命以及车辆的行驶安全。

（3）冻害的主要影响因素

①水因素的影响。一般情况下来讲，冻害现象会随着土壤中水含量的减小而逐渐减少，同时如果水含量减小到一定的程度以后，就会出现冻缩的情况。如果土壤是在封闭的条件下发生冻结，那么只有土壤中的水会出现迁移的情况，一般不会出现较大的冻胀情况。

②路基土质对冻胀现象的影响。路基土颗粒的组成以及塑性等性质是影响路基土发生冻胀情况的重要因素。并且随着土壤颗粒的变细、比表面积的变大以及塑性的增强，土壤的冻胀性会逐渐减小。

③温度也会对冻胀造成一定的影响。当气温发生骤降的时候，土的冻结面会马上向下部转移，也就是冻结速度会非常快。在这种情况下，土壤中的结合水以及毛细水还没有足够的时间向冻结区转移，就会在原地结成冰，这就会造成毛细通道被冰晶体堵住。

2 路基土水分迁移对冻害的影响研究

在路基土冻结过程中，由于土温的降低，土中水分基质势减小。假如在这个过程中构成土水势的其它分量都没有变化或变化很小，仅仅是基质势降低，那么路基土的土水势也将会随之而降低。

3 结语

基于近几年季冻区公路路基出现的冻害问题，本文通过对季冻区野外冻害钻探调查资料、野外现场观测资料以及室内冻胀融沉试验、水分迁移模拟试验的对比分析，对季冻区路基冻害的原因和影响因素、水分迁移及影响因素等方面取得了若干规律性的认识，综合起来看，根据冻害引起的路基变形特征，路基冻害破坏形式主要以冻胀形成的横向挠曲变形及纵长裂缝和道路翻浆导致的沉陷及隆胀变形最为典型，对路面使用寿命和行车安全影响也最大。

参考文献：

[1]中国科学院兰州冰川冻土沙漠研究所.冻土[M].科学出版社，1975.

[2]周幼吾，邱国庆，程国栋，郭东信.中国冻土[M].科学出版社，2000.