[基于水热变化对于青藏公路路基的病害分析] 路基病害类型

　　摘要：本文经过对青藏公路几个相关路段进行病害调查，分析论证得出水热因素是青藏公路路基病害的主导因素，融沉、冻胀、翻浆、冻胀丘、热融湖塘和沼泽化湿地是病害的主要成因，并对相应病害成因进行了剖析，仅供参考。
　　关键词：冻土；路基；水热变化；病害
　　Abstract: this paper do the disease investigation on several related sections of the Qinghai-Tibet Highway, , analyzed argument draw hydrothermal factors is the dominant factor of the Qinghai-Tibet highway subgrade defects, thawing, frost heaving, frost boiling, frost heaving mound, hot melt Wu Tong and Swampthe main causes of disease, and the corresponding disease causes were analyzed for reference only.
　　Key words: permafrost; subgrade; hydrothermal changes; disease
　　 中图分类号：U213.1+4文献标识码：A 文章编号：
　　
　　引言
　　 青藏公路全长近1147Km，是进入西藏的主要干道。公路沿线年降水量从拉萨向北逐渐减少。降水季节分配极不均匀，多集中在5~9月降水，且年降水量远小于年蒸发量。根据青藏公路多年冻土地区近期气象观测资料，沿线年平均最高温度-6.8~8.1℃、最低气温为-14.5~-17.4℃，温度差值为23~26℃，年平均温度为-4.0~-6.9℃。全年冻结期达7~8个月(10月至翌年4~5月)。结合对于青藏公路纳赤台、五道梁、雁石坪、那曲四个路段的调查研究，分析得出水热变化可诱发融沉、冻胀、翻浆、冻胀丘、热融湖塘和沼泽化湿地等现象，这些对于青藏公路尤其是对路基的危害是不容小视的，应当给予重视。下文将逐步论述水热变化对于青藏公路路基的危害。
　　青藏公路病害调查
　　 本文通过对青藏公路纳赤台(K2750+000~K2933+000)、五道梁(K2934+000~K3115+000)、雁石坪(K3128+000~K3269)、那曲(K3527+000~3678+000)等路段进行了路面病害调查调查。结果如下：
　　 (1) 纳赤台病害调查，如图1-1所示。
　　
　　
　　 a) 不同损坏类型所占比例b) 主导损坏类型的比例
　　 图1-1纳赤台段道路病害类型及其比例
　　注：图中损坏类型代码分别为：1―龟裂；2―块状裂缝；3―纵裂；4―横裂；5―坑槽；6―松散；7―沉陷；8―车辙；9―波浪拥包；10―泛油；11―修补损坏。（下同）
　　 由图1-1可以得出，裂缝类病害所占的比例最大，经统计占总损坏量的37.30%，其中块状裂缝占32.62%，而龟裂、纵裂、横裂所占比例很小，此外松散病害所占的比例也较大，约为32%。
　　(2) 五道梁段病害调查，如图1-2所示。
　　
　　
　　 a) 不同损坏类型所占比例 b) 主导损坏类型的比例
　　 图1-2五道梁段道路病害类型及其比例
　　 由图1-2可以得出，青藏公路五道梁段以路基病害为主，其中沉陷所占的比例最大，为62.18%，其次，路面病害―松散所占的比例也较大，为13.41%。
　　
　　(3) 雁石坪段病害调查，如图3-8所示。
　　
　　
　　
　　 a) 不同损坏类型所占比例b) 主导损坏类型的比例
　　 图3-8雁石坪段道路病害类型及其比例
　　 由图1-3可以得出，青藏公路雁石坪段以裂缝类病害为主，经统计所占的比例为总损坏量的65.09%，其中龟裂占23.29%，块状裂缝占29.28%，横裂占10.33%，横裂所占比例较小，此外修补病害的比例也较大，为23.12%。
　　(4) 那曲段病害调查，如果1-4所示。
　　
　　
　　
　　 a) 不同损坏类型所占比例 b) 主导损坏类型的比例
　　 图1-4那曲段道路病害类型及其比例
　　 由图1-4可以得出，青藏公路那曲段损坏类型主要表现为路基病害，经统计其中沉陷占总损坏量的34.73%，车辙占16.37%，波浪拥包所占比例很小。
　　(5) 纳赤台、五道梁、雁石坪、那曲2011年月平均最低温度及月平均降水。
　　
　　
　　
　　 图1-5-1 2011年四地区月平均降水量
　　 （注：上图的数据单位为mm）
　　
　　
　　 图1-5-2 2011年四地区月平均最低温度
　　 （注：上图的数据单位为℃）
　　
　　 由图1-5可以看出，2011年中五道梁和那曲的降水总量远大于纳赤台和雁石坪，而纳赤台和雁石坪的月平均气温高于五道梁和那曲。结合各段损坏类型，五道梁和那曲段的病害主要是路基病害表现为沉陷，纳赤台和雁石坪段以路面裂缝类病害为主。由此不难看出降水越多温度越低，也就越容易造成路基病害，也就是说水热变化是路基病害的主导因素。不均匀沉降变形、路基纵裂、边坡滑塌为路基病害的主要表现形式，其中不均匀沉降变形占路基病害的80%以上。青藏公路路基病害成因主要有融沉、冻胀、翻浆、冻胀丘、热融湖塘和沼泽化湿地等六个方面。在下文，将基于水热对这些路基病害成因进行分析。
　　2. 路基病害成因的主要类型及机理
　　2.1 融沉
　　 融沉，也称融化下沉，指土中过剩冰融化所产生的水排出以及土体的融化固结引起局部地面的向下运动，是自然(如气候转暖)或人为因素(如砍伐与焚烧树木、房屋采暖)改变了地面的温度状况，引起季节融化深度加大，使地下冰或多年冻土层发生局部融化，从而导致路面下沉影响行车安全[1]。路堤修筑后改变了原表面的水热交换条件，并引起基底土层压缩等一系列变化。这些变化在一定条件下使上限(指多年冻土上限，为多年冻土层的顶面，也是地表以下位置最深的冻融土层的界面)下降。而路堤的存在则增加了热阻，是有利于上限上升的因素。当路堤很低时，热阻小，使上限上升的因素弱于使上限下降的因素，从而导致上限下降。随着路堤高度的增加，使上限上升因素的作用也随之增强。当这一因素的作用增加至等于或大于使上限下降因素的作用时，就会导致路堤下上限不变或上升。这样，在一定条件下就存在这样一个路堤高度，当实际路堤高度大于这一路基高度时，上限将上升；而小于这一高度时，上限将下降。这一高度叫做使原上限不变的最小路堤高度。当在冻土区筑路时，必须保证使实际路堤高度大于这一最小路堤高度。融沉也是多年冻土区建造物遭破坏的主要原因，常造成斜坡和各种建造物的不稳定。在天然情况下，冻土的融沉会形成各种热喀斯特现象。
　　2.2 冻胀
　　 土在冻结过程中水分向冻结锋面迁移冻结，冻结时体积膨胀，这种现象称为土的冻胀作用，简称冻胀。它是土体冻结时最主要的物理力学过程。影响冻胀的主要因素有：土体类型、含水状况、冻结条件。冻胀一般是不均匀的，它是多年冻土区路基变形的主要原因之一，受其影响，路基往往发生隆起、扭曲变形等不良现象．严重影响行车安全。一般情况下，在低温冻土区，活动层厚度一般较小，且存在双向冻结，冻结速度较快，故冻胀相对较轻。而在高温冻土区，活动层厚度一般较大，冻结速度也较低[2]。引起冻胀的因素很多，例如路基填筑材料的不均匀，或不同岩性和水文地质条件地段路基过渡处理不当，由于水的侵入可能引起不均匀冻胀，使线路在纵断面上失去平顺性。
　　2.3 翻浆
　　 路基土冻结后，由于水分迁移和聚冰作用，使土体含水量显著增大。道路在春暖化冻时，土颗粒间水膜厚度增大，土颗粒间的摩阻力消失，土壤的强度指标显著降低。路基中上部已融化的水被下部未融化的冻土所阻，不能下渗，使路基土上部处于饱水状态，承载力显著降低。在车轮碾压下，路面下沉，饱水泥浆从路面裂缝中挤出，造成翻浆，给公路交通带来危害。按不同的水文地质条件，道路翻浆可分为地下水类翻浆、地表水类翻浆、土体水类翻浆、气态水类翻浆四种类型[3]。
　　 道路翻浆还与车量荷载的大小和通车次数等有关。交通量越大，车量越重，越易引起或加重翻浆。产生路基冻胀和翻浆的原因很复杂，有时是多种因素综合作用的结果。
　　2.4冻胀丘
　　 由土的差异冻胀作用[4]所形成的丘状地形，总称冻胀丘。冰锥和冻胀丘是多年冻土区道路工程中最经常遇到的不良冻土现象。在青藏公路沿线就分布有大小冻胀丘100多处。值得注意的是由于筑路而产生的水文地质条件的变化(堤身和基底土的压密，上限上升，挖方拦截地下水通道等)往往在线路附近诱发新的冻胀丘。冻胀丘的形成会产生巨大的隆胀力，使道路变形。因此，在选线、选址时均应注意水文地质调查，尽量绕避已有的冰锥、冻胀丘，以及线路修筑后可能产生新的冰锥和冻胀丘的地段。
　　2.5 热融湖塘和沼泽化湿地
　　 热融湖塘在青藏公路沿线分布较广，在楚玛尔河高平原上尤为集中。一般热融湖塘下仍有多年冻土存在。公路通过热融湖塘时要注意路基冻胀和沉陷的不均匀及边坡陷裂等问题，同时湖塘积水也容易引起路基湿软，加剧冻胀和沉陷。
　　 沼泽化湿地地段一般厚层地下冰发育，线路通过时应注意上部草炭和泥炭层的压缩问题，在这类地段筑路时要特别注意保护植被，作好排水和保证足够的路堤高度，必要时可加设保温护道。
　　3.结语
　　 （1）通过对青藏公路纳赤台、五道梁、雁石坪、那曲等路段的病害调查，得出不均匀沉降变形、路基纵裂、边坡滑塌为路基病害的主要表现形式。其中不均匀沉降变形占路基病害的80%以上。
　　 （2）结合当地的气象资料，通过研究得出水热的变化会引起融沉、冻胀、翻浆、冻胀丘、热融湖塘和沼泽化湿地等现象，这些正是青藏公路路基病害的主要成因。
　　 （3）在以后的设计施工中，应当注重水热的影响，做到防治结合，消除隐患，保障通行。
　　参考文献：
　　[1] 郭奕清,冻土地区路基的主要病害分析与防治措施[J].山西建筑,2007, 33(27):309-310
　　[2] 薛守斌,任杰.多年冻土地区公路病害与防治措施[J]. 黑龙江交通科技,2006,11:51-52
　　[3] 李治平, 多年冻土地区道路病害及其防治对策[J]. 东北公路,2003, 26(4):69-70
　　[4] 张明革, 多年冻土区病害的成因分析及防治措施[J]. 铁道建筑技术,2003, 增刊:27-29
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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