呼倫貝爾地區(qū)凍土路基病害調(diào)查
2015-07-23
0引言
呼倫貝爾整個地區(qū)地域遼闊、地形地貌變化復雜、凍土分布廣、森林草原廣泛分布、公路與鐵路數(shù)量不多等客觀事實，我們只選擇了3個典型路段進行調(diào)查分析，每一路段取30～40km的里程作為調(diào)查研究的對象。調(diào)查的主要方法是統(tǒng)計3個典型路段路基工程病害類型、病害發(fā)生的物理幾何參數(shù)、并定量的分析出路基周圍的工程地質(zhì)、地形地貌、人為因素與凍土路基工程病害的直接或間接聯(lián)系，從而為解決分析凍土路基工程病害的原因提供更多的信息。
根據(jù)呼倫貝爾地區(qū)凍土分布特征和交通等原因，分別選擇由北向南，由西向東，逐步推進；由多年連續(xù)性凍土區(qū)域過渡到不連續(xù)性多年凍土區(qū)域，繼續(xù)向東南方向移動，最后進入到島狀凍土路段分布區(qū)。由大興安嶺西北坡向大興安嶺東南坡方向連續(xù)調(diào)查，調(diào)查具體地點及路線如圖1所示。
1.1凍脹破壞
土的凍脹破壞是指土壤在高寒地區(qū)，土顆粒中的液態(tài)水在負溫度下由液態(tài)轉化為固態(tài)，使原來土體體積不斷增大。在路基中凍土顆粒如果發(fā)生了凍脹破壞會導致路面出現(xiàn)凸凹不平，完全失去了平坦性，由于沿著路面橫向與縱向溫度分布是不均勻的，這樣會產(chǎn)生不均勻凍脹，這種不均勻凍脹會使剛性路面產(chǎn)生裂縫—縱裂或橫裂，隨著凍融反復作用裂縫不斷加寬，嚴重時路面呈破碎狀。
1.2融沉破壞
土的融沉破壞是指土顆粒中的固態(tài)水在0℃以上的溫度的條件下轉化為液態(tài)水，或者在施工運營過程中的各種因素導致多年凍土發(fā)生局部融化使土體在自重應力和外力作用下發(fā)生沉陷。如果路基中的凍土發(fā)生了融沉破壞也會導致路面高低不平，產(chǎn)生不均勻沉陷，從而也能導致裂縫的出現(xiàn)。這種現(xiàn)象多發(fā)生在粘性土較多且低路堤地段。
1.3翻漿破壞
翻漿破壞是指凍土顆粒在冬季的負溫度狀態(tài)下凝結了多余的水分，多發(fā)生在粘性土或軟弱質(zhì)土地帶，到了融化季節(jié)水分不能及時排除土體之外，從而導致土體承載力急劇降低，在行車外力作用下路面發(fā)生彈簧、裂紋、鼓包、車轍、唧泥等現(xiàn)象，翻漿破壞一般發(fā)生在道路設計等級較低的路段中。
1.4裂縫
由于凍土路段路基土體發(fā)生了凍脹、融沉等破壞導致路面出現(xiàn)嚴重的上升或下沉，從而使路面喪失了整體性，使其被拉裂產(chǎn)生并平面質(zhì)點相對位移的現(xiàn)象。
1.5冰丘、冰錐、延溜冰
冰丘、冰錐是指地下水在強大的凍脹壓力作用下，地下水就會在長時間內(nèi)被擠壓出地表，由于地表的溫度極低，經(jīng)長時間凍結形成山丘型或椎體型的冰固體現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會導致路基沉陷、路基松軟等道路病害。
延溜冰是指在冬季或初春，露出地表的泉水、河流中的流水在移動狀態(tài)時，下降的氣溫使這些水流自下而上逐層凍結，沿著整個平面上形成較大的覆蓋層最長可達幾百米，厚度可達幾米，這種現(xiàn)象多發(fā)生在大興安嶺周圍的林區(qū)，一旦路面出現(xiàn)了延溜冰現(xiàn)象，整個交通處于半癱瘓狀態(tài)，小型車輛勉強通過，而大型車輛會陷入冰層之中，尤其過往的車輛增多時，交通事故就會頻繁發(fā)生。
2典型路段工程病害概況
2.1阿龍山～滿歸路段
本路線位于呼倫貝爾地區(qū)根河市境內(nèi)，起點為根河，終點為滿歸鎮(zhèn)，與黑龍江省漠河縣公路相接，該調(diào)查區(qū)域位于呼倫貝爾北部，大興安嶺北坡的林區(qū)。平均氣溫-5.5℃，最低可達-50℃左右，最高可達28℃以上，年日照時數(shù)2600小時，地表凍結期遠大于210天，最大季節(jié)凍土深度達2.96米。是我國最寒冷的地區(qū)之一，年降雨量450毫米左右，雨季主要集中在7、8、9三個月，由于當?shù)厝丝谳^少，人為破壞影響不大，植被生長茂密，覆蓋率達到90%以上，給地球表面蓋上一層保溫被，從而使地下土常年不融化，形成連續(xù)狀態(tài)。
本路段技術等級為三級，路基寬為7.5米，路面寬6.5米，行車速度為30km/小時，阿龍山～滿歸路段全長47.7公里，于2008年10月底竣工，本路段位于連續(xù)性多年凍土分布區(qū)域內(nèi)。2009年10月在呼倫貝爾公路勘測設計院的幫助下借助探地雷達等物探設備對阿龍山～滿歸路段進行路基病害觀測統(tǒng)計，發(fā)生在本路段的主要病害有：不均勻沉陷、縱向裂縫、由于凍脹、融沉引起的路面波浪。由于激流河橫穿部分路段，這里人為活動較頻繁，每到春夏之際局部地段會出現(xiàn)凍土融區(qū)，因此位于局部路段上的凍土會少部分融化出現(xiàn)穩(wěn)定與不穩(wěn)定過度現(xiàn)象。
2.2拉布達林～根河路段
本路線技術等級為二級，于2003年竣工。該地區(qū)最低氣溫低于-30℃。整個路段位于不連續(xù)凍土分布區(qū)，本地區(qū)常見道路病害與阿龍山～滿歸路段相同，但是由于河流較多，人為影響等因素，局部路段凍土出現(xiàn)退化現(xiàn)象。
2.3博克圖～烏努爾路段
博克圖～烏努爾路段位于呼倫貝爾牙克石市境內(nèi)，平均氣溫為-1.5℃，該路段位于大興安嶺東坡島狀多年凍土區(qū)域，由于時間的原因并考慮大興安嶺西坡丘陵島狀凍土、呼倫貝爾高原島狀凍土路段與本路段有很多相似之處，而且該路段發(fā)病率明顯高于其他島狀凍土區(qū)域，本次重點調(diào)查統(tǒng)計了博克圖～烏努爾路段的鐵路、公路等病害情況。
從呼倫貝爾市海拉爾區(qū)工務段獲得哈爾濱～滿洲里（濱州線）博克圖附近路段凍害監(jiān)測情況。博克圖～烏努爾路段鐵路路基在嚴寒的冬季主要發(fā)生集中向上隆起的凍脹病害，據(jù)統(tǒng)計發(fā)病率高達51%以上，每年11月份至第二年的2月份為主要的發(fā)病時間，向上集中隆起高度最大可達60mm左右。
博克圖～烏努爾段的公路為301國道的一部分，301國道是國家九五計劃中提出的“五縱七橫”最北面的一“橫”，東起黑龍江省綏芬河市西至內(nèi)蒙古滿洲里市，整個路段穿越了呼倫貝爾地區(qū)的大興安嶺東坡島狀多年凍土區(qū)域、大興安嶺西坡丘陵島狀凍土區(qū)域、呼倫貝爾高原島狀凍土區(qū)域，道路工程病害頻繁發(fā)生，本路段道路工程病害主要有：路基的不均勻沉陷、翻漿、縱裂等。翻漿現(xiàn)象主要發(fā)生在公路設計等級相對較低、施工工藝粗糙、養(yǎng)護程度較差的路段中，翻漿病害在301國道呼倫貝爾境內(nèi)上多有發(fā)生。
3結束語
對呼倫貝爾地區(qū)凍土路基工程病害調(diào)查是進一步查明本地區(qū)凍土路基病害發(fā)生原因的主要途徑，也是尋找預防凍土路基工程病害的重要渠道。本文通過調(diào)查總結出了呼倫貝爾地區(qū)凍土路基病害的主要特征和典型路段工程病害概況，為尋找預防凍土路基工程病害奠定了基礎。
