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(fù)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(jìn)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(jìn)；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(jìn)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(fù)溫度下由液態(tài)轉(zhuǎn)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(dǎo)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(fù)作用裂縫不斷加寬，嚴(yán)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(zhuǎn)化為液態(tài)水，或者在施工運營過程中的各種因素導(dǎo)致多年凍土發(fā)生局部融化使土體在自重應(yīng)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(dǎo)致路面高低不平，產(chǎn)生不均勻沉陷，從而也能導(dǎo)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(fù)溫度狀態(tài)下凝結(jié)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)致路面出現(xiàn)嚴(yán)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(jié)形成山丘型或椎體型的冰固體現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會導(dǎo)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(jié)，沿著整個平面上形成較大的覆蓋層最長可達(dá)幾百米，厚度可達(dá)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(dá)-50℃左右，最高可達(dá)28℃以上，年日照時數(shù)2600小時，地表凍結(jié)期遠(yuǎn)大于210天，最大季節(jié)凍土深度達(dá)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(dāng)?shù)厝丝谳^少，人為破壞影響不大，植被生長茂密，覆蓋率達(dá)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(shù)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(shè)計院的幫助下借助探地雷達(dá)等物探設(shè)備對阿龍山～滿歸路段進(jìn)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?xí)俨糠秩诨霈F(xiàn)穩(wěn)定與不穩(wěn)定過度現(xiàn)象。
2.2拉布達(dá)林～根河路段
本路線技術(shù)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(wù)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(yán)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(dá)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(dá)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(shè)計等級相對較低、施工工藝粗糙、養(yǎng)護(hù)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(jié)束語
對呼倫貝爾地區(qū)凍土路基工程病害調(diào)查是進(jìn)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(yù)防凍土路基工程病害的重要渠道。本文通過調(diào)查總結(jié)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(yù)防凍土路基工程病害奠定了基礎(chǔ)。
