多年冻土地区公路病害防治技术指引

1、震后交通根底设施重建技术系列指南之八多年冻土地区公路病害防治技目录1 总那么 1.2 术语、符号 1.2.1 术语 1.2.2 符3.3 冻土和冻土工程中的根本规定4.4 公路沿线多年冻土勘查 5.4.1 公路沿线多年冻土勘察的根本要求 5.4.2 公路沿线冻土工程地质调查 6.4.3 公路沿线冻土工程地质勘探 9.4.4 冻土温度确实定 1.1.4.5 冻土物理和力学参数的测试 1.15 多年冻土地区公路病害 1.15.1 多年冻土地区公路病害类型和特征 1.25.2 多年冻土区公路病害分级 1.45.3 多年冻土区公路病害调查 1.75.4 多年冻土地区公路病害机理 1.96 多年冻土地区

2、公路病害防治概述 2.46.1 多年冻土地区公路病害防治的目的和原那么 2. 46.2 防治的内容 2.5.6.3 防治的方法 2.5.6.4 防治的五个阶段 2.6.6.5 多年冻土区公路病害防治的标准 2.67 多年冻土地区公路路基设计 2.77.1 冻土路基设计的一般规定 2.77.2 少冰、多冰冻土地段的路基 2.97.3 高含冰量冻土地段路基 2.97.4 冰锥、冻胀丘地段路基 3.17.5 热融滑塌地段路基 3.27.6 热融湖塘地段路基 3.27.7 冻土沼泽沼泽化湿地地段路基 3.37.8 支挡建筑物 3.3.7.9 路基排水 3.4.7.10 取土场、弃土堆 3.5.8 多年

3、冻土地区公路路基施工 3.69 多年冻土地区公路病害防治措施 3.79.1 预防措施一保温路基 3.89.2 预防措施二通风管路基 4.09.3 预防措施三低架旱桥 4.29.4 治理措施一遮阳板护坡 4.39.5 治理措施二碎石护坡 4.49.6 病害治理措施的养护 4.61总那么本指南主要根据青藏公路、214国道等研究较为深入的多年冻土 区公路的观测资料分析总结并结合仿真分析研究而编制，对于其它多 年冻土区公路的适用性还需要考虑当地气候、冻土环境的特殊性。本指南主要内容为多年冻土区路基工程方面的病害。10.3本指南涉及多年冻土区公路路基设计一般原那么、公路沿线多年 冻土勘察、多年冻土区公路

4、路基主要病害类型、病害形成机理、多年 冻土区冻土工程地质条件稳定性评价、 多年冻土区公路路基病害防治 对策等方面的内容。2术语、符号2.1术语多年冻土冻结状态持续二年或二年以上的土岩。冻结状态下的多年冻 土强度较高，但是由于其内部常常含有冰，冻土融化后往往发生融沉 和融化压缩变形，强度大大降低，继而危害上部工程建筑物的稳定性。融区指多年冻土区内由于热力作用形成的非多年冻土地段。地温年较差某一深度处地温在一年中最高与最低温度的差值一般按一年中最热月与最冷月的月平均温度计算。年平均地温指年温度较差为零深度处的地温。年零较差的深度称为地温年变 化深度。季节冻结层每年寒季冻结、暖季融化，其年平均低温高

5、于0C的地表层，其下卧层为非冻结层或不衔接多年冻土层。季节融化层每年寒季冻结、暖季融化，其年平均低温低于0C的地表层，其下卧层为多年冻土层。多年冻土天然上限天然条件下，多年冻土层顶面的埋藏深度。多年冻土人为上限人为条件影响下，多年冻土层顶面的埋藏深度。对多年冻土地区 的公路工程而言，路基下人为上限等于路面到路基下多年冻土层顶面 的距离。多年冻土下限指多年冻土层下界面的埋藏深度。衔接多年冻土直接位于季节融化层之下的多年冻土。不衔接多年冻土季节冻结层的冻结深度浅于天然上限的多年冻土。2.1.12融沉系数冻土在融化过程中，在自重作用下产生的下沉量与融化前相应厚 度之比值。融化压缩系数指冻土在融化后，

6、在单位荷载作用下产生的相对压缩变形量。冻胀率指单位冻结深度的冻胀量，即在某一冻结深度范围内的冻胀量与 响应的冻结深度之比值。冰椎多年冻土地区地下水在寒季流出地表冻结所形成的冰体。河流中形成的冰椎也叫冰幔。冻土沼泽在多年冻土地区，由于地表水、地下水的影响，地面长期潮湿，生长喜湿和喜水植物，并有泥炭堆积的山前斜坡或山间洼地 冻胀丘由土的差异冻胀作用所形成的丘状地形。热状热管桩内部采用对流原理制作的汽-液两相或者单相液体工作的管状 换热装置。融化盘在工程作用下，多年冻结地基土的一局部发生融化，形如盘、盆 状，故称融化盘。2.1.20 冻土核指在天然地面上的工程填土内，残留或发育形成的冻土体。不良冻土

7、现象又称不良冷生现象，指土体的冻结和融化作用产生的对工程有不 利影响的新形成物及中小型地形，如冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热融 滑坍和热融湖塘等现象。2.2符号冻土物理力学性质指标1Wa冻土总含水率% ；2Ic冻土相对含冰率咧；3Iv冻土体积含冰率%；4p冻土天然密度Kg/m3;5訂-冻土骨架密度Kg/m3;6-冻土干密度Kg/m3;7Ip-冻土塑性指数；8e -冻土孔隙比；90冻土融化下沉系数% ；10n冻土层的平均冻胀率%11Wu-冻土未冻含水率咧；12Il土的液性指数。冻土热学性质指标1 f、u 冻土、未冻土导热系数W/m K;2 Cf、Cu冻土、未冻土体积热容量J/m - K；3 Q 冻、

8、融土的相变潜热J。冻土季节冻结、融化层数1 Ht多年冻土天然上限m；2 叫多年冻土人为上限m；3 Tcp年平均地温C;3冻土和冻土工程中的根本规定3.0.1多年冻土具有融化下沉性，根据土的融化下沉系数乜的大小，可以划分为不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷五级参见附录A。多年冻土按含冰类型可分为少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、 饱冰冻土和含土冰层等五类。 其中富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层又 统称为高含冰量冻土。各种含冰类型冻土的判别依据参见附录B。高原多年冻土的低温分区，按多年冻土年平均气温Tep,可分为 以下四类：1多年冻土年平均低温Tcp _-0.5 C时，属高温极不稳定冻土区。2多年冻土年平

9、均低温-1.5 C兰TcpV-0.5 C时，属高温不稳定冻 土区；3多年冻土年平均低温-3.0 C乞TcpV-1.5 C时，属低温根本稳定 冻土区；4多年冻土年平均低温TcpV-3.0 C时，属低温稳定冻土区。3.0.4多年冻土区各类工程地基设计应根据冻土的低温分区和工程地 质分类进行，并遵循以下设计原那么：1保护多年冻土的设计原那么；2延缓多年冻土融化速度的设计原那么;3破坏多年冻土的设计原那么。3.0.5在高含冰量的低温稳定区和低温根本稳定区应采用保护多年冻 土的设计原那么 高温不稳定区应根据其使用条件和工程地质条件，经技术经济 比选后，确定采用保护多年冻土的设计原那么或延缓多年冻土融化速

10、度 的设计原那么。307高温极不稳定区应根据其使用条件和工程地质条件，经技术经 济比选后，确定采用延缓多年冻土融化速度或破坏多年冻土的设计原 那么，或者采用消弱浅层冻土譬如，低架旱桥等影响的原那么。按破坏多年冻土的设计原那么，采取预先融化状态设计时，可按 季节冻土进行地基设计。4公路沿线多年冻土勘查对公路沿线多年冻土的了解程度对于待建公路的设计、施工以及已有公路的病害治理具有重要意义。众所周知，多年冻土最大的特点就是长期处于负温且含有冰，属 极不稳定的复杂多相体系，其工程性质随温度、应力和水分变化而变 化。对于公路沿线多年冻土特征和分布的详细了解，一方面可以使得设计工作更加合理，另一方面可以促

11、进公路的科学施工， 同时也有利 于认识已有公路病害的形成原因，提出更加有针对性的治理方案和措 施。4.1公路沿线多年冻土勘察的根本要求公路沿线多年冻土勘察就是要为公路的设计、施工、病害治理提 供完整、详细的冻土工程地质资料，为到达这一目的，公路沿线的多 年冻土勘察应满足以下要求：1查明表层至少8m以内的冻结与非冻结松散土层的分布， 或者 基岩面的埋深；2查明表层至少8m以内的冻土特征和分布，确定冻土上限与冻 土年平均地温，了解多年冻土的厚度；3实验测定冻土的各项物理参数包括总含水量、含冰量、容重 等；4查明公路沿线的不良冻土工程地质现象，即冻胀丘、热融滑塌、 热融湖沼、浅埋的厚层地下冰，富含冰

12、的沼泽湿地等的分布特征和形 成规律；5调查地下水的分布与埋藏条件、着重查明冻土层上水以液相水 存在的时间、最大的寒水层厚度，冻土层下水的排泄出露带、涌水量， 水温及变化动态；6查明地表水的分布与变化规律、径流量、季节性集水汇水 地段、范围，对工程可能产生冲刷、侵蚀和融蚀的地段；7查明现有工程各种病害的产生原因与分布， 如道路冻胀隆起翻 浆或热融湖塘、路肩崩坍、路面路基开裂，涵洞破损、桥墩台倾斜、 断裂及房屋冻融变形破坏等。4.2公路沿线冻土工程地质调查工程地质调查通常包括对地面景观、自然与工程现象及露头的观 察、填图，根底资料的收集和对代表性工点、居民点的访问。通过公 路沿线的冻土工程地质调查

13、，可以初步确定冻土分布范围，划分冻土 工程地质类型冰对工程地质条件进行初步评价，为全面的勘探、钻探、 坑探、物探点的布设定位提供依据。公路沿线冻土工程地质调查内容1收集工作区水文气象资料，特别是气温、低温、降水、河 水流量及洪水资料。目前，青藏高原多年冻土区内定点的水文气象台 站较少，工作区内上述资料可能处于空白，为满足设计工作的需要， 临时设点进行一些补充、比照观测是必要的，这应列入工程地质调查 的整体方案中，最好是超前安排。2调查不良冻土工程地质现象，进行相应的测绘工作与填图 工作，对其危害性分别作出判断，提出防治工程病害方法措施。具体 调查内容包括以下几个方面： a冻胀丘，分布范围、规模

14、大小、类 型、一年生还是多年生、生成发育过程和消融过程、固定的还是活动 的、补给水源地表水、冻土层上水、冻土层下水、水温、流量；b、 热融现象：类型热融滑坍、热融塌陷、热融坍塌、分布的地形条 件、发生的内外部因素地形条件、土质与含水条件、自然水流的侵 蚀与流水热融、植被、地表状况的认为破坏情况、人为挖方、挖掘坡 脚、规模大小热融体深度、查过浓度、宽度、热融体土层性质最 大容身、含冰量大小、富含冰土层厚度、热融速度、开展趋势初 期、开展期、稳定静止期；C、沼泽湿地：分布的地形条件山间低 洼盆地、山前平缓台坡和越岭平台、规模大小、积水条件沼泽水 源补给、地表水、地下水、季节性或常年性、沼泽土质类型

15、外表 植被发育状况，上部覆盖是属草炭类型还是泥炭类型、厚度，最大融 化深度，冻结层含冰量、厚度；d、厚层地下冰：分布范围、厚度、 埋深及形成发育条件。地下水调查地下水调查一方面是为评价其可能产生的危害和危害程度提供 可靠依据，同时也可以寻找供水水源。常年存在的液相地下水特别是 冻土层下水对路基、桥涵工程影响较大，表4-1可以作为初步判断的 依据。表4-1冻土层上水与层下水的判断参考依据含水层分布位置液相水 存在时间泉水涌水量水温伴生冻土现象危害性供水意义冻土山前断裂带常年较大2L/S 、稳定排泄带每年均大大层下水河谷断裂带较大有冻胀丘产生冻土 层上水谷、盆地 河流阶地季节性一般610月较小1L

16、/S 、间歇性不稳定偶尔有融冻滑 塌产生一般暖季现有工程建筑物的调查是冻土工程地质调查的重要内容，尤其 是青藏高原多年冻土地区。现有工程的一些工程作用与现象可以作为 是否存在多年冻土的指示。对现有工程根底的稳定性分析可以帮助判 断冻土的工程地质条件，同时工程的病害与成功案例可以为新的类似 工程直接提供借鉴。青藏高原东部多年冻土区主要的工程建筑是道路 工程路基与桥涵和居民住房，对这些工程的调查应侧重如下内容。路基病害：确定路基基底的冻土工程地质类型， 冻结基底的土层 性质与物理性质，填土路堤的结构、成分与高度，道路建成运行时间， 道路运行稳定性特征及病害特点，病害发生时间，病害类型，病害原 因。

17、涵洞病害：确定涵洞结构类型，根底埋深、根底土质类型与含冰 性质，涵洞过水状况，冰塞现象，涵洞病害情况，涵洞病害的原因分 析。桥墩台病害：调查桥墩台所处的冻土工程地质条件土质条件、 冻土条件、水文条件，墩台病害特征等。房屋病害：调查房屋地基土性质，冻土条件，根底类型与根底埋 深，病害特征墙壁热融沉断里、屋内热融下沉、冻胀融化差异引 起的墙壁裂缝、倾斜等。假设是连续发生屋内及强体下沉现象，一般可以判断为多年冻土地基。融区调查融区调查大致分为两大类，其一是分布于大片连续多年冻土区中 的早期融区，其二是分布于多年冻土下界附近， 近期冻土退化形成的 融区。前者分布往往成线状和带状，后者为片状。正确确定融

18、区有助 于寻找良好的工程地质地段，以降低工程造价，确定居民点位置和供 水水源地。在地面调查阶段确定融区主要的依据是： 常年径流或者径 流期长的大中江河的河槽、河漫滩阶地等；地下水活动或直接作为排 泄带的构造断裂破碎带，包括山前断裂、河谷断裂等，大局部存在融 区。这种融区类型除了地形标志外，地下水泉常年排泄、寒季冰 椎的产生均可以作为判断依据，这是可以进一步通过测定浅层低温以 判断其宽度与分布范围。活动型冻胀丘多数是因周围多年冻土作为个 水曾、融区含水层受季节冻结层作用受压而形成的，据此不但可 以判断有稳定融区分布，而且可以判别其周围有多年冻土存在； 常年 性给水水井，这也是融区存在的标志，如2

19、14过道上的温泉、黄河沿、 玛多等地的水井和109国道上不冻泉水井，沱沱河沿水井均具有融区 的标志作用；冻土区内一些居民点，根底稳定，多年使用仍完好，一 般多属融区；道路工程，随填土高度较低，但经多年运行，路基稳定， 极少有病害，这些路段也可能是融区。425多年冻土的指示标志在109国道唐古拉山以北、214国道巴颜喀拉山以北地区，海拔 在4400m以上的均属多年冻土分布去，这些地段年平均气温一般低 于-3.5C，根据海拔来判断这些地段属多年冻土是容易的。较难识别 的是大山系间的河流、谷盆低洼地以及高山多年冻土分布下界附近的 冻土岛，而判别这些冻土岛是工图工程地质调查阶段的主要任务之 一。据以下

20、标志可以初步判断多年冻土是否存在：1永久性冻胀丘和热融滑坍、热融崩塌等不良冻土现象是指 示多年冻土存在的重要标志；2每年79月间的道路热融深翻浆和民房根底多年连续热融 下沉等工程病害也是多年冻土存在的重要标识。以下现象可以作为冻土是否存在的参考指标： 残留小型冻胀丘群 分布既可能表示冻土已退化消融，同时也往往可能指示有少量冻土岛 存在；在普遍较枯燥地段分布相对发育的“植被岛，及山前平缓台 地，山间低洼的“植被岛同时表示此处赋存多年冻土；有些活动性 小冻胀丘分布的沼泽湿地；平缓枯燥地段上的“湿地岛在暖季雨后更潮湿等。4.3公路沿线冻土工程地质勘探公路沿线冻土工程地质勘探应在工程地质调查根底上进行

21、，勘探点的布设应坚持点、线、面相结合，特别是在线路勘探中不搞勘探电 平均布设。工程地质条件单一、简单的地段，原工作程度较高地段和 有可靠实践经验可借鉴的地段等可以减少勘探点和勘探工作量。在下列地段那么应增大勘探密度、增加勘探工作量：厚层地下冰地段、沼泽 湿地发育地段、低填浅挖地段、岛状冻土分布地段、融区与冻土过渡 地段、典型工点和重点工程地段。冻土工程地质勘探应采用综合勘探 技术手段，特别要重视高技术的应用，以钻探为主导，以坑探为补充， 以物探为联系及扩充，统一布置，互为一体。工程地质钻探通过钻探工作要确定土岩特别是松散土层的组成成分、厚度及物理性质，冻土的组成成分、含冰特征与含冰量，冻结松散

22、层厚度，天 然冻土上限、天然最大融化上限，为冻土物理、热物理和力学参数测 定提供样品，为冻土地温测量冻土年平均地温等提供测孔。1钻孔布置公路路基工程平均每公里 5个以上钻孔，一般地段250m 个， 简单地段300m 一个，复杂地段100m 一个。挖方地段一般必须打孔。 路基钻孔深度一般不得小于8m。2钻进与米样冻土钻孔直径一般要求89mm以上，通常采用干钻，以低钻速、 小进尺、多提钻来提高岩芯采取率和冻土样。3岩芯的观察与编录对岩芯的观察与编录除了要完成普通的编录以外，还要对冻土特征做详细描述，譬如冻土的含冰类型参见附录B、冻土的结构和构造参看附录C,同时还要对冻土的融沉性进行现场初判参见 附

23、录D 。对少、多冰冻土岩芯和被钻探严重扰动的岩芯在钻进速 度较慢的碎石土地段，岩芯可能由于长时间的被摩擦而融化而言， 判断岩芯是否冻结比拟困难。因此，要仔细观察岩芯中残留的微量冰 屑、冰晶花，可以借助放大镜观察；观察冻融岩芯分界深度即钻探 时的融化深度，观察分析冻土上限位置和多年冻土含冰分布规律。 在大局部情况下，由于钻探工作并非在到达最大融化深度时进行，因此往往不能够通过岩芯的冻融界面来判断上限， 此时经常采用的一个 方法是观察岩芯中含冰量的变化，在含冰量变化显著的位置可能就表 明此处就是上限。准确的上限确定依靠测温资料、结合地表、土质、 含水量、气候等因素综合判别给出。4钻探取样钻孔样品含

24、水量与容重分析试验一般要在现场完成，有孔必做。 在冻土上限之上，一般取样间隔不得大于0.5m,在冻土上限附近±.5m取样点距不得大于0.25m,在多年冻土层内点距一般为0.3 0.4m。假设含水量与容重在垂向空间上分布较均匀，可以用“点取法， 假设分布不均匀，最好用刻槽平均取样。供测定热血参数的样品，一般 不得少于2Kg,而供测定冻土力学参数的样品，一般不得少于10Kg, 最好在15Kg以上，因此靠一钻孔采样往往满足不了要求，而需要采 用多个钻孔联合取样。对于道路工程热物理、力学参数试验仅要求取 代表性土样进行试验，对道路工程每百公里取 34个试样。工程地质坑探坑探可以作为勘探点网的

25、一个重要组成局部，布置于两钻孔间以增加勘探密度，也可用作钻孔的补充，弥补钻孔取样的缺乏，为观察 冻土提供直观样品；坑探也是判断多年冻土上限的重要手段。坑探深度一般要超过冻土上限以下 0.51.0m，细颗粒土坑探还可以配合钎 探，扩大深度。坑探大小一般为0.81.0 X 1.21.5 m,上宽 下窄。高原地区的旱天最适合探坑挖掘。 为防止冻土层上水或雨雪水 深入探坑，应快速施工，当日开工，当日完成，并做好编录、取样和 回填工作。地球物理勘探地球物理勘探方法具有轻便、快捷的优点，结合钻探、坑探等资 料可以把有限的点状地质资料推广至线状甚至面状的资料，大大提高了多年冻土勘探的地质信息含量。 根据目前

26、的技术开展状况，我国的 多年冻土物探主要采用探地雷达来完成， 尤其是仅10a来，探地雷达 已成为青藏高原多年冻土区和我国东北多年冻土区冻土探测的得力 技术手段。借助于钻探、坑探等常规探测方法，雷达探测可以确定多年冻土 的分布界限以及多年冻土的上限，同时在局部路段也可以确定冻结松 散层厚度和基岩埋深。在公路工程中，雷达勘测通常采用每公里500个测点，在复杂路段测点要加密至每米至少1个测点。在进行公路纵 向地质雷达勘测时，探测深度一般在10m16m之间；在横向探测时， 主要用来寻找上限的位置，探测深度一般选择 8m左右。使用探地雷 达进行公路沿线冻土勘测的最正确时间在 910月，此时季节融化深度

27、一般都到达上限位置，有利于通过雷达波寻找上限。探地雷达同其它物探设备一样，除了要结合钻探、坑探资料以外， 沿线地形、地貌、地物、植被、路况等信息的记录，对于探地雷达资 料的解译也是必不可少的。4.4冻土温度确实定确定冻土温度就是要确定多年冻土的年平均地温，在有些情况下 还要开展一些辅助观测，譬如地中热流观测以及地面热量平衡综合观 测等，这些资料在室内实验中一般是无法确定的， 需要通过现场观测 来获得。冻土地温观测要提供可靠的温度场变化，而且要确定一批冻土特 征参数，主要有地面解冻与冻结的起始时间、 冻土上部融化层年最大 融化深度出现时间、冻土上限深度、融化层完全冻结的时间、持力层 的年最高和年

28、最低地温及出现时间、冻土温度的年变化深度、冻土年 平均地温以及冻土的地温梯度和变化趋势等。 要取得大局部的地温指 标，钻孔深度一般要深于15m，最好能穿过多年冻土层或更深。热敏 电阻由于测温精度高、体积小，往往是多年冻土地区现场测温的首选。 埋设探头的方式有两种，一种是固定预埋于地下，这样可以较准确的 测定地温；另一种是活动式的，即在需要测温的位置，预埋测温管钢 管或者工程塑料管，在需要测温的时间把测温探头放入。后一种方 法可以减少测温设施被破坏的可能性，而且易于修复和更换传感器， 有利于长期、反复使用，其缺点就是管内可能存在对流，影响测温的 精度。4.5冻土物理和力学参数的测试公路工程中的冻

29、土工程地质勘察不但有常规试验工程， 而且有相 当数量的冻土专项试验，这些试验有一局部是在室内完成的， 譬如颗 粒分析、未冻水含量等。多年冻土的参数测试主要侧重于冻土的热学参数、融化变形指标 以及局部力学参数。冻土的根本热物理参数包括导热系数、 热容量和 导温系数，这三个参数是冻土热工计算的常用根本指标， 在现场工程 勘察中很难直接获得，常常要在试验室内来测定。导热系数在室内多 用稳定状态热流计法测定，现场多用不稳定态探针法测定精度较 低，热容量采用量热法来测定，而导温系数用正规状态法测定。由 于这些参数的测定需要的工作量较大， 在实际应用过程中，常常采用 查表法。一般情况下，常见土类的热学参数

30、可以从附录I中查得。冻土的融化压缩系数和融沉系数常常用来表达冻土的融化变形性质，这两个指标分别参见附录 E和A。在多年冻土公路路基工程中，往往还 需要知道冻土的容许承载力。但是由于这个指标的测定非常复杂， 再 加上冻土结构的变异性较强，经常采用经验值参见附录F。5多年冻土地区公路病害5.1多年冻土地区公路病害类型和特征根据对青藏公路、214国道、新藏公路、青海省其它多年冻土地 区公路和东北多年冻土地区公路病害的调查和分析，多年冻土地区公 路的病害主要是由于多年冻土的融化和季节活动层的冻融变化所引 起，譬如路基沉陷病害、道路翻浆、路面不均匀冻胀等；另外，在多 年冻土地区由于气候严寒，一些局部的冰

31、冻病害也时常发生， 譬如涎 流冰、冰椎、冻胀丘等。路基沉陷病害路基热融沉陷病害是多年冻土地区最主要的病害类型，是多年冻 土地区和季节冻土区、非冻土地区公路病害最根本的差异。 路基纵向 的不均匀沉陷可以产生波浪病害，而横向的不均匀沉陷又可以诱发路 基纵向裂缝。在高含冰量的多年冻土区，尤其是在采用沥青路面的路 段，往往由于冻土保护措施不够，路基下的多年冻土发生融化，最终 导致路面波浪病害；在阴阳坡差异显著的多年冻土路段， 同样由于路 基两侧下部冻土的不均匀融化，结果导致路基内部和路面出现纵向裂 缝。无论路面波浪，还是路基纵向裂缝，都严重降低了公路的行车能 力和行车平安性。在发生路基热融沉陷的路段，

32、其路面病害率均显著 高于其它路段，更高于季节冻土区和非冻土区的路面病害率。多年冻土地区的路基沉陷病害几乎全部发生在高含冰量路段，采用沥青路面公路的沉陷病害要比浅色混凝土或者砂砾路面公路的沉 陷病害严重。除了多年冻土的含冰量对公路沉陷病害有决定作用以 外，多年冻土的年平均地温也对路基沉陷变形量有重要影响。在不稳定和极不稳定多年冻土区，公路沉陷病害的发生率要大大高于根本稳 定和稳定带。另外，多年冻土地区的路基沉陷病害在每年的 10月份, 即冻土到达最大融化深度时，沉陷病害最严重。随着寒季的到来，活 动层回冻，基土冻胀，路基沉陷变形减小。因此，多年冻土地区的路 基沉陷变形具有年度周期变化的特点。翻浆

33、和不均匀冻胀公路翻浆就是指路面下的高含水量垫层材料泥浆，在行车荷载作用下被从路面挤出的一种现象，是公路病害的一个主要表现形 式。虽然翻浆病害在多年冻土区、季节冻土区和非冻土区都有出现， 但是寒冷地区的翻浆具有自己的特征。在季节冻土地区，公路发生翻浆病害以前，路面冻胀现象比拟明 显；其次，季节冻土区的公路翻浆病害多发生在春季，多是路面下的 高含冰量基层材料融化所致。多年冻土区的翻浆病害特征与季节冻土区既有上面的相似之处，也有不同点。在多年冻土地区，经常可以看到公路在秋季还发生翻浆 现象。如果说季节冻土区春季的翻浆是浅层翻浆， 是由基层材料引起， 那么多年冻土地区的秋季翻浆那么可以说是深层翻浆，是

34、由天然基底中的高含冰量冻土融化所引起。其它类病害在多年冻土地区，由于地形的影响，地表径流和地下径流往往会 给公路的稳定性带来可能无法预料的危害。在这些类型的病害中，涎 流冰和冻胀丘是其中发病率较高的二种病害类型。1涎流冰涎流冰又叫冰椎，是地下水溢出地表而形成的冰体。 涎流冰多形 成于山前坡地，由于公路从山前穿过，阻挡了地下水的流通，随着水 头压力的增加，在地表的薄弱处将溢出水流。在寒冷气候条件下，溢 出的水冻结成冰，即为涎流冰。涎流冰多为冻结层上水冻结所致，绝 大局部都是季节性的。在寒季形成，在暖季消融。涎流冰多是由于地下水通道受到公路工程的影响所致。因此，如果在修建公路的同时，没有在可能出现

35、地下水径流的位置设置好排水 通道，往往会在公路的上坡侧形成涎流冰。当涎流冰的规模较大时， 涎流冰可能会漫到公路路面，严重影响行车；即使涎流冰的规模不大， 也会由于冻融变化，对公路路基的稳定性构成威胁。图 5-1为青海省 X411公路K67+820附近的涎流冰。该涎流冰在融化后，已经在公路 的坡脚形成积水。图5-1青海省X411公路K67+820附近的涎流冰2冻胀丘与涎流冰类似，冻胀丘也是在承压水的作用下形成的。当地下径流的通道因某种原因地下水出口冻结或者是新修建筑物被阻挡以后，如果地表土层已经发生冻结或者表土层较厚，地下水无法溢出地表，将在地下发生冻结。在外来水源的补给作用下，地下冰体不断增

36、厚，当地下空间被冰体充满后，地表将在冻胀作用下向上隆起，形成 冻胀丘。冻胀丘按其存在的时间分为季节性冻胀丘和多年生冻胀丘。冻胀丘对公路的危害表达在它的聚水作用。对于季节性冻胀丘， 暖季的融水会危及路基的稳定；对于多年生冻胀丘，由于冻胀丘年复 一年的增长，表土所承受的拉应力越来越大，冻胀丘将开裂，水流溢 出侵蚀路基。在青藏公路多年冻土段，甚至还曾经发生过冻胀丘爆炸， 地下水喷涌而出的例子。在有些情况下，冻胀丘甚至可能就发生在路 基的下部，直接危害路基的稳定和行车平安。图5-2为青海省X411公路K120左右路基左侧上坡出现的冻胀丘。冻胀丘的丘底直径大约在15m左右，外表已经开裂，表土层下 30c

37、m左右可见厚层地下冰， 由于调查时间正处在寒季末，尚没有出现冰融水溢的现象。图5-2为青海省X411公路K120路基左侧上坡出现的冻胀丘5.2多年冻土区公路病害分级路面病害是路基上各种病害的综合反映，也是评价多年冻土地区 公路病害状况的根本依据。但是，对于不同的路面而言，病害的表现 方式差异较大。要准确评价路面的病害程度，就需要按照不同的路面 形式来评价路面和路基的状况。 根据多年冻土地区的公路实践，以及 未来公路等级不断提高的趋势，下面就分别以沥青路面和水泥混凝土路面来划分多年冻土地区公路病害的等级。沥青路面沥青路面的破损可以分为裂缝类、 松散类、变形类及其它类等四 大类。1裂缝类病害包括龟

38、裂、不规那么裂缝、纵向裂缝和横向裂缝 四种。当龟裂局限于轮迹带，伴随车辙发生时，往往是路面基层不良 或者底基层软弱所致；否那么，如果龟裂既不局限于轮迹带，也不伴随 车辙发生时，那么往往是由于路面施工的缺点引起。 不规那么裂缝主要是 由温度变形或者稳定层的反射裂纹引起。 在涵洞、桥梁等结构物与普 通路基的结合部位，横向裂缝常常出现，此外，在施工接缝处也易于出现横向裂缝。除了结构上造成的横向裂缝以外，温度应力和稳定基 层的反射也经常是路面横向裂缝的产生原因。沥青路面的纵向裂缝， 其形成原因比拟复杂。轮迹带的短纵向裂纹往往是疲劳裂缝的开始， 由于结合料老化，此种裂缝总是开始于沥青路面层的上部； 长的

39、纵向 裂纹往往是路基变形引起的，并且易于在裂缝处形成属性台阶。此外, 温度应力也会引起纵向裂缝，但是这种裂缝的宽度较小，裂缝深度也 很浅。从以上分析可见，沥青路面的四种裂缝中，只有长的纵向裂缝才 可能是由于路基变形引起。沥青路面下多年冻土的融化变形是多年冻 土地区路基变形的主要原因，自然也就是沥青路面长纵向裂缝形成的 原因。因此，多年冻土地区沥青路面长纵向裂缝的合理分级是评价多 年冻土对沥青路面裂缝类病害影响的根底。 为了全面评估多年冻土地 区沥青路面的裂缝病害，三种主要裂缝的划分指标参见表5-1。2多年冻土地区的松散类病害主要包括坑槽、啃边和松散。 坑槽是结构性破坏，既包括面层，也包括基层坑

40、洞，通常是由于水从 开裂的外表渗入基层，基层软弱而至。如果不能及时修补，坑洞在行车荷载和雨水作用下将进一步扩大， 从而对行车平安构成威胁。啃边 是指路面边缘有10cm以上的范围发生破碎脱落，多是由于路肩部位 路基填料压实缺乏所致。松散是指细集料和粗集料失去嵌锁力，在长 期行车荷载等作用下发生的一种老化现象。可见，多年冻土地区的松 散类病害与多年冻土没有直接关系，因此，此处并不对其进行病害分 级。表5-1公路沥青路面裂缝病害分级破损类型分级外观描述分级指标计量单位轻初期龟裂，缝细、无散落，裂区无变形块度:2050cm2 m龟中裂块明显，缝较宽，无或轻散洛或轻度变形块度:<20cm2 m裂重

41、裂块破碎，缝宽，散落重，变形明显，急待 修理块度:<20cm2 m纵 裂轻缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝宽： 25mm2 m中缝壁可见散落，有支缝25mn250mm重缝壁散落重，支缝多缝宽:>250mm2 m横轻缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝宽:< 5mm2 m裂重缝壁散落多，支缝多缝宽:>5mm2 m(3) 变形类病害包括沉陷、车辙、搓板、波浪等 4种类型的病 害。车辙是由荷载引起的变形，表现为轮迹带上的纵向凹陷。形成此 种类型的病害可能有三种原因：一是行车荷载超过了设计荷载，二是 沥青路面面层材料不良或者厚度缺乏， 三是基层或者底基层材料不良 或者压实度缺乏

42、。搓板与波浪都表现为路面连续起伏，只是两者的波 长不同。搓板的波长较短，主要由基层和底基层或者上路床软弱所致， 多发生于季节冻土区，在多年冻土区也有出现，受秋季降雨和地下水 位的影响较大；波浪的波长较长，主要是由于下路床、天然基底软弱 或者多年冻土融化所致，常发生于多年冻土地区，多年冻土融化是此 类病害的主要原因。除了波浪以外，沉陷病害显然也是多年冻土地区 的典型病害，对这两种病害的划分标准参见表 5-2。表5-2公路沥青路面变形病害分级破损类型分级外观描述分级指标计量单位、iT沉陷轻深度浅，行车无明显不适感深度： 100mmm中深度较大，行车不适100m250mmm重深度深，行车明显颠簸不适

43、深度:>250mm2 m波轻波峰波谷咼差小咼差：w 25mm2m浪重波峰波谷咼差大咼差：25mm2 m沥青路面其它类病害包括泛油、磨光、修补病害、冻胀和翻浆， 除了冻胀和翻浆与多年冻土地区的严寒气候有一定关系之外，前三种病害与多年冻土没有明显联系，此处不再对上述5种类型病害再做病 害分级。522混凝土路面目前，混凝土路面在我国的冻土工程实践中还比拟少，仅有局部试验路段，借鉴沥青路面中关于病害类型与多年冻土关系的分析，初步用混凝土路面的裂缝病害、 断裂板病害、竖向位移类病害和错台病 害来评估多年冻土地区混凝土路面的病害程度，根据?公路水泥混凝 土路面养护技术标准?(JTJ 073.1-20

44、01),对上述几种病害做出如下 分级：(1) 裂缝病害按裂缝缝隙边缘碎裂程度和缝隙宽度，裂缝病害可以划分为下面 3个轻重程度：a轻微一一缝隙边缘无碎裂或错台的细裂缝，缝隙 宽度小于3mm;或者，填缝良好、边缘无碎裂或错台的裂缝。b、中等一一缝隙边缘中等碎裂或错台小于 10mm的裂缝，且缝隙宽度小于 15mm。c、严重一一缝隙边缘严重碎裂或错台大于 10mm，且缝隙宽 度大于15mm。(2) 交叉裂缝和断板按裂缝等级和板断裂的块数可以划分为以下 3个轻重程度等级。 a、轻微板被轻微裂缝分割成 23块；b、中等板被中等裂 缝分割成34块，或被轻微裂缝分割成4块以上；c、严重一一板被 严重裂缝分割成

45、45块，或被中等裂缝分割成5块以上。(3) 水泥混凝土面层的竖向位移类病害包括沉陷和胀起，按其对行车的影响可分为以下 3个轻重程度等级。a轻微一一车辆以限 速驶过时仅引起无不舒适感的轻微跳动；b、中等一一车辆驶过时产生不舒适感的较大跳动；c、严重一一车辆驶过时产生过大的跳动， 引起严重不舒适或不平安。(4) 错台病害，按相邻板边缘的高差大小可分为 3个轻重程度 等级。a轻微错台量小于5mm； b、中等错台量510mm； c、严重 错台量大于 10mm。5.3多年冻土区公路病害调查多年冻土地区公路病害调查的目的是为病害防止提供根本资料， 对多年冻土区公路病害调查的程度和结果直接关系着病害防治措施

46、 是否得当、治理工作能否成功。多年冻土地区公路病害调查的目的在 于查清病害的状况、特征和开展趋势，病害的发生原因，以便正确的 评价多年冻土区公路病害，为病害治理提出合理的治理依据和治理措 施。多年冻土区公路病害状况调查多年冻土区公路病害状况调查是为了确定病害防治的方案并为 可能到来的维修提供依据，对重点病害类型和病害路段应长期观察， 研究其变化规律，分析路面产生病害的可能原因，拟定处治方案。由 于不同路面的病害表现形式有所不同，因此病害调查的内容也有所不 同，下面以沥青路面和混凝土路面为例， 给出这两种路面的病害调查 方法和调查内容。1沥青路面沥青路面病害调查的内容包括裂缝、沉陷、搓板、波浪和

47、翻浆。 仔细查看路面上存在的病害状况，正确区分病害类型和严重程度按 5.1节的规定确定，记入沥青路面损坏状况调查表，准确至平方米， 不规那么形状的损坏面积计算时先按当量面积计算， 然后根据破损程度 乘上系数确定，评价段次按100m设定，每张表为一个路段的实测记 录，记录表格见附录G。对于单条裂缝，其损坏面积按裂缝长度乘以 0.2m计算。对于波浪、搓板、沉陷类型的破坏，可用三米直尺测其 最大垂直变形，以确定其严重程度。2水泥混凝土路面水泥混凝土路面病害状况以病害类别5.2节中提到的四类病害、轻重程度和出现的范围或密度三项属性表征。各种病害的定义 和轻重程度分级，按5.2节的规定确定。各种病害和轻

48、重程度出现的 范围或密度，以调查路段或字路段内出现该种病害和轻重程度等 级的混凝土板块数占该路段或子路段板块总数的百分率计。同一 板块内存在多种病害或轻重程度等级时， 以最显著的种类或最重的程 度计入系数。调查工作采用目测和仪器量测方法。 混凝土路面的病害 调查表参见附录H。532多年冻土区公路病害背景调查多年冻土区公路病害调查的主要内容包括病害路段的病害路段 的自然地理条件、地表植被、工程地质条件、病害路段的水文条件、 病害路段的公路特征、发生病害的公路的使用状况等 6个方面。多年冻土地区公路病害路段的自然地理背景调查主要涉及地形、 地貌。地形形态是地球内外力作用的结果，由各种地形组合构成的

49、层次结构便是地貌，如夷平面、分水岭、坡地、冲沟、阶地、河床，等 等。各种地形形态和地貌结构都有三度空间的延伸比方长、宽、高， 也有时间上演变的特点，譬如热融滑塌等。以上这些信息对于病害的 分析有重要作用，都需要给予记录。在多年冻土地区，地表植被往往是多年冻土是否发育的指示器。 如果公路两侧天然地表处植被发育、 地表潮湿，那么该路段极有可能是 多年冻土的发育区。在公路病害尤其是沉陷、波浪或者纵向裂缝病害经常发生的路 段，那么往往说明此处多年冻土发育。这时需要搜集该路段以往的工程 地质勘察资料，详细了解该路段的多年冻土特征，包括多年冻土年平 均地温、冻土含冰类型、上限位置等。如果以前的勘察资料缺乏

50、或者 不够详细，还可以在此路段做进一步的钻探、坑探或其它物探，以查 明其冻土工程地质条件。除了地质条件对多年冻土地区公路路基的稳定性有严重影响之 外，水文条件的影响也不容无视，很多多年冻土地区的公路病害都是 由于对地下水或者地表水的重视不够， 或者处理措施不当而导致公路 病害。病害路段的水文调查包括年降雨量或降雪量、河流、泉水、 地形，以及多年冻土地区所特有的冰椎涎流冰、冻胀丘等。病害路段的公路特征包括公路的路面形式、断面形状、路基填料 类型、路基结构类型、公路的走向、路基左右边坡坡脚的排水设施、 路基左右边坡的防护措施，等等。多年冻土地区的路面形式包括砂砾 路面、沥青路面和混凝土路面，这三种

51、路面对路基下多年冻土扰动的 程度从大到小依次是沥青路面、 混凝土路面和砂砾路面；断面的形状 是指路基横断面的设计参数，路基是挖方路基还是填方路基，路基的 高度等；路基填料类型对道路的冻胀和翻浆病害影响较大，对沉陷病害没有明显作用，纯洁的粗颗粒填料有助于防治翻浆和冻胀病害，粉质路基填土最不利；路基结构类型是多年冻土地区修筑公路所要考虑 的因素之一，分为普通填土路基和特殊结构路基，譬如抛石护坡路基、 碎石路基、保温板路基、通风路基等，这些路基结构都有利于保护冻 土或者延缓冻土退化；公路的走向对多年冻土地区的阴阳坡病害影响 较为显著，东西走向的路基最有可能导致阴阳坡病害， 南北走向路基 有利于路基下

52、温度场的对称；左右边坡的护坡措施和坡脚排水措施对 于公路边坡的防护和路基温度场、 结构的稳定都具有重要意义，青藏 公路上很多路段的病害就是与公路边沟排水不良、边坡积水有关，甚至在局部路段形成了热融湖塘。在多年冻土地区，上述因素都会对公 路病害产生影响，都需要记入公路病害调查档案中。5.4多年冻土地区公路病害机理根据分报告一中关于多年冻土地区公路病害分析一章的结论，路基沉陷病害不但大大增加了多年冻土地区公路路面的病害率，也诱发了波浪、路基纵向裂缝病害，是多年冻土地区严重影响公路行车能力 的主要公路病害类型，也是多年冻土地区公路病害和季节冻土地区以 及普通非冰冻地区公路病害之间最显著的差异。因此，

53、多年冻土地区公路沉陷病害机理和形成原因的分析是本节讨论的重点，也是公路病 害防治的主要对象。在最近几年，路基纵向裂缝病害在青藏公路上的发病率也在不断增加，作为多年冻土区公路病害的一个新的开展趋 势，此处也将对其展开论述。多年冻土区公路沉陷病害作为多年冻土地区公路病害中最典型的一种病害类型，公路沉陷 病害与多年冻土的特征有着密切的关系。根据在沉陷病害率达 18.86%的青藏公路多年冻土段的病害调查结果， 路基沉陷病害与多年 冻土含冰量的关系较好，与多年冻土地温的关系一般。从沉陷病害的 敏感性分析结果来看，路基沉陷病害对冻土含冰量的敏感度最高， 对 冻土地温的敏感性一般，但是仍比路面病害对地温的敏

54、感度高很多。青藏高原多年冻土地区公路路基地温、变形实测资料证实，在 工程作用和气候变暖双重作用下，路基下多年冻土普遍存在着上限 下降和地温升高等特征的退化，从而产生了以融沉为主的公路路基 病害图5-3 。根据分报告二中对不同年平均气温条件下不同含水 量冻土的融化速率表和沉降速率的数值模拟，结果说明，路基下伏 冻土的融化速率随着冻土总含水量的增加明显降低，随着年平均地 温和气温的降低而减小。路基下伏冻土的融化速率和路基高度的相 关关系不大。路基下伏冻土的融沉速率随着冻土含水量的增加而显 著增加，随着年平均气温和地温的降低而线性降低。路基下伏冻土 的融化沉降变形，导致路基发生很大的变形，从而诱发路

55、基路面产 生较大的应力集中，导致路基和路面发生破坏。图5-3 214国道K446附近的波浪多年冻土区公路纵向裂缝病害在青藏公路一期整治结束以后，路基纵向裂缝大大增加，比八五 改建期间高出约3倍，纵向裂缝病害总里程达35Km，占一期整治工 程的11.7%。2001年中交一院的调查那么说明，纵向裂缝病害在整个青藏公路多年冻土段已经到达17.6%，路基最大裂缝宽度到达0.5m,成为路基病害的主要表现形式之一。针对这一问题，分报告一 和分报告二中的局部章节对多年冻土段路基纵向裂缝病害的发育规 律和形成机制进行了分析。根据对青藏公路路基纵向裂缝病害的分析，此种类型病害与多年 冻土的路基高度和道路走向具有较好关系。在多年冻土地区，随着路基高度的增加，路基纵向裂缝病害率不断增加，当路基高度大于3m以后，纵向裂缝病害率高达36.62%,而低于1m以下的低路基无一例 纵向裂缝病害发生图5-4。36.623530%率害病5 0 5 02 2 1117.2411.060.0001m12m23m>3m路基高度图5-4路基纵向裂缝病害与路基咼度对发生纵向裂缝病害路段走向的分析，那么是从路基左右边坡所接 受的太阳辐射差异角度进行的。由于公路的走向不同，路基左右边坡 接受的辐射量不同。考虑到辐射与地表温度、下伏多年冻土温度变化 之间的正相关关系，左右坡面接受到的辐射差异越大