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摘要：在季节性冻土地区修筑高速公路的过程中，路基的冻融变形会对路基造成很大的影响，路基冻融变形规律是施工中的重要参数。本次主要针对季节性冻土地区高速公路路基冻融变形规律进行了相应的分析研究，季节性冻土地区高速公路路基的冻融变形主要受土层中的融沉性与冻胀性影响，并且路基中的水分含量、粒度成分、矿物成分以及冻结条件都会对影响路基的变形。
关键词：季节性冻土；高速公路路基；冻融变形
随着我国经济的不断发展，在我国各个地区的高速公路建设也在迅速发展，高速公路的修筑为地区的经济发展提供了巨大的阻力，因此高速公路的修筑质量对我国的经济发展有很重要的意义。在季节性冻土地区修筑高速公路的过程中，公路路基的冻融变形会对公路的稳定性造成巨大的影响，要向提升公路路基的稳定性，就必须要掌握公路路基的冻融变形规律。一般情况下，土层中的热状况、水分分布以及相应的变化规律是引起应力重分布的主要因素，同时也是引起路基冻胀融沉的主要因素，而要了解季节性冻土地区高速公路路基冻融变形规律，需要了解其影响因素，这样才能够掌握路基的冻融规律，并制定相应的对策来提升路基的稳定性。
1季节性冻土地区高速公路路基冻融变形规律实地调查
针对某段已经有了明显变形损坏的公路路基进行调查研究发现，路基的阴阳坡有着明显的差别，路基的阳坡相比于阴坡更加严重，从中可以发现路基的冻融变形与路基的热平衡状态变化有关。路基上的刚性路面损坏比较普遍，并且损害程度也比较严重，说明冻融变形损坏对于刚性路面强度的影响要更大，当相对于整个路基的损坏面积而言，刚性路基的损坏所占比例要比柔性路面低，说明刚性路面对于路基也有一定的保护作用[1]。
在路段现场进行钻芯取样的过程中，一共钻芯取样了24个，其中有9个是完整的，而刚性路面中有4个。通过调查研究发现，半刚性基层中大部分都没有形成板体性，而是呈松散状，表明影响变形的因素有很多，季节性冻土地区的特殊气候使得路基中产生了较大的温缩与干缩，这是造成冻融变形的主要因素之一。
2季节性冻土地区高速公路路基冻融变形规律研究
2.1季节性冻土的融沉特性分析
在季节性冻土地区，冻土的融沉特性主要是指冻土在融沉过程中，受自重压密的作用，会不断的产生排水固沉现象，这种特性也是造成路基冻融变形的主要因素，对于路基的稳定性有很重要的影响。一般路基的冻融变形主要受到冻土的融沉系数影响，不管是哪种土质，在自由排水的条件下，冻土的融沉系数都会随着冻土中的含水量增加而增加，如果土层中的含水量相同，则粉质亚黏土与粉质黏土的融沉性最强，其次是重黏土与细砂，粗粒土的融沉性最小[2]。冻土受季节气候变化的影响，融化后会受载荷压密作用，土体的体积会产生压缩，土层中的空隙水会逐渐被排泄消散。冻土路基下面的融化夹层在排水固结的作用下，土层压缩下层的会比较缓慢，因此冻土地区路基受冻融变形影响下沉的现象比较泄后。
2.2季节性冻土的冻胀性分析
季节性冻土地区的路基冻融变形特性主要取决于土体的冻胀性，而土体的冻胀性主要是指冻土受季节变化的影响，土层中的融化层在冻结的过程中水分会冻结起来，继而造成土层体积膨胀。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通常影响土体的冻胀性的主要因素包括土体中的含水量、粒度成分、矿物成分以及冻结条件等。路基土层中的冻结深度一般都是不均匀分布的，表层中的冻胀量与下层的冻胀量一般都比较少，中层的冻胀量最多。公路路基的土体冻胀性会随着含水量的增加而增大。
针对其中一段肿胀破坏严重的路段进行分析发现，当时路面铺筑了20cm二灰土，肿胀后产生了严重的横向挠曲，路面的中间肿胀量比两侧约60mm，挠曲度非常的大。路面的结构强度与刚度非常小，产生了几条又长又深的纵向裂缝，其中一条长的长度到达百余米，宽度达到4cm，路面的路肩附近还出现了侧向位移与坍塌。采集了其中两个冻胀破坏点，通过分析发现，1号观察点的总冻胀量为17.58mm，最大挠度值为44.8mm，相对倾斜度tanθ为0.0045，挠曲类型为外大内小，呈反向挠曲，2号观察点的总冻胀量为45.76mm，最大挠度值为26.5mm，相对倾斜度tanθ为0.0265，挠曲类型为外大内小，呈反向挠曲。土体的分散性越大则产生的冻胀性也会越大，外界温度越低产生的冻胀性也会增大。通常土体的密度比较小的时候，冻胀性会随着密度的增大而增大，但如果土体的干密度到达了1.68-1.8g/cm3的时候，土体的冻胀性会随着土体密度的增大而逐渐减小，一般公路路基上的附加载荷对于路基土体的冻胀性会产生一定的抑制作用，当外加载荷的强度逐渐增加的过程中，土体的冻胀性会相应的变小。
2.3季节性冻土冻融变形规律分析
季节性冻土地区的高速公路路基随着季节气候的变化，路基受到冻胀、融沉以及其它物理力学的影响，会产生路基冻融变形，进而对路基造成破坏。根据季节冻融地区的气候变化分析，一般公路路基每年从10月下旬到次年的2月上旬这个时间段，公路路基逐渐开始冻结，然而路基下层还处于融化阶段。路基下层的融化一般不会产生路基冻融变形，因为在下层融化的过程中，上层的路基已经形成了冻拱，路基上层的冻拱会支撑路基上出现的外载荷。随着时间的发展，气候逐渐变暖的时候，路基上层的冻拱会逐渐融化，但下层还处于冻结状态。根据季节性气候的变化，公路路基的变化可以分为不稳定冻结期、稳定冻结期、不稳定融化期以及稳定融化期，一般不稳定冻结期与不稳定融化期对道路变形影响都不大，但稳定的冻结期会造成路基的冻胀破坏，稳定的融化期则坏造成路基融沉变形[3]。
季节性冻土地区的路面冻融变形规律一般从10月下旬进入不稳定冻结期，1个月之后进入稳定冻结期。其中路基的阴坡是从10月中旬开始进入不稳定冻结期，在10天后就会进入稳定冻结期，而路基阳坡则是从10月下旬进入不稳定冻结期，要等到12月开始进入稳定冻结期。从中可以了解到，公路路基的表面一般先冻结，而阴阳坡的差异会让表面冻结层与路基断面不对称，路基的冻结面具有一定的凹陷性与不对称性。同时路基的融化变形中，路面是从1月下旬开始逐渐进入不稳定融化期，到4月中旬进入稳定融化期，而路基阴坡则是从4月中旬开始进入不稳定融化期，1个月后进入稳定融化期，路基阳坡是从3月初开始进入不稳定融化期，4月中旬进入稳定融化期。
3结语
季节性冻土地区的公路路基冻融变形会多道路的施工质量造成巨大的影响，在施工过程中，因根据当地施工的土体特点与季节气候变化规律，计算出相应的冻融变化规律，进而设计出科学的施工方案，尽量降低冻土的冻融变形对道路造成损坏。最后希望通过本次的研究分析能够为我国季节性冻土地区的高速公路路基施工提供帮助。
参考文献
[1] 张玉芝,杜彦良,孙宝臣. 季节性冻土地区高速铁路路基地温分布规律研究[J]. 岩石力学与工程学报. 2014,(06):115-116.
[2] 王天亮,岳祖润. 细粒含量对粗粒土冻胀特性影响的试验研究[J]. 岩土力学. 2013,(02):56-57.
[3] 杨凤学,张喜发,冷毅飞,赵意民. 冻土融化体积压缩系数的经验确定方法[J]. 岩土力学. 2011,(11):89-91.
论文作者:李文阁
论文发表刊物:《防护工程》2017年第2期
论文发表时间:2017/6/8
标签：路基论文; 冻土论文; 季节性论文; 地区论文; 土层论文; 高速公路论文; 路面论文; 《防护工程》2017年第2期论文;