季冻区路基土冻胀特性及评价指标体系研究

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1、季冻区路基土冻胀特性及评价指标体系研究1绪论1.1研究目的及意义我国季节性冻土面积为513.7xl04km2，约占全国国土面积的53.5%。季冻区范围覆盖了我国北方大面积地区，黑龙江省除大兴安岭地区分布有一定面积的岛状多年冻土以外，其它大部分地区都被季节性冻土所覆盖。因此，在黑龙江省地区进行公路建设要考虑到季节性冰冻作用这一特殊的条件，同时，已修筑的公路都在不同程度上受到路基冻害的影响。2003年随着振兴东北老工业基地战略的实施，东北地区的经济迅猛发展，为了顺应经济快速发展的迫切要求，需要建设更#的高等级道路。然而在我国北方季冻区修建道路必须要面对这样一个长期困扰我们的问题一冻胀。因此，了解季

2、冻区路基冻胀状况，明确路基土冻害成因，分析路基土的冻胀变化规律对于指导季冻区公路建设和养护，综合防治季冻区路基冻胀病害的发生具有重要意义。然而目前我国对于寒冷地区道路建养的研究工作多集中在多年冻土区[2~3],对季冻区道路冻胀的研究工作还有待进一步深入。与此同时，随着我国高等级公路里程的不断攀升，高等级公路对整个公路网和国民经济的重要性日益显著，早期修建的公路也相继进入养护期，其检测、养护工作被提升到前所未有的重要地位。事实上，以往国内工程建设重建轻养，许多公路梭工通车以后，不同程度的路面路基病害时有发生，致使许多道路在运营期间未能得到良好的养护，加之交通量的迅速增长，车辆的大型化以及超载、重

3、载车比重的增多都对道路造成了严重破坏，道路使用寿命通常未能达到预定使用年限，即宣告提前破坏。即使现在公路养护人员已意识到这一情况，但却缺少相关的指导依据，使得养护人员对于季冻区路基出现的冻胀病害无从下手。季冻区路基冻胀病害对路面造成的破坏程度除了受温度环境、交通量等外界因素影响以外，客观上主要取决于路基自身因素。因此，有必要考虑影响季冻区路基冻胀的各方面因素，建立综合评价体系，评价季冻区路基冻胀状况等级。1.2国内外研究概况土体的冻胀普遍分成两部分来研究，即应用研究和基础研究。应用研究着重于是用预报模型及防冻胀措施来研究冻胀，而对冻胀的表现形式和冻胀机理等理论问题的研究为基础研究[4]。季冻区

4、的路基土冬季冻结，春季融化，路基土经过冻胀及冻融作用之后必然发生很大的变化，研究冻胀对路基土性能的影响是非常必要的工作。早在17世纪，人们就注意到路基的冻胀现象，但直到20世纪，人们才逐渐认识到水分迁移作用是导致土体冻胀的主要根源[5]。美国学者泰伯于1916年首先对土体冻胀机理展开研究，认为土体发生冻胀的原因是大孔隙中水分在低温作用下先于小孔隙冻结为冰晶体，在结晶力作用下，水分经由小孔隙补给大孔隙，随着水分的补给冻胀随即产生并不断增大。而后，由于在寒区修筑的铁路、公路等工程逐渐暴露出许多问题，这引起了人们相当的注意，开始投入大量的人力、财力用于研究冻土以解决工程冻害问题，对这一方面的研究前苏

5、联进行的最早，也是最多的，在冻土与工程结合领域的研究一直处于前列[6]。三十年代后期美国学者贝斯考通过观察冰形成过程，认为自然条件下土分散性与毛细管作用紧密相关，并提出将毛细水上升高度与地下水、土粒的性质综合起来评价土的冻胀性[7]。直到二十世纪五十年代后期，全世界对于冻土的研究进入了如火如荼的阶段。在此时期由Everett提出的第一冻胀理论，为冻土毛细冻胀理论的研究奠定了基础，该理论阐述了土中水分由未冻区向冻结锋面迁移、聚集形成连续冰透镜体的原因。.2季冻区道路冻胀状况调查2.1调查地点所选取的三条不同等级道路为哈大二级公路、黑大一级公路和哈大高速。哈大二级公路是哈尔滨到大庆的第一条公路，为

6、水泥混凝土路面。路基宽度约在l0m,路面结构层60cm左右，经过多次重修，沿线为池塘、农田，最大冻深在2.1m左右，根据黑龙江省自然区划，该地区位于(1)区，属中温带气候。黑大一级公路连接黑龙江黑河和大连两座城市，属于国家级干线公路。道路实际里程为1734km，路面结构层厚度达70cm;道路途经之地多是农田为主；全年平均降水量为569.1mm，夏季7月的平均气温约23°C，冬季1月平均气温约-19°C;年平均温度为3.6V,平均冻结深度在1.8?2.1m之间[38]，该地区位于IIB,(1)区与IIB2(5)区交界处，属中温带气候。哈大高速地处黑龙江省西部嫩江平原乌裕尔河下游，

7、该段地域平坦潮湿，沿线湖泊交错。路线全长133公路，路基全幅宽24.5m,路面厚度约70cm，年降雨量在420-530mm,最高气温37°C,最低气温-36.2°C,最大冻深为2.1m[39]，该地区位于IIB2(5)区，属中温带气候。2.2调查项目在影响季冻区路基土冻胀的多种因素中，土、水、温这三方面因素是最为重要的。路基土的含水率指标是影响冻胀量的关键指标，其多寡是决定冻胀强弱