中文摘要
随着社会经济发展，国内在运输基础建设上不断加大投入，进一步完善地区经济贸易交流。对于西藏自治区而言，因特殊的地理位置以及自然环境，公路是其主要运输方式。但青藏因地势较高、年平均气温较低，温差很大，从而形成了冻土区域，而冻土地质特性对公路运输造成了不利影响，导致公路路基出现多种形式病害，不仅影响了运输效益，还提高了维护成本，因此亟需对冻土区公路病害采取预防措施，以此提高公路运输效率。
基于此，本文对冻土区域路基病害断链预防进行研究，以青藏公路冻土区域为例，首先论述冻土区公路路基病害类型；然后分析青藏公路的地理特点以及气候特点，阐述冻土分布特点及状态，探析冻土区域常见公路路基病害链式形态特征；其次对青藏公路冻土区公路路基病害机理展开分析，最后针对病害机理提出预防冻土区公路路基断链的对策，以期优化冻土区域公路路基性能，提高公路安全运行。
关键词：冻土区；公路路基；病害机理；断链预防对策
引 言
中国的冻土面积约为陆地面积的21％。它分为高纬度冻土层和高纬度冻土层。前者集中在黑龙江北部的兴安山大与小，后者分为高原冻土和山区冻土。青藏高原是高原上冻土集中的地区，冻土面积近150万平方公里，约占中国冻土总面积的70％。随着经济建设的发展，公路运输已成为西藏自治区的主要运输方式，占全部运输的90％以上。2016年，西藏计划完成拉林高等级公路米墨段400亿元的公路运输投资。而青藏公路自建成以来，占进出西藏货物量的85％以上，占旅客量的9％以上。这是西藏境内外的政治，民族和经济“生命线”。然而，因青藏公路地势较高，年平均温度很低，因此冰冻期长且雨、雪和冰雹不断，导致施工工期较短，公路常年处于冻土区。
冻土是指温度低于0°C且包含冰的土壤和岩石。它由固体矿物颗粒，理想的塑料冰包裹体（水泥冰和中间层）组成。冻土（一种特殊的地质土壤）的大规模存在，将对寒冷地区的经济发展和建设，寒冷地区项目的建设和维护以及保护区的生存和发展产生重大影响。在冻结期间，在外部载荷下产生的过大孔隙水压力，特别是在重型车辆载荷下产生的瞬时过大孔隙水压力，如果不能解决，则会损坏路面结构，给公路路基造成了诸多病害。青藏公路已被纳入国家公路规划网，但是，在施工期间会发生许多与冻土工程有关的地质工程问题。因此，应进行相关研究，为青藏公路的建设打下基础。在青藏高原冻土地区开展路基病害分析及防治措施的研究对青藏高速公路的建设具有重要意义。
本文对冻土区域路基病害断链预防进行研究，以青藏公路冻土区域为例，阐述冻土分布特点及状态，探析冻土区域常见公路路基病害链式形态特征，并对主要的冻土区公路路基病害类型进行分析；其次对青藏公路冻土区公路路基病害机理展开分析，最后针对病害机理提出预防冻土区公路路基断链的对策，以期优化冻土区域公路路基性能，提高公路安全运行。
1 冻土区公路路基病害常见类型
1.1 路基的不均匀变形
从公路的横截面看，路基的不均匀变形是水平的不均匀变形。青藏公路上的不均匀变形通常是一个复杂的变形，包括霜冻和冻土的冻土隆起，不规则的路基填充，压实度不足，侵入堆积物。路基两侧的水，施工质量和公路基体的含水量。
1.2 冻胀和翻浆
在季节性冻结地区的路基上，冬季由于大气温度的下降路基温度下降，路基温度下降到水结晶点在地上[1]。随着温度升高，冻结的路基融化，冰变成水，体积减小，路基看上去融化并损坏。由于公路下方的上部土壤融化迅速，因此上部土壤已经融化，但下部仍处于冻结状态。结冰的地面可作为水的屏障，而融化的水则不能及时从两侧渗出。聚集在公路下方和路基地面未融化的部分之间，路面在自重作用下会变软，并且车辆反复滚动，导致结冰，这是冻结土壤中的常见病。季节性，通常是因为路基。不良的包装不利于公路车辆的流通，尤其是在未完全硬化之前的公路上，后果更为严重，有时还会由于融沉而中断公路交通。
1.3 松散及局部沉陷
青藏高原低纬度，高海拔，冻土面积大，大气稀薄，日照时间长，因此太阳辐射尤为强烈。摊铺沥青表面后，强烈的辐射结合低温的影响使沥青表面严重老化，并且在沥青的荷载作用下表层略有损坏[2]。青藏公路的沉降变形主要是由地基引起的，尤其是退化和不稳定的土壤上冻土的压缩固结变形所致。沥青路面的吸热能力的增加使路基下面的永久冻土冰层融化，而冻土的上限降低。解冻后，基础土层无法及时固结和压实，因此基础土层的密度低于天然土层下的密度。路基下陷病害率的峰值现在处于向冻土区的过渡中。在年平均气温高于年平均气温的深季冻土地区和冻土稳定地区，发病率最低。路基下陷的发病率随着冰含量的增加而增加。当冰含量达到完全冰冻的地面时，随着冰含量的增加，沉陷病害的发生率也不再增加。
1.4 纵向裂缝
由于其特殊的地质环境和自然条件，青藏公路表现出多种病害，尤其是裂缝，例如水平裂缝，纵向裂缝和晶格裂缝。裂缝的发展已成为青藏公路的主体。这些病害之一严重影响了高速公路的正常运行，并威胁到车辆的安全驾驶。青藏公路路基上的纵向裂缝基本上与公路平行。冻土地区有更多的纵向裂缝。宽裂纹，大深度，长裂纹和极其不均匀的裂纹发展形式是独特的现象[3]。从公路外观的纵断面看，不均匀变形分为纵波变形和横向不均匀变形。许多因素会影响纵向裂缝的形成，包括冰含量，冻土类型和路边积水。随着冻土中冰含量的增加，路基中纵向裂缝的发病率也会增加：冻土越稳定，裂缝越少：边缘处积水公路的永久冻土退化的直接原因。冻土的变化，特别是冻土上限的变化，将直接影响路基沉降的压缩和变形。
2 冻土地区公路路基病害分析
2.1 青藏公路冻土环境概述
2.1.1 青藏公路地理特点
青藏高原是世界上典型的中低纬高原，是中国最大，世界最高的高原，平均海拔超过4000m。青藏高原冻土区是世界上最高的冻土区，在世界低纬度地区面积最大。
青藏公路的格尔木至拉萨段长1137公里。550多公里的断面穿越高原的冻土带，生态环境艰苦，地质条件复杂[4]。海拔高，空气中的氧气含量低（室内只有约50％），并且被冻结。长期（建设期短，每年仅约150天），连续不断的雨，雪，冰雹，地下冰，椎骨和丘陵冰冻土工程涉及许多独特的地质现象，例如热熔湖泊和池塘。由于青藏公路沿线地质构造的强烈运动，扭曲的山谷，如西滩和温泉，从东向西，从北向南，以及楚马河和沱沱河扩散，形成了低山丘陵，河谷平原相间的地貌，如图2-1所示为青藏公路位置图。
图2-1 青藏公路
2.1.2 气候特点
青藏高原是大陆性的高山气候，寒冷干旱，空气稀少，气候变化，四个不确定的季节，并且太阳辐射异常强。 青藏高原冻土区的气候变化具有带状分布。从格尔木到拉萨的青藏公路经过三个自然气候带：昆仑山以北的干旱气候带，昆仑山到唐古拉山的干旱气候带以及唐古拉山以南的气候带。沿线的平均最低温度为
最高温度为年平均温度为呈现出从北向南逐渐增加的趋势，年度冻结期为7到8个月。
青藏高原上有许多茂密的河流和湖泊。除了布库河和那曲河的水量和水深较大以外，其他河流的径流量较小，水深较浅，但河床河流宽阔，河流渗水效果强。沿线年降水量明显以唐古拉山为界限。南唐时期的降水较高，可达513.3mm，北唐时期的降水相对较低，通常小于300mm。此外，降水的季节分布极为不均匀，降水主要集中在5月至9月，通常占年降水量的90％以上，而蒸发量远大于降水。降雨主要以雷暴，阵雨和冰雹等形式出现。
2.2 冻土分布特点及状态
2.2.1 冻土分布特征
青藏公路穿过青藏高原的大面积连续冻土，岛状冻土和季节性冻土。它穿过的永久冻土具有很强的垂直纬向性。青藏公路沿线的冻土基本上是大面积的连续分布，分布在各种地形，松散的岩石层和半硬的地貌单元中[5]。从昆仑山口到陀河断层盆地，虽然沿线的冻土受到影响，楚马河，北麓河等河流受到影响，但冻土仍分布在在飞机上连续进入陀河断层盆地后，由于河水进入融化带和入渗辐射融化带的影响，片状颗粒出现。冻土和岛状冻土的阶段性分布格局显示了平面和深度的不连续性。从昆仑山口到唐古拉山以南的二九山地区，有大面积的连续冻土，安多的头二九山是岛状的冻土区。如表2-1所示为青藏公路冻土分布情况。
表21青藏公路沿线（K2879-K3630）冻土分布特征
| 路段 | 大面积连续冻土 | 岛状冻土 | 冻土中融区 | 季节冻土 |
| 总计长度(km) | 412.5 | 25.7 | 187.5 | 128 |
2.2.2 冻土融化夹层
冻土融化夹层，是指在季节性冻结层的底部与永久冻结的永久冻土层之间形成的土壤层。冻土的自然上限随年平均土壤温度的升高而增加。冻土的融化中间层厚度随年平均冻土温度的升高而增加。较低时
融化夹层的厚度随土壤年平均温度而缓慢变化。土壤的年平均温度增加0.6℃，融化夹层的厚度增加近0.16 m。当年平均土壤温度高于-1℃时，融化夹层的厚度随年平均土壤温度变化很大。实测数据表明，当土壤年平均温度从-0.79℃降到0.56℃时，路基下的冻土融化夹层最大厚度增加为1.29米。
青藏高原的冻土区通常通过增加路基的高度来保护下面的冻土，从而提高其稳定性。当路基过低或过高时，路基上的熔融中间层的厚度在有多个冻土，丰富的冻土和包含土壤的冰盖的区域中会增加，并且该层的厚度当路基的高度适中时，中间熔体将减少。多个凝胶土壤区域中的路基高度在1.5
2.5m之间，富含冰的冷冻土壤区域中的路基高度在1.2至2.5m之间。路基在含土壤冰区的高度为1.25-1.75 m，路基下面的熔融中间层厚度达到较小值。一般来说，它不是很高。与融化和变形相比，高路基主要具有纵向裂缝。在寒冷季节，高路基内将有一个凸起的融合夹层。它也是霜冻前沿的薄弱表面。两侧都有阴和阳坡度，这将导致融合板移至向阳坡度的一侧，进一步加剧了路基的纵向裂缝。
2.3.3上限与地温
在青藏公路中，冻土深度的自然上限为10-50m，年平均土壤温度为-0.5℃~-40℃，有些断面甚至更低。冻土区活动层的上限深度和厚度不仅受年平均温度的限制，而且还与土壤类型，含水量，冰含量和土壤类型有关。 底层表面。 根据地面温度，青藏公路沿线的冻土分为四个区域：稳定的冻土区，亚稳的冻土区，不稳定的冻土区和极不稳定的冻土区。
2.3.4 含冰量
冻土的另一个特征指标是冻土的含冰量，它也是决定冻土的技术地质条件并影响冻土工程稳定性的最重要的指标。 地下冰层的深度主要大于20 m，并且大部分集中在永久冻土上限以下0.5至30 m的深度范围内。 路基的热干扰范围恰好位于富冰链的这一部分。 因此，青藏高原冻土区的地下冰层对路基的工程稳定性影响很大。 在设计和施工过程中，有必要充分考虑这部分地下冰的影响。
2.3 青藏公路冻土区域常见公路路基病害链式形态特征分析
2.3.1 公路病害的链式特征
公路结构由三层结构层组成：人行道，基础和上下基础。路面至少由表面层和基础层组成。施工期间，路基应分层填充并压实（图2.1）。高速公路的每个结构层同时独立且相互依存[6]。此外，公路结构设计的基本思想是利用结构层来传递和减弱外部影响因素（车辆载荷和水）的影响，直到 它们消失，表现出明显的分层结构特征。如图2-2所示为公路层状结构图。
图2-2 公路层状结构
（1）公路病害演变的阶段和极性将外部因素（车辆负荷和水）的影响视为能量。道路病害的演变是能量逐步积累的过程，是能量累积的过程。从量变到质变。当能量积累到一定程度时，结构会发生一定程度的变形，然后被破坏。道路病害的发展过程中存在明显的阶段，这是相互关联的。每种病害的最后阶段都趋向极端状态。极端状态是相对稳定的状态。公路病害的发展趋于稳定是很自然的。 如果最终不稳定，则该病害将继续发展直至达到稳定状态。
（2）公路病害的传播和转化类型以道路结构裂缝性病害为例。人行道开裂，损坏源从人行道的裂缝中渗入，这可能导致基层和路基产生裂缝。相反，向上的路面裂缝的发展也可能引起基础层和表面层的破裂和破坏，这是传递特性。当人行道开裂时，由于外部因素（例如水和污染物）的渗透，高速公路的下部结构会引起其他病害，例如下沉和脱空，这些病害将被转化。
（3）影响因素的重叠和耦合会导致多种类型的道路病害。原则上，任何类型的病害都不是仅由一个因素引起的。水和土壤是两个最有影响力的因素。诸如路基坡的沉降和不稳定性之类的病害通常是水和土壤共同作用的结果。如果道路结构的几何形状和尺寸，车辆负载和其他因素重叠，则该病害将表现出从浅到深（或 从深到浅），从简单到完整。因此，叠加与耦合不仅表现出影响因素的叠加与耦合，而且还表现出病害之间的叠加与耦合。
2.3.2 链式形态分析
（1）路基病害链的主要类型路基所在的环境在不断变化，其所在地区的水文地质条件十分复杂。回填压实和自然固结需要时间，并且全年都会承受重复的荷载。 因此，在施工过程以及竣工后的使用和维护阶段会出现许多病害。常见的病害和原因有：
第一，沉降。由于回填下部基础的自然承载力导致回填的整体沉降，部分沉降或不均匀沉降，不足以支撑回填的重量，或者回填本身被压缩并扭曲了。
第二，路基的纵向和侧面裂缝：主要由顶部荷载的直接作用，道路基体的不规则沉降以及表层或地基的裂缝引起。
第三，斜坡下沉或滑坡，泥石流和岩石流：由于斜坡太陡或斜坡的脚被冲走，地面下降，斜坡变成滑坡，然后滑落成为斜坡。滑坡。山谷中的路基开挖的边坡被大雨和雪水等水源冲刷，形成了包含大量的泥石流。
在分层道路的基础层中，道路的基本结构与斜坡病害的形状不同。因此，路基病害链由路基病害链和边坡病害链组成。道路基本结构的病害通常是从结构的某个角度引起的。或开始形成一定的水平，然后逐渐传播到周围或更深的一环。在扩展过程中，病害的类型和状况基本相同或相似，其原因可能是某个时间点的源链启动或某个时间段的源链启动。如图2-3所示为蔓延侵蚀链示意图。
图2-3 蔓延侵蚀链示意图
（2）路基病害链载体及其在病害链中的特征性链源的传播应基于载体的进化。除了作为基本条件的物质，能量和信息外，病害链的演化还具有特征，大小，时间和空间。和其他进化定律[7]。路基病害链载体主要包括路基土壤和水（物质），载体条件的性质和演变主要包括阶段，连续性，周期性，不连续性和潜力。病害链载体数目的变化特征主要包括偶联，叠加，聚集，分散，传播，转化和扩增。路面病害的类型，特征和表现形式的差异反映了季节和空间位置的时空演变。路基病害的形成具有逐渐进化的过程，即病害发展的连续性。例如，下陷的演变是从底部到顶部，从点到表面以及从部分到整个逐渐发展的。过多的沉降会逐渐破坏路基坡度的稳定性，还会导致路面结构逐层开裂。这种连续的进化过程必须及时向前发展，并将以诸如物质或能量之类的向量形式从数量变化演变为质变。
3 青藏公路冻土公路路基病害机理分析
3.1 影响路基稳定性主要因素
青藏高原地区路基的稳定性受冻土影响最大。粘塑性冰夹杂物，固体矿物颗粒，液态水和气态夹杂物构成了冰冻的地面，它们具有自己的特征，并且相互影响。路基冻胀的三个要素是湿度，土壤质量和低温[8]。因此，影响路基在冻土中稳定性的因素包括冻土本身的性质，即其自身的温度和湿度，以及温度，强度和程度。来自外部环境的热干扰。具体要点如下：
（1）蒸发和降雨
降水和蒸发直接影响季节性融化层的湿度。 青藏高原的雨季恰好是冻融的季节。年降水量不仅影响季节性融化床的湿度，而且与融化深度有非常密切的关系。雨水迅速增加了融化层和土壤的逐步水分，同时土壤表面的蒸发加剧，导致融化层的水分变干。随着雨季土壤水分的变化，土壤的结构和组成也会发生变化，这将影响土壤的热交换。
（2）太阳直接辐射与气温
随着太阳的直接辐射热随纬度和海拔高度的变化，路面会变暖，从而确定太阳直接辐射的强度。面对太阳的坡度与面对太阳的坡度之差改变了路面热平衡中热通量分量的强度。辐射强度每天变化，产生每日波动图。在青藏高原上，那里的空气稀薄，来自太阳的直接辐射热很强，它会导致路面内部温度场发生变化，并导致路基下陷，纵向裂缝和其他病害。
（3）季节性融化层
季节融化层骨架土壤具有不同的有机组成，矿物质组成和粒径组成，以及不同的水含量，密度，电导率和孔隙率，这将直接影响土壤层的体积热容。热导率，湿气传导率，热导率等湿气和热迁移系数，这些直接关系到评估基础稳定性的参数也会产生差异。路基的稳定性与季节性融化层的技术地质特征密切相关。由于道路是一条带状的结，动静载荷在路基上的撞击深度通常为0.7至3.6米。在高原地区修建公路时，有必要事先了解一定深度范围内的技术地质特征。由于青藏高原的特殊技术地质，应在筑路之前进行技术地质研究。
（4）地表水和冻结层上水
路基的稳定性受路基侧冻结层和地表水的影响，它们直接决定了冻结土壤的分布和发育。如果土地不多，不能及时排干水，季节性冻土层将越来越厚，路基下的地下水将承受巨大的静压力。当季节冻结层在炎热季节融化时，将导致路面上积水。季节变化和温度升高会导致融化和霜冻胀大，从而导致道路损坏和不均匀的下陷。地下的水是青藏公路上霜冻破坏的内在原因。
（5）路基的填充和路基部分的填充也是影响路基稳定性的因素之一。在综合分析了气候、水文，交通条件和工程质量条件后，结合青藏高原砂土的工程地质条件可以直接选作建筑用填充材料。
（6）路基的高度和路基生态环境的保护要求路基的高度合理。路堤的高度过高，建设成本不合理。如果回填的高度过低，则路基下方的天然采场将被路基压缩并排干，这将导致天然土壤层的热阻降低，储热量减少。然而，前者的减少不能被路基的储热和热阻的增加所抵消。因此，反馈的影响使得整体热稳定性越来越差。因此，回填的高度不能太低或太高。另一方面，为了保护冻土，如果仅考虑回填的高度，则热稳定性的影响相对简单，但是由于路基的高度较高，这意味着从上部接口到地面的热传递正在进行中。同时，基础中的蓄热将增加，并且热阻将增加。因此，提高回填的高度促进了热稳定性。
3.2 病害主要行成机理分析
3.2.1 冻土路基病害形成机理
（1）偏移的融化盘导致路基纵向开裂、不均匀沉降
融化盘最深的地方通常位于路基侧面坡的向阳坡上。长期以来，太阳的坡度一直暴露于太阳辐射，表面湍流以及大气与地面之间的热交换差异（例如上路堤的左，右肩），从而导致左侧路的肩膀更高[9]。在右肩上，阴影侧可以移向太阳侧。通常，路基与偏移量成正比。因此，一旦回填隆起，横截面的左侧将出现不均匀沉降，纵向裂缝和回填滑移。这是由于自然表面而提起路堤后在道路左侧引发的热熔病的新问题。道路的横向坡度，纵向坡度，地层土壤的岩性，冻土的冰含量等，导致路基下融化盘中的水和融化地面的融化核心中水的热变化，导致厚度和深度不同的翘曲变形或融化圆盘将导致路基在垂直或水平方向上不均等的沉降和变形，以及芯中水的水平和垂直流动或迁移熔融会在熔融芯中造成部分空隙，这会导致路基严重下沉和破裂。
（2）水分状态变化对路基稳定性的影响
在青藏公路开工改造之初，由于缺乏施工机械，主要是在路基斜坡两侧开挖，堆放路基填充物，并进行了土方工程。路基上大部分都是劳力。这种施工方法对植被造成了严重破坏，严重破坏了道路两侧冻土的脆弱环境，改变了平衡状态，使冻土中的地下冰融化由于人为干扰，发现了热融化的池塘和湖泊洼地。 。热熔池和湖泊洼地长时间暴露在空气中，与其他地区相比，水温较高。伴随着水的渗透，冻土层上限的地下冰层继续融化并窒息而死，导致地面在路基的两侧缓慢下沉。形成热湖塘，并逐渐向9号路基方向发展。在大多数受灾最严重的路段中，地基的含水量相对较高，并且湿度场发生了变化。融化槽中的金属会引起基础的明显融化和变形，尤其是在某些未修改的区域中，可能会形成反向电弧变形。在高路段，由于路边水位低，路基引起纵向裂缝或不规则下垂。
（3）不规范施工
在青藏公路改造工程的路基建设中，非标准的施工方法不能保证路基加宽部分的压实，导致路基填料的错误组合。新旧路基并在路基上造成纵向裂缝。 另外，在青藏高原的初始解冻阶段所取的土壤中的水含量通常相对较大并且难以干燥，从而使得路基的填充物难以压实。特别是对于在回填完成之前具有沥青路面的路基，在车辆反复滚动路基之后，来自路基回填的水会流失，从而使路基回填 形更致密，导致基部沉降不均匀。
3.2.2 低路基病害形成机理
由于青藏高原太阳总辐射量以及辐射平衡值都比较大，在黑色沥青路面的掩盖下，冻土路基对太阳辐射吸收率大幅度提高。而且沥青路面不利于路基表面蒸发，严重影响了冻土和大气间热量的相互交换[10]。在这种热状态的影响下，沥青路面下土层的热量年总收入超过年总支出，从而导致冻土融化，冻土上限下移，形成了凹形融化盘13在低路堤的状况下，如果阴阳坡面的影响较小，融化盘的最大深度在路基中心，路基内融化盘相比于路中线就比较对称，这时路基病害通常就表现为路基整体发生下沉、路基中心发生凹陷，
由于青藏高原的总太阳辐射和辐射平衡值比较大，因此在黑色沥青路面的覆盖下，路面冻土对太阳辐射的吸收率显着提高。增加。另外，沥青路面不利于从路面蒸发，这严重影响了冻土与大气之间的热交换。在这种热态的影响下，沥青路面下土壤的年总收入超过了年总支出，导致永久冻土融化，冻土的上限向下移动，形成低路堤状态下的凹形融合板如果阴阳坡度的影响较小，则融合盘的最大深度在路基的中心，而融合盘在路基的中心关于道路的中心线更对称。此时，路基病害通常表现为路基中心整体凹陷，如图3-1所示。
因此，当永久冻土上限中的冰含量非常高时，融化盘的形成和发展是发生低路面病害的重要因素。它主要表现在以下两点。首先，它起着大量的地表水渗透作用，并在冻结层上积水。“锅底”的形状和进入路基的路基中的融化盘会增加路基沉降变形，并成为对路基不稳定的主要隐患。其次，在相同条件下，随着融化盘变厚，路基沉降将增加。随着融合深度的增加，路基的固结和沉降变形将被延迟更长的时间。
图3-1 低路基病害形成原理
融化夹层的厚度随年均冻土温度的升高而增加，融化夹层厚度随温度的变化率也随温度的升高而加快。土壤温度。路基下冻土的融化是纵向裂缝的原因。纵向裂缝性病害随着下面冻土中冰含量的增加而增加。在包含土壤的冰层中，由纵向裂缝引起的破坏要小于饱和的冻土。结冰主要发生在深季的冻土地区。在冻土地区，它主要发生在高温冻土地区。地面沉降病害随路基高度的增加而减少，纵向裂缝随路基高度的增加而增加。
3.2.3 高路基病害形成机理
（1）高温冻土区上层架子病形成机理研究高原冻土区上层架子病形成机理研究表明，高原冻土区的年均土壤温度较高。冻土是描述冻土带状分布的主要特征，足以反映冻土状态的稳定性。根据年平均土壤温度，将青藏公路沿线的冻土区分为高温冻土区（-1.5℃≤T≤0℃）和低温冻土区（年平均温度）。的土壤T <-1.5℃）。第一个属于过渡或不稳定的永久冻土，第二个属于稳定的永久冻土。在高稳冻土区，高台站病害形成的机理随台站高度的变化而变化。在路基的两侧下方的熔化板的厚度差较小的情况下，更容易形成路基的倾斜和整体变形，如图3-2所示为融化盘造成的高路基病害示意图。
图3-2 融化盘造成的高路基病害示意图
在冻结期间，由于熔融中间层的上部具有一定的冻结厚度，因此路基和巷道的承载能力都更高。由于熔融夹层的上下界面的冻结和压缩，封闭的熔融夹层的内应力相当大。在熔融期间，熔融中间层的顶部上的冷冻层从顶部到底部熔化，并且冷冻层的厚度逐渐变薄。当熔融夹层的内部应力和冷冻顶层的强度无法承受底层的重量和外部载荷时，路基将破裂。诸如凹陷和下沉之类的病害会导致人行道沸腾：相反，当地基的重量和外部荷载以及下层冻结层的强度无法阻止内部应力的迅速释放时熔融夹层的底部可能会塌陷。
（2）在低温的冻土地区路基病害如何形成？由于冻土的温度较低，因此路基上也会形成融化的中间层[11]。一年中有足够的冷能使融化的中间层保持冻结状态，并且在路基下，人工上限逐渐稳定到最大值。霜冻深度。当路基高度大于临界高度时，道路中人工路面的上限会在一定程度上增加，但是人工坡脚的上限会减小（尤其是向阳坡脚）。此外，青藏公路回填比自然表面（尤其是被植被覆盖的自然表面）更容易吸收热量。阳坡侧的坡脚的人工上限急剧下降，但是由于吸收的太阳辐射能量相对较小，因此阴影坡脚的人工上限下降得非常微弱甚至均匀。由于斜坡的延伸破坏了先前存在的热平衡条件，并且正在施工的道路的回填非常容易清除，导致在晴天坡和阴影坡的两侧都出现吸热现象。
（3）施工质量与高路基病害的关系青藏公路的高路基病害受很多因素的影响，主要是施工质量和冻土。因此，其生成并不简单，并且以不同的方式进行。两者相互影响。无法达到所需的建造质量和破坏的冻土将加速路基病害的发生。由于无条件的建造质量和对现有环境的破坏，出现了各种类型的青藏高速公路，损坏路基的病害。此外，在施工过程中不可避免地会因施工需要而损坏地面，排水等问题会导致大量积水，严重影响土壤质量。路基。冻土中的温度变化明显大于过去，形成不稳定的运输环境。
3.2 沉陷、波浪病害分析
在青藏公路的多年冻土区中，尽管公路是二级公路，但由于道路的沉降，公路的行驶能力带来了极大的不便[12]。为了了解沉降与冻土特征之间的关系，笔者根据对青藏公路环境特点，对沉降与冰含量和土壤温度区域之间的关系进行了分析，如图3-3所示。
图3-3 沉陷与冻土特征的关系
如图3-3（a）所示，中间部分是多余的苔原。可以看出，该部分的最高病害发生率约为26％。冻土面积和稳定的冻土面积都受到该病害的影响。影响相对较小，约为9％；从图3-3（b）中可以看出，病害发生率还与冰冻土壤中的冰含量和温度密切相关。冻土类型S中的病害率最小，冻土D，F和B中的病害率呈正相关，而H之后，其结冰量不随冰量的增加而变化（类型S：少冰，D：多冰，F：浓冰，B：饱和冰，H：含有土壤的冰）路基的不均匀变形是产生波浪的主要原因。生产。由于施工段中有许多波浪，因此分析了该段中冻土的特征与波浪出现之间的关系。
图3-4 波浪与冻土特征的关系
从图3-4（a）和图3-4（b）可以看出，沉陷病与冻土特征之间的关系类似于波浪病。这种情况表明，在陆地地区经常发现路基下垂病最严重的地方，而波浪病几乎总是在路基下垂病发作时发生，如图3-5所示为清水河段沉陷、波浪病害图。
图3-5 清水河段沉陷、波浪病害图
3.3 冻土公路路基翻浆病害分析
尽管在青藏公路的冻土路段中，似乎在整个病害中相对较低，但其影响不可忽视。通常，霜冻是一种在季节性冻土中经常见到的病害。这通常是由于路基填充不佳，不利于公路车辆。结果更加严重，尤其是在完全硬化之前的道路上。有时是因为冻结而发生的。由于道路交通的中断，有必要了解翻浆病害与冻土地区冻土特性之间的关系，以便更好地在实践中应用。
图3-6 翻浆病害与冻土低温的联系
由图3-6可知，随着地区温度的升高翻浆病害率也会明显増加。之所以这样是因为平均温度在接近零度的地方，水分相对活跃，所以常常会导致出现翻浆这种情况。
图3-7 翻浆与冻土含冰量的关系
如图3-7所示，在不同类型的冻土中，沸腾病的发生率与冻土中冰含量之间的关系很差。 如果将细粒土壤用作基础灰泥，并使用风化石材作为基础，则该病尤其明显。当汽车反复振动时，在某些条件下，地面会由于泥土和粘土而变软并发生触变。通过时，路基的高度和深度会影响泥浆。压缩和抽水会增加路基的孔隙，使梁的载荷变硬，渗入土壤并降低或失去其弹性。如图3-8为青藏公路某段翻浆修复。
图3-8 青藏公路某段翻浆病害修复
3.4 路基纵向裂缝分析
在第一阶段结束后，路基上的纵向裂缝比以前更严重，并且在重建期间比以前大三倍以上。他们占整个政治项目第一阶段的近12％，总长度超过30公里。可以看出，它的长度远远超过此长度，并且已达到冻结地面总路段的18％，这已成为该路基的最大病害，因此需要对此进行重点分析情况。
图3-9 纵向裂缝与冻土关系
如图3-9所示，很明显，路基纵向裂缝病只与冻土的温度密切相关。定性冻土表面的纵向裂缝病害发生率要比高温冻土表面的要低，但在亚稳冻土地区的病害要高得多。速率表明，路基上的纵向裂缝是由冻土的土壤温度和冻土的冰含量决定的。对该病进行调查后，可以看出，当路基高度小于3米且大于或等于1.5米时，路基裂缝的宽度，数量和长度都是与橙色路基的高度成比例。由于纵向裂缝与路基高度之间的密切关系，所获得的结果不能用作纵向裂缝发展的重要指标。如图3-10所示为路基纵向裂缝实例图。
如图3-10 纵向裂缝
4 青藏公路冻土区路基病害断链预防对策
4.1 设计合理的冻土路基高度
结合青藏公路改建工程，对青藏高原的长期气候研究表明，高原的多年冻土层正在恶化。而且，永久冻土的下限已经成为一个不争的事实。在这种情况下，沥青路面垫层的临界高度也将具有气候变化的特征，即沥青路面垫层的临界高度与内部温度之间存在内在联系。时间。在设计路基时，必须确保路基的高度达到合理的值，即所谓的路基的合理高度，以便在设计寿命内，路基不会因热而损坏。合理的路基高度定义如下：当路基达到该高度时，最大相对路基深度不超过路基设计寿命内的最大自然上限。该路基。合理高度概念的引入不仅考虑了冻土的上限和温度条件，而且阐明了冻土的土壤的年平均温度条件构成了地基的设计。更现实的低温冻土。在低温冻土区域中设计合理的路基高度基本上可以达到保护冻土的目的。在高温冻土地区，仅增加路基高度已不能满足保护冻土，控制融化速率和高路面引起的病害的要求。目前不建议使用许多凸起的路基。通过设计特殊的路基结构，可以达到控制熔化速度和完成整个过程的目的。
4.2 冻土地区路基横断面结构设计
冻土区路基横截面的设计主要决定路基侧坡的坡度以及防水隔热路的高度和宽度。边坡设计在道路建设中，回填土的坡度或挖方坡度通常基于当地的工程地质和水文地质条件，路基高度，回填土或土壤的物理和机械特性。当地的土壤，施工方法，地形等因素，再加上自然因素。详尽确定了山的稳定形状和力学分析方法。中国工业标准规定，实际项目中公路的坡度通常为。当路堤建在冻土，饱和冻土和含有土壤的冰层上时，如果细粒土层含有天然性，则水量相对较高。
在青藏公路建设初期，防水防护路没有考虑路基两侧冻土的防护。取而代之的是，路堤的两边都充满了表土。这种情况会严重损害路基两侧特定区域的植被，并且坡脚更可能积水，进而导致板块融化。此外，斜坡底部的水渗透使融合板非常严重。地基的熔融沉降，沸腾的泥浆，纵向裂缝等病害。但是，在增加隔热保护道路之后，有效地回填了坡脚两侧的凹处，并在一定程度上恢复了两侧的冻土环境，从而防止了这种情况的发生。积聚在斜坡的脚趾两侧，并防止地表水热干扰冻土并增加斜坡。人工足的上限，融合椎间盘的减少，路基病害发生频率的降低以及路基病害的发展减慢起到了非常积极的作用。在低温冻土中，如果路基高度小于临界高度，则融化盘在路基下方生长时，隔热保护路的影响类似于’影响高温地区的冰冻地面。如果路基的高度大于临界高度，则会在路基下方形成冰冻核心，并在坡脚下方形成融化圆盘。加保温层后，可以减少或消除人为的坡脚上限，有效地防止了路基的纵向裂缝。路基病害，例如路肩滑倒和其他路基病害。总之，尽管绝缘防护路的构造增加了路基的斜坡上的背压并且在机械上改善了路基的稳定性，但是绝缘防护路的表面状况与自然表面相比，不利于冷冻。土壤得以生存，冷冻土壤的降解趋势得到增强。研究认为，安装不渗透和隔热的道路应遵循以下原则：
（1）在高温冻土地区，考虑到路面的热吸收比路面高，如果新建路堤或路堤两侧的表面环境没有受到严重破坏， 在自然表面上，不建议建造保温道路。
（2）在低温，高冰土地区，当路基高度大于临界高度且路基上明显结霜时，可以设置热保护路用于减少或消除坡脚的融化盘并防止路基病害发作和发展的结构：工程实践表明：当基础坡脚处的积水没有不能与排水沟连接，应回填水坑，或安装一定高度和宽度的防水路，以从站台脚下挤5-10m的死水形式，并放置在基础坡度之外。一方面，水密保护道路会减少路边的水补充量，直到路基下水为止；另一方面，它对道路的坡度产生反压作用。路基，从而提高了路基机制的稳定性。路基横穿平坦的凹面，形成临时的积水和一层冷冻水。对于具有高冰含量的发达地面和冻结地面的路段，可以在路基的两侧设置斜坡保护。斜坡保护的宽度通常为2至3 m。长期集水段的宽度不应小于5 m。一般路段的保护坡度高度为0.8至1.5 m。道路断面应比最高水位高0.5 m，并且保护路的横向倾斜度应为向外4％。对于在冻结层上水特别发达的路段，应根据地形，冻结层上水流的方向和水位来确定保护措施。
4.3 施工方面
4.3.1 合理选择施工季节
由于冻土的变化受循环和温度和热量波动的控制，并且这些变化具有明显的滞后性，因此选择装修措施和施工季节比土更重要。不冻结。保温路的最佳施工期应该是每年的2月至5月，此时地面温度最低，保温路可以储藏更多的冷藏室。隔热沟的最佳施工期应为每年的六月至九月。此时，水的温度和温度相对较高，并且在构造之后可能在沟槽周围形成较大的熔化圆。这样，施工后可以取得良好的长期效果。
4.3.2 置换土壤
尽管粘土的水化能力强，但其水渗透性差，因此土壤的迁移里面的水不多。但是，粗粒土壤（例如粗砂和砾石）的表面迁移率非常低，并且没有吸力，因此在冷冻过程中不会发生水迁移。同时，它们具有高的水渗透性，因此它们处于小范围的霜冻起伏区域。为了避免霜冻起伏，可以挖出提起霜冻的土壤，并用压实的粘土或沙子和碎石代替。地表排水导致冻土地区霜冻和路面塌陷的主要原因是地表水的渗透。必须确保路基和路面平整。集成排水系统的水流应畅通无阻，无溢流，渗漏，冻胀，淤积的情况为了避免损坏路基，因此，建造完善的地面排水设施尤为重要。在项目运营阶段加强排水沟和排水沟的维护，以确保排水设施的正常运行。如果排水沟的边坡倒塌，很容易导致排水系统由于沟渠的堵塞而失效，从而可能导致坡脚严重渗水并引起或加剧排水沟的渗水。路面病害。为了防止路基坡度的降水渗入路基，建议对路基坡度采取防渗措施，并保持一定的坡度。在斜坡脚外侧的地面上横向向外，以将降水从斜坡引导至排水沟。排水设施应尽可能远离路基坡脚，并且排水应畅通。在路基附近不应形成滑水，并且路基的倾斜处不应积水，以防止路基的冻土融化并影响路基的稳定性。
4.3.3 加设防冻层
对于经常出现冻胀和沸腾的部分，路面的总厚度应不小于防冻剂的最小总厚度，以避免 路基冻结导致举升不均匀。如果路面总厚度小于最小防冻剂总厚度，则必须添加一层防冻剂才能完成。防冻层的材料主要是粗砂，砾石，灰分和矿渣，具有很强的防冻性能。它还可以使用石灰粉煤灰稳定的粗粒土壤，用水泥或石灰和其他无机粘合剂稳定的粗粒土壤。
4.3.4 铺设隔温层
在冻胀严重的地区，为了避免路基霜冻的不均匀起伏，应在人行道的结构层中的基础上铺设高效的隔热层 减少地面或上表面的温度，以减少温度对冰冻地面的影响：防止路基坡脚下的水积聚和渗透。保温层的选择应注意以下设计要点：
（1）选择合适的材料隔热材料的隔热性取决于其自身的性质。应使用导热系数低的材料。选材前应测试材料的抗压强度（KPa），导热系数（W / m *℃），体积吸水率（％）和其他性能，选材后应测试材料的稳定性。应当测试冻融循环。等待测量。
（2）选择合适的隔热层厚度材料的隔热效果主要取决于隔热层的厚度。隔热层的厚度越厚，隔热效果越明显，但是隔热效果并不一定与隔热层的厚度成正比。厚度太大会使成本太高。因此，考虑到实际情况和热稳定性，应选择合适的厚度。根据厚度要求，尽可能在靠近表面层的方向上并入隔热层，以使其效率最大化，减少路基的热吸收并保护路基的稳定性。路基。
（3）合理计算保温层的埋深是一个难题，它关系到工程质量，竣工后的使用条件和施工效果。保温。确定合理的埋入深度的原理是，在考虑绝缘材料本身的强度要求和结构层厚度的同时，将绝缘层尽可能靠近表面层埋入。路面，以最大化其效率并减少路面。路基主体吸收热量并保护稳定的路基主体，降低病害概率。
结 论
冻土这种特殊地质土体的大面积存在，对寒区经济的开发与建设、寒区工程的修筑与维护以及人类的生存与发展都会产生重大的影响。冻结期在外部荷载作用下产生的超孔隙水压，尤其是重型汽车荷载作用下产生的瞬间超孔隙水压，若不能通过冻结土层及时排出很可能会破坏路面结构。而青藏公路多年冻土地区的平台性疾病种类繁多，面积大，以沉降和变形为主。其中，多年冻土区各种平台疾病的发生率与冻土的温度和含冰量有一定的关系。
本文主要对青藏公路路基病害机理进行研究，在探析了青藏公路冻士区域常见公路路基病害链式形态特征基础上，对影响路基稳定性主要因素、病害主要行成机理、沉陷、波浪病害、冻土公路路基翻浆病害、路基纵向裂缝等病害机理原因进行了分析探讨，最后针对这些机理因素，提出了设计合理的冻士路基高度、冻土地区路基横断面结构设计、合理选择施工季节、置换土壤、加设防冻层、铺设隔温层等有效建议措施。
致 谢
至此论文完稿之际，感激之情油然而生。在一段时间的努力后，我顺利完成了毕业论文《基于冻士区公路路基病害断链预防对策研究》的撰写。同时，这也意味着大学生活的圆满结束。在大学时期，我在学习上有了很大的进步，这除了自己的不懈努力外，跟各位老师、同学的关系是分不开的。
在本次论文的撰写过程中，我的导师为我们付出了大量心血，从最开始的选题到后来的开题报告，严格把关。在这里，我表达对老师的衷心感谢。写论文不仅是对大学学习内容的再一次系统学习，也是对自己学习成果的展示。我将铭记老师的教诲，在后来的学习生活中继续发扬这种认真专注的精神。
感谢各位老师的批评指导。
参考文献
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