季節(jié)凍土區(qū)高速公路路基含水狀況與凍害情況分析

柴國(guó)輝

（貴州高速公路集團(tuán)有限公司）

凍脹土導(dǎo)致道路形成縱向裂縫，出現(xiàn)道路翻漿，從而導(dǎo)致沉降鼓包和車轍變形，這是季節(jié)凍土區(qū)域高速公路路基凍害的主要形式。相關(guān)研究人員進(jìn)行野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地下水使導(dǎo)致路基凍害的主要原因，地下水不但會(huì)導(dǎo)致路基被軟化，同時(shí)還在一定程度上增加凍脹情況，侵襲防凍砂礫層甚至底層，從而導(dǎo)致路基失去了防凍作用以及承載作用，最終引發(fā)高速公路翻漿破壞。

1 季節(jié)凍土區(qū)高速公路路基含水狀況與凍害情況調(diào)查

為了能夠給新建高速公路防凍設(shè)計(jì)以及已有道路養(yǎng)護(hù)提供相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)以及依據(jù)，在2016年春季針對(duì)某省已經(jīng)建成的告訴過(guò)公路中10個(gè)典型路段做出凍害鉆探調(diào)查研究。在2015年冬天該地遭遇寒冷氣溫，降雪量遠(yuǎn)高于往年，大多數(shù)路面遭到嚴(yán)重破壞。對(duì)此，針對(duì)該地區(qū)高速公路凍害問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查和研究，調(diào)查內(nèi)容主要有：對(duì)破壞現(xiàn)象、破壞強(qiáng)度等進(jìn)行測(cè)量、描述和拍照，通過(guò)鉆探的方式分析路面結(jié)構(gòu)以及地層當(dāng)中的土質(zhì)條件、凍土厚度以及凍土結(jié)構(gòu)等。通過(guò)取樣在室內(nèi)試驗(yàn)的方式，分析地下水以及邊溝積水的具體情況，并分析四周地質(zhì)環(huán)境等。

對(duì)于該高速路，不但進(jìn)行上述兩個(gè)季節(jié)的調(diào)查，同時(shí)在2015～2017年之間，工作人員還對(duì)接近竣工條件的某高速公路開(kāi)展了兩次的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)綜合研究，并且均進(jìn)行了凍前和凍后鉆探取樣。借助上述調(diào)查方式，針對(duì)道路變形破壞情況以及原因等進(jìn)行分析，尤其是對(duì)地下水分聚積在其中所帶來(lái)的影響進(jìn)行深入分析，充分掌握了第一手資料，從而對(duì)于季節(jié)凍土區(qū)高速公路路基含水狀況與凍害情況有了較為深入的認(rèn)識(shí)。

2 路面破壞變形

2.1 縱向裂縫

經(jīng)過(guò)調(diào)查顯示，縱向裂縫屬于路面破壞的主要類型之一，這種類型的破壞主要出現(xiàn)在行車道上，形成連續(xù)縱向裂縫或者斷續(xù)裂縫形式發(fā)展。這些裂縫嚴(yán)重影響車輛行駛，還會(huì)導(dǎo)致路面進(jìn)一步受到破壞。路面雪水滲透到地下，從而促使土體當(dāng)中的含水量增加，甚至?xí)?dǎo)致地基土處于飽和狀態(tài)[1]。

2.2 沉陷和膨脹

在公路中，翻漿屬于道路特有的溶凍病害，屬于路基土、水、溫度以及行車等荷載的綜合結(jié)果。翻漿能夠?qū)е碌缆烦霈F(xiàn)沉降、鼓脹等現(xiàn)象，縮短道路壽命。

2.3 路基表層凍害

該高速公路部分路段的凍脹量相對(duì)較大，路段土體屬于低液限粉質(zhì)粘土，其粉粒的含量在50%以上，而對(duì)于這種土體而言，在飽和情況下的凍脹率能夠達(dá)到3%。工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該路段路基含水量在18～30%之間，而壓實(shí)度則在0.8左右，路基凍害的深度需按照1.4m進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算可得路基的凍脹量相對(duì)較大，一般控制在30～45mm以上，促使軌道發(fā)生不均勻變形，從而導(dǎo)致車輛的安全受到影響。

3 季節(jié)凍土區(qū)高速公路路基凍害防治措施

結(jié)合上述案例當(dāng)中的基床凍害特點(diǎn)以及產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，認(rèn)為在對(duì)其進(jìn)行防治過(guò)程中，需遵循以下原則，分別為將不均勻凍土消除，對(duì)其進(jìn)行綜合整治。

3.1 置換法

針對(duì)季節(jié)凍土區(qū)路段，可以在路基上層的一定深度內(nèi)，使用冰凍穩(wěn)定性較為良好的土類，例如砂石材料等進(jìn)行置換。使用非凍脹材料對(duì)部分凍脹性土進(jìn)行置換，要計(jì)算出凍土置換到何種程度。通常情況下，對(duì)這種方式進(jìn)行應(yīng)用，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、氣溫和地下水情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，明確采用預(yù)防凍土膨脹的路面凍結(jié)深度，此后結(jié)合這一凍結(jié)深度，明確不會(huì)引起路面產(chǎn)生凍脹破壞的置換深度。其中凍結(jié)深度主要是以凍前的路表面作為基礎(chǔ)。其中路面凍結(jié)深度主要是由影響凍脹的主要因素而決定的。

此外，還需針對(duì)日照條件、路面結(jié)構(gòu)、路面上存在的積雪等進(jìn)行分析。對(duì)凍結(jié)深度進(jìn)行計(jì)算，可以結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁刭Y料，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行確定，但是針對(duì)高速公路等方面的重要路面結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)凍結(jié)達(dá)到最為嚴(yán)重的時(shí)候，進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而明確凍結(jié)深度。在一些積雪寒冷的地區(qū)，對(duì)路面置換深度進(jìn)行確定。

在置換法當(dāng)中，確定置換深度應(yīng)當(dāng)通過(guò)防止凍土引起的路面破壞以及春融時(shí)期和底層承載能力的降低來(lái)確定，避免凍土膨脹引發(fā)路面破壞時(shí)，最好選擇不容易引起凍脹材料換填理論最大凍結(jié)深度。因?yàn)楸?huì)因?yàn)榉e雪、除雪程度、日照等條件的影響，因此在置換時(shí)需要結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況進(jìn)行分析。此外，對(duì)置換深度、置換材料等進(jìn)行更改，均能夠?qū)Φ缆穬鼋Y(jié)情況帶來(lái)改變。要想提升路面的防凍厚度，可以在路面最小防凍厚度范圍內(nèi)，使用砂礫、中砂等出料材料作為防凍層，也可以使用石灰、二灰或者工業(yè)廢料等作為防凍層[2]。

3.2 設(shè)置隔離層

對(duì)于隔離層而言，能夠隔離外界補(bǔ)給水源性路基內(nèi)滲透，通常情況下，將這一隔離層設(shè)置在路基頂面下0.15～0.18m的位置。若使用透水隔離層，則用砂石或者粗砂等，利用大孔隙將毛細(xì)水的上升切斷，通常情況下，將其厚度控制在0.11～0.12m之間。若使用不透水的隔離層，使用瀝青鋪設(shè)油毛氈，也可將水分的移動(dòng)通道阻隔。

3.3 設(shè)置隔溫層

隔溫層主要是在路面下設(shè)置導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小的材料層，主要目的是為了對(duì)負(fù)溫度進(jìn)行控制，避免其向路基內(nèi)滲入，對(duì)凍結(jié)深度進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少或者調(diào)整。站在控制溫度角度進(jìn)行分析，減弱或者適當(dāng)?shù)南齼鼋Y(jié)其減的水分遷移現(xiàn)象和遷移數(shù)量，通過(guò)這種方式消除或者減弱破壞影響。其中隔離層材料可以使用爐渣、礦渣等多種材料，將其厚度控制在20～50cm之間，材料自身需要充分滿足其強(qiáng)度以及穩(wěn)定性方面的需求。為了進(jìn)一步避免道路凍脹破壞，在對(duì)隔溫材料進(jìn)行具體應(yīng)用過(guò)程中，可以使用熱傳導(dǎo)率相對(duì)較小的材料，只有這樣才能促使隔熱作用得到充分發(fā)揮。要求材料隔溫性能足夠持久，提升其承載能力、并且具有一定的耐水性，同時(shí)要具有較高的經(jīng)濟(jì)性。如聚苯乙烯薄板材料，但是在使用過(guò)程中需要注意的是要在隔溫層的墊層施工工藝。在對(duì)墊層進(jìn)行具體運(yùn)輸過(guò)程中，借助機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)施工，容易冬至隔溫材料遭到破壞，還有可能促使粗粒材料被壓入隔溫層當(dāng)中[3]。

3.4 穩(wěn)定土處理法

道路基層所使用的土質(zhì)如果不夠穩(wěn)定，則可以在其中參入適量的水泥進(jìn)行處理，這樣能夠在一定程度提高強(qiáng)度以及承載力，還可以促使抗凍以及抗水能力被提高。但是需要注意的是，若水泥劑量過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。粉碎、拌和以及壓實(shí)等工序也十分重要，在實(shí)施過(guò)程中，需要遵循規(guī)定。在對(duì)溝渠進(jìn)行襯砌過(guò)程中，對(duì)于路基中含水量較大的塑性土，可以使用水泥對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)野外調(diào)查大量資料發(fā)現(xiàn)，地下水不但會(huì)對(duì)高速公路路基進(jìn)行軟化和侵蝕，還有可能會(huì)導(dǎo)致基底層受到侵蝕，從而促使路面出現(xiàn)塌陷和沉降現(xiàn)象。因此，相應(yīng)技術(shù)人員在進(jìn)行高速公路建設(shè)過(guò)程中，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐叵滤闆r，采用科學(xué)合理的解決措施。