凍土區(qū)域的公路路基設(shè)計(jì)探析

李浩

（青海省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，西寧 810000）

1 引言

路基是高速公路的重要組成部分，其修筑效果將會(huì)對(duì)高速公路的運(yùn)行情況產(chǎn)生直接影響。隨著現(xiàn)代化建設(shè)速度的加快，受到冰凍和融化的影響，會(huì)導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，這也是影響路基修筑順利實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)。在工程項(xiàng)目當(dāng)中，應(yīng)該以增強(qiáng)路基工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性作為基本目標(biāo)，促進(jìn)高速公路使用壽命的延長(zhǎng)，降低后期維護(hù)成本。在實(shí)際施工當(dāng)中，應(yīng)該明確建設(shè)區(qū)域的基本情況，了解多年凍土的分布特點(diǎn)，以制定針對(duì)性技術(shù)應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)要點(diǎn)的有效控制。

2 凍土的分布及類型

高原凍土其自身的土壤結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且地基施工難度較大，在實(shí)際施工時(shí)往往會(huì)遇到各種不可控因素。因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)總結(jié)，完善凍土地基施工工作流程，結(jié)合凍土特點(diǎn)采取針對(duì)性的地基施工措施，以減少凍土對(duì)公路工程建設(shè)的影響。我國(guó)凍土分布面積較廣，在東北、西部高山地區(qū)比較常見(jiàn)，做好凍土公路地基施工設(shè)計(jì)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有重要意義。在設(shè)計(jì)工作中，需要結(jié)合實(shí)際，充分考慮凍土的土質(zhì)、含水量以及沉降量，做好凍土的類別劃分，比如，比較常見(jiàn)的凍土有融沉少冰土、弱融沉少冰土和強(qiáng)融性飽冰土等，針對(duì)不同類型的凍土，需要進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，從而為凍土施工提供有力的保障【1】。

3 高原凍土地區(qū)公路病害特點(diǎn)介紹

3.1 翻漿

高原環(huán)境下，土體在凍結(jié)時(shí)集中了大量水分，在土質(zhì)條件不良的環(huán)境下，到了春暖化凍時(shí)水分無(wú)法及時(shí)排除，進(jìn)而導(dǎo)致土基軟弱、強(qiáng)度降低，土體的物理性質(zhì)與力學(xué)性質(zhì)均受到巨大影響。在路面車輛荷載影響下，路面極易出現(xiàn)鼓包、車轍以及冒漿等質(zhì)量病害，這些均是常見(jiàn)的翻漿情況，這類病害已在許多高原公路中出現(xiàn)。

3.2 寒凍裂痕

寒凍裂痕的出現(xiàn)是因?yàn)橥馏w局域不均衡的凍脹促使路基出現(xiàn)橫向扭曲，或是由于冬季溫度急劇改變，造成土體不均衡收縮進(jìn)而橫向扭曲，造成路基與路面產(chǎn)生局域不均衡與不平整。盡管在春天回溫時(shí)該種橫向扭曲將獲得釋放，但多次的凍融循環(huán)影響會(huì)直接損壞路基穩(wěn)固性，而且在外部車輛荷載影響下出現(xiàn)震動(dòng)，引發(fā)路基坍塌與滑坡。

3.3 融沉

高原常年凍土區(qū)域，因?yàn)榈氐妆鶎勇癫睾軠\，在施工與運(yùn)營(yíng)階段由于各種因素轉(zhuǎn)變了路基基礎(chǔ)的自然結(jié)構(gòu)以及物理狀態(tài)，導(dǎo)致常年凍土出現(xiàn)局域融化。頂部土層在自重及外部荷載影響下出現(xiàn)沉降，進(jìn)而引起路基變形。典型的路基融沉包括緩慢沉落型與極具沉落型。前者出現(xiàn)在富含和飽含冰層的常年凍土地方，所以施工與運(yùn)營(yíng)對(duì)該地區(qū)的干擾比較緩慢。后者出現(xiàn)在厚層的地底冰地段，因?yàn)橥獠恳蛩氐挠绊懘偈购駥颖稳诨鴮?dǎo)致大范圍融化。融沉的常見(jiàn)特點(diǎn)在于路基沉降，向陽(yáng)一邊路肩與邊坡出現(xiàn)開(kāi)裂、下滑與滑塌。融沉問(wèn)題主要出現(xiàn)在低路基路段【2】。

4 凍土區(qū)域的公路路基設(shè)計(jì)探析

4.1 保溫處理

應(yīng)明確多年凍土地區(qū)的路基填筑高度，采取有效的保溫處理措施。保溫護(hù)坡道和護(hù)腳的應(yīng)用在路基處理中也較為常見(jiàn)，填筑路堤接近基底位置存在地下冰層和飽冰凍土且會(huì)出現(xiàn)融化時(shí)，應(yīng)該將保溫護(hù)坡道和護(hù)腳應(yīng)用于填方坡腳當(dāng)中。保溫措施的應(yīng)用，能夠促進(jìn)路基建設(shè)區(qū)域熱穩(wěn)定性的增強(qiáng)。對(duì)于路基高度進(jìn)行提升是其中一種有效的處理方式，也可以將隔熱材料應(yīng)用于路基當(dāng)中，促進(jìn)路堤熱阻的提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)凍土路基熱量傳輸?shù)挠行Э刂?。通過(guò)多個(gè)實(shí)踐工程表明，隔熱材料在冷季施工中的應(yīng)用，能夠有效促進(jìn)路基溫度梯度的增大，而在暖季則能夠減小溫度梯度。在施工中應(yīng)該對(duì)隔熱材料的性能進(jìn)行分析，確保其具有良好的質(zhì)量，以增強(qiáng)高速公路的路基施工效果。為了充分發(fā)揮隔熱材料的性能優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該在冬季施工中防止土體溫度過(guò)高，防止路基體的熱量循環(huán)受到影響。聚苯乙烯泡沫板和聚苯乙烯擠塑板是當(dāng)前常見(jiàn)的2 種保溫材料，其保溫性能較為優(yōu)越，在高速公路路基施工中的應(yīng)用十分廣泛。尤其是在導(dǎo)熱系數(shù)和閉孔率方面，聚苯乙烯擠塑板具有較大的優(yōu)勢(shì)，在使用中不會(huì)發(fā)生霉變而產(chǎn)生有毒物質(zhì)，增強(qiáng)其化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性。此外，在處理多年凍土地區(qū)的路基時(shí)，熱管也是一種常用的材料，其作為一種重力無(wú)芯熱管，工作介質(zhì)主要是無(wú)水液氨，管殼選擇了抽真空后的20 號(hào)無(wú)縫鋼管。其上下端分別為蒸發(fā)段和冷凝段，中間為絕熱段。凍土中的熱量會(huì)被蒸發(fā)段中的介質(zhì)吸收并釋放到空氣當(dāng)中，減少該路段的路基病害。其作為一種無(wú)源裝置具有節(jié)能高效的特點(diǎn)，而且在使用中不會(huì)產(chǎn)生噪聲，具有較好的傳熱性能，而且傳熱是單向進(jìn)行的【3】。

4.2 路基開(kāi)挖

路基施工的首要環(huán)節(jié)就是開(kāi)挖，在這之前，施工單位應(yīng)先派遣相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行考察，確保足夠掌握路基的土質(zhì)以及地下水實(shí)際情況，同時(shí)要制定好相應(yīng)的應(yīng)急措施，減少路基開(kāi)挖對(duì)環(huán)境的破壞，這也是順應(yīng)我國(guó)綠色發(fā)展的潮流，要將經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益統(tǒng)一起來(lái)。在操控挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，開(kāi)挖的順序要按照規(guī)定來(lái)進(jìn)行，盡可能自上而下地開(kāi)挖，不可以隨意發(fā)揮。如果在開(kāi)挖過(guò)程中，當(dāng)路塹較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分割，路基采用縱向條形開(kāi)挖法開(kāi)挖。另一方面，對(duì)于路塹較短的，可以使用縱向分層法進(jìn)行挖掘。在路基開(kāi)挖的過(guò)程中，要因地制宜，根據(jù)具體情況不同，選擇不同的開(kāi)挖方式進(jìn)行路基開(kāi)挖。

4.3 路基填筑優(yōu)化

路基填筑應(yīng)在路基施工開(kāi)始前先進(jìn)行試驗(yàn)段的施工，以此確定適宜的松鋪系數(shù)。施工方法為掛線法，能有效控制路拱、路基寬度及厚度。對(duì)第一層路基進(jìn)行填筑時(shí)，應(yīng)在端部進(jìn)行卸料與滾填，填料填筑足夠或鋪好支撐物之前不允許車輛通過(guò)。另外，第一層路堤應(yīng)在設(shè)計(jì)要求的厚度基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)加厚，通常在0.5～0.8m 范圍內(nèi)，能有效防止車輛從此處通過(guò)后產(chǎn)生軟彈現(xiàn)象。對(duì)于其他各個(gè)層位，均采用沿縱向進(jìn)行填筑的方法施工。

4.4 排水

填筑后的路堤寬度要控制好深度，以使路基兩側(cè)排水溝能順利排出較多積水，確保路基下部?jī)鐾敛蝗诨Ｊ┕げ块T(mén)還能結(jié)合施工區(qū)域現(xiàn)狀選取通風(fēng)路堤，以及土工格柵路堤施工模式，從試驗(yàn)中判定。要注重選取零填低填、淺挖路塹，如果地表排水難度較高，積水不能有效排到低洼區(qū)域。在正常情況下可以在滲水料中加蓋保溫材料。在施工區(qū)域依照地形地貌現(xiàn)狀，在施工中要設(shè)定滲溝、側(cè)溝、排水溝等，在施工中應(yīng)用抽水設(shè)備排出。排水系統(tǒng)在設(shè)定過(guò)程中要能適應(yīng)季節(jié)凍土要求，合理整合氣候條件，在冬季要適度加深邊溝，使其深度高于凍土上限。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在高原凍土區(qū)域的路基處理已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步，但還需要進(jìn)一步深入研究，推動(dòng)交通行業(yè)創(chuàng)造更多的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。高原凍土區(qū)域的路基工程較為復(fù)雜，并且具有較大差異性，一是要充分重視設(shè)計(jì)階段的工作。在設(shè)計(jì)前，要詳細(xì)全面地對(duì)路基情況進(jìn)行勘察，對(duì)線路進(jìn)行合理選擇，為具體設(shè)計(jì)工作提供便利。同時(shí)，高原凍土地區(qū)自然環(huán)境一般較為脆弱，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要充分保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)，這也是保證路基穩(wěn)定的主要基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)師應(yīng)不斷總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)已有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)和完善，促進(jìn)交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。