特殊地區公路設計及養護方法探析

陳科　楊俊慧

【摘 要】特殊地區的氣候水文、地質地貌與其它地區有較大差異，其公路工程的設計及養護方法也因此具有獨特性，須因地制宜才能滿足特殊地區公路工程耐久性要求。本文對鹽漬土地區、黃土地區、以及凍土地區三種特殊地區的公路環境特點及常見病害進行研究，并提出了相應的設計及養護方法。

【關鍵詞】特殊地區；病害；公路設計；養護

一、特殊地區公路環境特點

鹽漬土是指含有一定的溶解鹽而造成性質變化的土，公路工程上定義鹽漬土為地表1m內含有大于0.3%易溶解的鹽的土，鐵路工程則為0.5%。我國鹽漬土地區主要包括沿海鹽漬土地區和內陸鹽漬土地區，沿海鹽漬土區主要包括遼寧、山東、河北、江蘇等地，屬于氯鹽漬土，含鹽量5%以下，且該地區的水文環境對鹽漬土的穩定性影響最大。內陸鹽漬土地區主要分布于新疆、河北、內蒙古、甘肅、寧夏等地，屬于硫酸鹽鹽漬土和氯鹽硫酸鹽混合型鹽漬土。鹽漬土中含有易溶鹽，土的物理力學性質會發生變化。在干旱和半干旱地區，鹽類具有膠結和吸濕作用，有利于路基的穩定，一定條件下可利用鹽漬土和巖鹽修筑路基或鋪筑低、中級路面。而在潮濕環境中，由于易溶鹽的存在將導致路基的密度減小，承載力下降最終喪失穩定性。而硫酸鹽鹽漬土會使路基松脹，鹽漬土的堿化作用也會增大土的膨脹。

黃土在指一定的壓力作用下受水浸濕，土的結構將受到迅速破壞而發生顯著附加下沉性質的土，具有明顯的濕陷性。黃土的主要特征包括：黃色、含鹽量較大，含有碳酸鈣及其結核，包括硫酸鹽型黃土和碳酸鹽型黃土。黃土中粉土顆粒含量很高，占55～60%，且黃土具有多孔性和大孔性空隙特點，為垂直節理發育。黃土的地貌可分為高原地貌和河谷地貌，前者以侵蝕類型為主，后者以堆積類型為主，但在二字之間也存在著過渡類型即侵蝕堆積類型。黃土地區在我國可分為五區，山西諸盆地、豫西山地與階地、關中平原、陜甘黃土高原、隴西黃土丘陵。

凍土是指溫度低于或等于0℃，且含有冰的各類土。主要分布于我國的東北、西北和華北地區，占全國面積的22.3%。凍土包括瞬時凍土、季節性凍土、多年凍土。瞬時凍土是指凍結狀態僅維持數小時的凍土，季節性凍土是指受季節性影響，冬季凍結，夏季融化的土。多年凍土是在自然狀態凍土狀態能保持3年以上，常存在地面下一定深度，上部接近地表，也易受季節性影響，多年凍土也常伴有季節性凍結。

二、特殊地區公路常見病害

鹽漬土地區公路病害主要包括鹽脹、溶蝕、凍脹和翻漿。其中鹽脹具有累加性，包括路面鹽脹和坡面鹽脹；溶蝕的主要原因就是鹽的溶解。凍脹中氯鹽的含量如在一定范圍內冰點降低，水分聚流時間長，加重凍脹，但含鹽量更多時，不產生凍脹或只產生輕微凍脹，硫酸鹽鹽漬土對凍脹影響不如氯鹽顯著。翻漿在鹽漬土地區較為普遍，氯鹽漬土聚冰多，且液、塑限低，蒸發緩慢，翻漿后不易干燥，造成路面嚴重破壞，含鹽量高時因不凍或少凍而不發生翻漿或者減輕翻漿。硫酸鹽漬土在降低冰點方面機理與氯鹽類似，另外春融時因結晶硫酸鹽脫水可加重翻漿。

黃土地區的黃土具有濕陷、疏松及遇水膨脹、崩解等特性，垂直滲透性遠較水平方向大；各向抗剪強度有明顯差別；易遭沖刷和沖蝕；干燥狀態下粘聚強度較大，可形成較陡邊坡。根據調查，在黃土地區公路工程主要病害包括：黃土剝落易造成小型塌方及溝槽陷穴；邊坡坡面在多次干濕循環后，出現裂縫。邊溝被水流沖深、蝕寬，使路肩和邊坡坡腳破壞，邊坡土體受水浸潤發生滑塌，或在地下水、地面水綜合作用下形成泥流侵入路基，導致路基整體的滑動。

凍土地區季節性凍土路基在冰凍季節，路基填料土凍結后體積膨脹，導致路面開裂，解凍后由于汽車碾壓，使路基沉陷、路面翻漿，對道路的破壞極大。多年性凍土常有熱融沉陷、熱融滑坍、冰脹丘破壞，熱融沉陷常是由于自然和人為破壞了多年凍土的熱平衡，使地表下沉而形成凹地或積水凹地，熱融滑塌主要是破壞了有厚層地下冰的斜坡的熱平衡狀態，在重力作用下發生滑坍，冰丘是地下水的凍結膨脹隆起土丘，這些破壞主要導致路基下沉，甚至突陷，路堤基地或路基邊坡失去穩定，冰丘膨脹力導致路基變形。

三、特殊地區公路設計及養護方法

鹽漬土地區的路線設計應當遵循以下原則：對于過、強鹽漬土，低洼地帶、大片鹽漬土地區應當予以避開，否則須以最短距離通過；對于一般鹽漬土地區，小面積零星或島狀分布的，可以選擇有利地形，高地勢地帶通過，此外應保證通過距離最短，離滲水性土產地最近處通過。一般采用路堤而不用路塹。對于路基設置，應保持0.5%～1%的縱坡加強縱向排水，排水困難地區應加深加寬邊溝。必要時可設置橫向排水溝，間距不大于500m，溝底最好有向外傾斜2～3%的橫坡。養護方面對于翻漿路面應當及時鏟除，加固路肩可以用瀝青材料封閉或用15cm厚鹽殼加固以防路肩水分下滲。對于用鹽晶修筑的路基，當其表面覆蓋層破壞時，可用砂土混合料覆蓋。路肩出現車轍、泥流等，可以鏟除浮泥，用碎鹽塊整平夯實再覆蓋砂土混合料。

黃土地區的路基設計應以預防為主，養護工作應該充分重視，不應等到病害惡化后才采取有效措施。黃土地區設計時應當選擇合適路線及設定合適的邊坡及坡率，加強排水及加固設計。對于溝間路線，應堅持直、長、縱坡平緩原則，繞開溝頭，高差小時填土通過或架設土橋。溝谷路線應注意沿溝兩岸的穩定問題，可采取沿溝走的策略，對于溝間和溝谷連接應嚴格控制上塬和下塬，可利用高架橋高填土跨溝。黃土地區養護應注意排除路基附近的路面水和地下水，加強排水溝、渠的防護，針對路肩的坑凹可以用砂土混合料加固表層以防地表水侵蝕。路基出現凹陷應當查清水的來源、水量及發展趨勢，采用排水和導水措施，必要時可以回填夯實、灌砂或泥漿。對于黃土滑坡破壞可以清除滑體，植樹穩固，可以設置抗滑擋墻或抗滑樁。

凍土地區的公路設計原則對于冰脹丘采取繞避原則，不能繞避時必須做好排水措施。對于季節性凍土排水條件好的路段，只要設置好路基排水邊溝，保證排水順暢，可采用透水性良好的粗顆粒土，將有效解決路基的凍脹翻漿問題。排水條件差，可以采取綜合措施，通過抬高路基高度，采用抗凍性好水穩定性好的填料，必要時可采取隔離層，但需根據路基高度和不同填料選擇合適的位置和厚度。對于多年凍土，可以采取片石氣冷措施以及通風管道措施，保持凍土的凍結穩定狀態。

四、結語

特殊地區公路工程環境相比其他地區更加惡劣，工程質量更難以保證。因此在特殊地區公路工程設計與養護都應當遵循因地制宜原則，根據各自的地質及環境特點進行設計養護，設計時應以預防為主，同時養護應當得到充分重視。只有良好的設計和有效養護并行，才能充分保證特殊地區公路工程質量，以免發生公路質量問題。

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