淺談季凍區路基處理及整治措施

桂飛 王聯幫

【摘要】近年來，隨著我國建設規模和建設范圍的不斷擴大，凍土給工程帶來的凍害時有發生，有些凍害是非常嚴重。本文分析了季節性凍土地基病害及其產生的原因，針對性的提出了整治措施。

【關鍵詞】季節性凍土路基；凍脹；翻漿；排水

路基是道路的重要組成部分，它是公路的基礎，其強度和穩定性直接影響到整條道路的使用效果。因此。提高路基的強度和穩定性是控制整個道路施工質量的關鍵。這就決定了當道路穿過季節性凍土地段時，必須對路基進行必要的處理，以防止季節性凍土對路基造成危害。

一、季凍區路基病害

1. 凍脹引起的破壞

當冬季赴溫傳入地下，路基中水分（包括通過路基土中毛細管上升到路基內部的地下水及孔隙中原有的部分水分）凍結成冰，并形成冰夾層、多晶體冰晶等形式的冰侵入體，水分冰凍后體積將增加5%～10%，引起土顆粒的相對移動，使土體體積產生不同程度的擴張現象。如果凍脹力大于基底上的荷載，路基就可能被抬起，形成凍脹丘及隆崗等一些地形外貌。

2. 融沉翻漿

在季節性凍土地區水文地質條件不良地段，冬季路基土體由于冰凍作用，使其含水量增大，春季化凍時路基中水分不能及時排除，形成潮濕軟弱狀態（翻漿），并且土體在融化固結過程中會產生局部地面的向下運動，使路基承載能力嚴重下降，危害道路的使用性能，不利于道路安全、正常、舒適運行。

二、成因分析

路基的病害是與氣溫、土質及水源條件密切相關的，主要發生在氣候嚴寒、具有季節凍結深度的地區，其土質以細顆粒的粘性土為主，往往富含水分。分析季節性凍土區路基病害產生的原因主要有以下幾個方面

1. 氣溫

秋末初冬，形成較大的溫差梯度。由于土中薄膜水具有自高溫向低溫轉移的特性，較大的地溫差，將使深部的土中水向基床上聚集，結成扁冰體。初冬氣候溫和，降溫緩慢，使凍結線在基床上層滯留時間較長，造成水分向上聚集的有利條件。春寒較長，晚春氣溫急劇回升，基床上部土融化較快，大量的融凍水分無法排出，又來不及蒸發，形成流塑狀泥漿。

2. 水源

秋末多雨，凍結前土基原始含水量大。土層凍結具“開系統”條件，地下水位在凍層附近。地表排水系統不暢，積水較多，或路基有道碴槽積水，向基床滲透聚集。路基內部毛細水密布，不能及時排出。冬季側溝積雪較多，春融期又遇降水，造成融凍層濕度惡化。地表水或地下水（或淺層水）對路基土的不均勻浸濕 ，易造成不均勻凍脹

3. 土質

具有較強的毛細作用和滲透性較差的細粒土，薄膜水聚流性能強烈。如粉質土和粘性土，在適當條件下，均會產生強烈的聚流現象。

三、處理措施

土質、水、溫度是形成路基病害的3個自然因素。其中土質是內因，水分是條件，溫度是媒介。要想解決季節性凍土的危害，根據病害及成因分析，通過消除毛細水和及時排除路基內的水分就可自然而然的解決季節性凍土的危害問題。

1. 設置排水系統

1）地表排水——排水溝、截水溝等

地表徑流水的排除自然是依靠排水溝、截水溝和邊溝等排水設施來引導到路基之外。排水設施能夠排除路基兩側積水、滲透、最大程度的減輕路基土體在凍融過程中的各種物理力學性質的變化。施工前需要大量的調查計算，需要再合適的位置設合適斷面并且斷面尺寸滿足水流量要求。地面水溝的設置可將地表積水及時排除，防止下沉補給地下水造成地下水豐富，同時可以防止水流沖刷路基。

2）基床排水——盲溝

a、作用：為了排除路基中融化期的水分、降低路基中的地下水位或截斷和排除地下含水層中流向路基的水分，使路基上層土壤保持相對干燥，防止路基翻漿。

b、結構組成：盲溝用砂礫料或碎石筑成，寬度一般為40～80cm，深度應結合路基高度和地下水位等條件來確定，盲溝的出水口底高程應高出路基邊溝水面，防止倒灌。為防止盲溝長期運用后被淤塞，其兩側應設置反濾層。反濾層的顆粒由外向內應逐漸增大，現在的盲溝多數外層包裹一層土工布，中下部設滲水盲管。

c、工藝：開挖基坑，鋪設土工布填筑和夯實盲管以下的填料、鋪設盲管、填筑和夯實盲管以上的填料、回填覆蓋（或進行其上部的施工）。

2. 換填路基土

換填路基土是處理季節性凍土路基利用最多的方法

1）含義：用砂礫、石渣、碎石等非（弱）凍脹性、強透水性材料置換路基全部或部分凍脹性土，

2）作用：一是起到隔離層的作用，因沙礫墊層空隙大，形成的毛細管少，減少了地下水的上升；而是可以減少凍脹路基土的厚度，減輕凍土的膨脹程度，削弱凍脹土的抬拱力。

3）換填深度：目前國內外對路基工程換填深度多按照經驗進行。路塹換填深度多數是路面基層以下1.2m，不良填方段換填深度，一般根據軟土厚度不同而不同。換填率的確定應使得換填后地基的凍脹變形在建筑物允許的變形范圍之內，通常換填率會隨著凍結深度的增加而減小。

4）工藝：首先挖除換填范圍內的原狀土，然后采用透水性材料進行分層填筑碾壓。

5）工程評價：換填路基土簡單易行、科技含量低，但所得到的效益不可低估。有效的避免在通車第二年就有部分挖方段出現凍脹和翻漿現象。

3. 其他排水方法

1）鋪設土工織物。土工織物作為補強材料加固地基，能起到擴大基礎、分散荷載的作用，可防止深層滑動面的形成。保持路堤基地的穩定，同時土工織物能使地下水與路基隔離，并阻斷部分毛細水。隨著土工織物品質的提高，越來越多的被路基工程施工所采納。

2）設置疏干排水孔群

疏干排水孔群是設置在路基中疏排路基土體內過濕土中自由水的一種工程措施。在路基坡面低于路肩1.45 m的位置打直徑為110 mm的仰斜疏于排水孔，降低土體含水量[12～15]。并使仰斜孔穿透垂直孔底部打至道心位置，孔內安放直徑為100 mm的軟式排水管，使垂直孔內的水沿仰斜孔排至路基以外。仰斜孔仰角5°，平均深度6.8 m。根據現場情況可進行調節，終孔原則為孔端必須設置在道心以下，為防止軟式排水管變形，透水管內充填細砂，并在孔口設置沿線路寬0.5 m、垂直線路長1.0 m的礫石保溫層。

由于疏干排水孔布設不受路基形態等的影響，可以根據路基土體含水量的大小靈活調整疏干排水孔的間距以便路基凍脹量均衡，且疏干排水孔的施工不會影響線路的正常運營，是一種治理既有線路路基凍害的理想工程措施。

四、結語

針對季節性凍土問題，各國科學家提出過很多的處理措施，但凍土作為科學難題，單一的措施很難取得好的效果，所以必須根據各地的自然氣候條件、土壤地質條件采取相應的措施，進行合理的設計、施工與管理，才能保持路基的穩定及其使用性能，盡可能的采用多種配套的措施，相互補充來達到預防或治理凍害的目的。隨著科學的進步，社會的發展，我們希望有更多、更好、更經濟的方案解決季凍區地基土穩定問題。

參考文獻

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