寒冷地區路基路面結構設計淺析

蔣明躍

摘 要：隨著城鎮化建設的快速推進以及國家振興東北戰略的實施，松原城市建設也在加快推進，但松原地處我國東北，屬寒冷地區，對路基路面結構設計提出更高要求，避免瀝青路面結構開裂、防止路面結構及路基出現凍脹成了制約建設優質城市的一大問題?；诖?，本文介紹了松原市基本情況，并總結了環保大街路面結構、路基處理方案。

關鍵詞：寒冷地區；路基凍脹；低溫開裂；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.092

1 項目概況

環保大街位于吉林省松原市，主城區西側，第二松花江以南。工程南起郭爾羅斯大路，北至沿江路，沿途經過湛江路、松原大路、鏡湖北路、鏡湖南路，道路全長約2.3公里，規劃紅線寬度60米。在城市總體規劃路網布局中，環保大街近期為城市主干路，遠期會提升為城市快速路。

2 氣候及地質條件

2.1 氣候條件

松原市的氣候屬歐亞大陸東部中溫帶半濕潤～半干旱季風性氣候，季節變化明顯，四季分明。春季少雨，大風較多；夏季炎熱，降水集中；秋季涼爽，溫差較大；冬季漫長，寒冷干燥。 年平均氣溫4.5℃，最低氣溫零下36.1℃，最高氣溫為36.9℃。 松原市多年平均降水量400～500mm之間，降水量不穩定，季節性變化大，年內降水量分配不均，汛期（6～9月份）降水量一般占全年降水量的75%。 松原市冬季盛行西北風，夏季盛行東南風，春季盛行西南風，風速季節變化明顯，春季平均風速4.1m/s，最大風速35m/s。

2.2 水文地質條件

本工程勘察深度范圍內，場區地下水屬于潛水類型，主要貯存于粉質粘土層及以下砂層中。穩定水位1.70-2.20m。場區內地下水主要靠大氣降水及松花江水系側向徑流補給。地下水補給條件較好，屬于強透水性。地下水位隨季節變化幅度較大，6-9月份為豐水期，水位年變化幅度在1.50—2.50米左右。場地的標準凍深為1.80m。凍結期間地下水位距凍結面的最小距離小于2.00m，第①層雜填土以粉土為主，建議按凍脹土考慮，凍脹等級Ⅲ級。第②層粉質粘土層ω=29.4，ωP =21.5，ωP+5≤ω≤ωP+9，屬強凍脹土，凍脹等級Ⅳ級。

因此，本工程范圍內路基需考慮適宜的防凍脹措施。

3 路面結構設計

3.1 環保大街橫斷面的確定

鑒于環保大街紅線寬度及道路等級，既保證滿足道路交通性主干道的需求，又考慮周邊居民出行需求，確定環保大街設計斷面為四塊板道路，車行道為主輔路分隔，主線為雙向6車道，輔道為雙向4車道，路側帶內為人非共板，紅線寬度60m，橫斷面布置為：2.5m（人行道）+2m（非機動車道）+2m（綠化帶）+7.5m（輔道）+2m（側分帶）+12m（機動車道）+4m（中央分隔帶）+12m（機動車道）+2m（側分帶）+7.5m（輔道）+2m（綠化帶）+2m（非機動車道）+2.5m（人行道）。

3.2 路面結構設計

松原市位于吉林省西部，年平均氣溫較低，且溫差大，為避免車行道瀝青路面的低溫開裂，采取多種措施避免因溫度驟降引起的溫縮裂縫、溫度疲勞裂縫及溫縮性反射裂縫。

（1）采用改性瀝青并添加增強纖維。在普通瀝青中摻加聚合物改性劑及纖維穩定劑，能大大提高瀝青面層的低溫抗裂性能、高溫穩定性能、抗車轍性能、水穩定性等，提高路面使用壽命。（2）設置應力吸收層。在面層與基層間設置橡膠瀝青應力吸收層，吸收反射應力，可有效減少半剛性基層的反射裂縫，抗疲勞破壞，防止低溫變形。（3）加強層間粘結。瀝青面層間采用新型粘層--高粘結力環氧乳化瀝青粘層，利用水性環氧樹脂對瀝青的改性作用，乳化基質瀝青，比普通粘層層間粘結更牢固。

根據《城鎮道路路面設計規范》CJJ169-2012附錄A，判斷本工程瀝青路面使用性能氣候分區為Ⅱ2區。

基于以上幾點進行主線及輔道車行道路面結構設計。

主線車行道：4cm 細粒式瀝青混凝土（AC-13C，5%SBS改性，0.3%的路用增強纖維）+粘層油（PC-3）+6cm中粒式瀝青混凝土（AC-20C，5%SBS改性，0.3%的路用增強纖維）+粘層油（PC-3）+8cm粗粒式瀝青混凝土（AC-25C）+1cm橡膠瀝青應力吸收層+透層油（PC-2）+18cm水泥穩定碎石（5%）+18cm水泥穩定碎石（5%）+20cm石灰土（12%），總厚75cm。

輔道：4cm 細粒式瀝青混凝土（AC-13C，5%SBS改性，0.3%的路用增強纖維）+粘層油（PC-3）+5cm中粒式瀝青混凝土（AC-16C）+1cm橡膠瀝青應力吸收層+透層油（PC-2）+15cm水泥穩定碎石（5%）+15cm水泥穩定碎石（5%）+20cm石灰土（12%），總厚60cm。

按《城鎮道路路面設計規范》表3.2.6-2查得瀝青路面最小防凍厚度為45～55cm，車行道結構設計最小厚度為環保大街輔道結構60cm，滿足要求。

4 路基處理措施

道路凍脹，主要是寒冷地區冬季在路基土中沿著溫度的降低方向生成了冰晶體形狀的霜柱，使路面產生隆起的一種現象。在春融期，由于路基土中冰晶體的融解，又成為土基或墊層承載力降低的原因，在荷載的作用下產生的翻漿現象，將會使道路出現嚴重病害。

為了防止上述的凍脹現象所引起的道路破壞，了解凍脹發生的機理，對土質、氣溫、土中水等進行詳盡調查，特別是對防止道路產生凍脹作用采用的措施研究中，應注意易引起地基凍脹的土是否發生了凍結，因而確定土的凍結深度是非常必要的。依據道路地質水文勘探，場地的標準凍深為1.80m。

凍脹現象的產生需同時具備土質、溫度、地下水三個因素，消除其中一個，就能防治凍脹，同時要求強凍脹土路基距離地下水或地表常年積水的高度不應小于凍土路基的臨界高度（凍土路基臨界高度=道路最大凍深+凍結水上升高度），否則應采用降排水、換填、設置保溫層或隔斷層等措施。

目前最常用的有兩種方法：置換法和藥劑法。

方案一（置換法）：根據國內外文獻，置換深度達到最大凍深的70%即可防治凍脹，本工程置換深度為1.8m*0.7=1.26m，車行道結構層厚度在60～75cm，置換深度為65～50厘米，規范中列出的抗凍性良好的材料有干燥的天然砂礫或碎石。

方案二（藥劑法）：復合固結土加固路床。采用松原市交通局研制的土壤固化劑，同時加入少量石灰，形成石灰固化劑土（石灰固化劑土 石灰：土+固化劑=（8：92+0.02%），能增加土體密實性，減小土壤含水量，起到增加路基強度、提高水穩定性和抗凍性的作用。方案采用三步20cm復合固結土改良路基。

采用天然砂礫或碎石置換，工程投資較采用藥劑法加固路床較高，本著節省工程投資的目的，本工程采用方案二。

5 結語

道路凍脹對我國北方的公路已經造成了一定的影響。因此，我們應該對道路凍脹進行深入的研究，提高其抗凍脹性能，延長公路的使用壽命和年限。隨著我國城市化進程的加快，提升寒冷地區城市道路建設水平及質量，本文通過對松原地區環保大街建設實例，總結了寒冷地區路基路面結構設計經驗，希望對以后工程建設能有借鑒意義。

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