季節(jié)凍土區(qū)高速公路路基含水狀況與凍害情況分析

柴國輝

（貴州高速公路集團有限公司）

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，地下水不但會導(dǎo)致路基被軟化，同時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)計以及已有道路養(yǎng)護提供相應(yīng)的經(jīng)驗以及依據(jù)，在2016年春季針對某省已經(jīng)建成的告訴過公路中10個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，降雪量遠高于往年，大多數(shù)路面遭到嚴重破壞。對此，針對該地區(qū)高速公路凍害問題進行調(diào)查和研究，調(diào)查內(nèi)容主要有：對破壞現(xiàn)象、破壞強度等進行測量、描述和拍照，通過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。通過取樣在室內(nèi)試驗的方式，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。

對于該高速路，不但進行上述兩個季節(jié)的調(diào)查，同時在2015～2017年之間，工作人員還對接近竣工條件的某高速公路開展了兩次的現(xiàn)場觀測綜合研究，并且均進行了凍前和凍后鉆探取樣。借助上述調(diào)查方式，針對道路變形破壞情況以及原因等進行分析，尤其是對地下水分聚積在其中所帶來的影響進行深入分析，充分掌握了第一手資料，從而對于季節(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識。

2 路面破壞變形

2.1 縱向裂縫

經(jīng)過調(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。這些裂縫嚴重影響車輛行駛，還會導(dǎo)致路面進一步受到破壞。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，而對于這種土體而言，在飽和情況下的凍脹率能夠達到3%。工作人員對現(xiàn)場進行試驗，發(fā)現(xiàn)該路段路基含水量在18～30%之間，而壓實度則在0.8左右，路基凍害的深度需按照1.4m進行計算，計算可得路基的凍脹量相對較大，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)中的基床凍害特點以及產(chǎn)生的原因進行分析，認為在對其進行防治過程中，需遵循以下原則，分別為將不均勻凍土消除，對其進行綜合整治。

3.1 置換法

針對季節(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，例如砂石材料等進行置換。使用非凍脹材料對部分凍脹性土進行置換，要計算出凍土置換到何種程度。通常情況下，對這種方式進行應(yīng)用，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、氣溫和地下水情況進行詳細調(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，還需針對日照條件、路面結(jié)構(gòu)、路面上存在的積雪等進行分析。對凍結(jié)深度進行計算，可以結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁刭Y料，通過計算進行確定，但是針對高速公路等方面的重要路面結(jié)構(gòu)來說，當(dāng)凍結(jié)達到最為嚴重的時候，進行測試，進而明確凍結(jié)深度。在一些積雪寒冷的地區(qū)，對路面置換深度進行確定。

在置換法當(dāng)中，確定置換深度應(yīng)當(dāng)通過防止凍土引起的路面破壞以及春融時期和底層承載能力的降低來確定，避免凍土膨脹引發(fā)路面破壞時，最好選擇不容易引起凍脹材料換填理論最大凍結(jié)深度。因為冰害會因為積雪、除雪程度、日照等條件的影響，因此在置換時需要結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況進行分析。此外，對置換深度、置換材料等進行更改，均能夠?qū)Φ缆穬鼋Y(jié)情況帶來改變。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

對于隔離層而言，能夠隔離外界補給水源性路基內(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)相對較小的材料層，主要目的是為了對負溫度進行控制，避免其向路基內(nèi)滲入，對凍結(jié)深度進行適當(dāng)?shù)臏p少或者調(diào)整。站在控制溫度角度進行分析，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度以及穩(wěn)定性方面的需求。為了進一步避免道路凍脹破壞，在對隔溫材料進行具體應(yīng)用過程中，可以使用熱傳導(dǎo)率相對較小的材料，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，同時要具有較高的經(jīng)濟性。如聚苯乙烯薄板材料，但是在使用過程中需要注意的是要在隔溫層的墊層施工工藝。在對墊層進行具體運輸過程中，借助機械進行壓實施工，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行處理，這樣能夠在一定程度提高強度以及承載力，還可以促使抗凍以及抗水能力被提高。但是需要注意的是，若水泥劑量過多，則會導(dǎo)致其出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。粉碎、拌和以及壓實等工序也十分重要，在實施過程中，需要遵循規(guī)定。在對溝渠進行襯砌過程中，對于路基中含水量較大的塑性土，可以使用水泥對其進行穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

經(jīng)過野外調(diào)查大量資料發(fā)現(xiàn)，地下水不但會對高速公路路基進行軟化和侵蝕，還有可能會導(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)人員在進行高速公路建設(shè)過程中，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。