祁連山地區多年凍土砂礫路面裂縫治理措施研究

劉燁

（甘肅省嘉峪關公路事業發展中心，甘肅嘉峪關 735100）

0 引言

多年凍土砂礫路面裂縫的產生和擴展與多年土質和氣候條件密切相關。祁連山地區是我國西北地區重要的生態保護區和旅游景區，其地形復雜、氣候寒冷，是典型的多年凍土地區。在這樣的自然環境下，砂礫路面容易產生裂縫，若不及時修復會影響道路的使用壽命和安全性。因此，對祁連山地區多年凍土砂礫路面裂縫的治理措施進行研究有重要意義。

1 路面裂縫的危害

1.1 影響行駛舒適性和安全性

路面裂縫會使路面不平整，從而對車輛行駛產生影響。當車輛行駛經過路面裂縫處時，車輪將不斷地受到顛簸，這會導致駕駛員和乘客的身體產生不適和疲勞感，從而降低行駛的舒適性。當車輛行駛在不平整的路面上，車輪與路面的接觸面積減小，會降低車輪對路面的附著力，使車輛在轉彎或制動時容易失控，增加事故風險。此外，路面裂縫還會損壞車輛的懸掛系統和輪胎，導致車輛的維修成本增加[1]。

1.2 加速路面損壞

路面損壞是由多種因素引起的，其中加速路面損壞的主要原因之一是裂縫發展后的水分滲透和凍融作用。路面出現裂縫時，空氣和水分會滲入裂縫中，在凍融作用下，水分會膨脹并引起路面材料破裂和剝落，而溫度回升時，水分會再次收縮并留下空洞，這會導致路面形成坑槽損壞。在交通量大、荷載重的路段，這種損壞發展得更快。

1.3 影響道路結構穩定性

路面裂縫不僅會影響行駛舒適性、安全性，加速路面損害發展，還會對道路的結構穩定性產生負面影響。路面裂縫發生并持續擴展，會使路面逐漸失去原有的密封性，導致路基含水量增加。當氣溫升高或春融期到來時，路基中的冰雪會融化并向路面滲透，導致路面下方的土壤變得松軟且含水量增加，從而使路面產生翻漿現象，失去支撐力，導致路面層出現凸起或塌陷[2]。這種現象會使道路的結構穩定性受到嚴重威脅，如果不及時修復，會導致路面結構變得更加松散和不平整，甚至會導致道路塌陷，從而影響交通安全和通行效率。

以祁連山某高速公路為例，通過對該公路路面病害調查及資料調研發現，其主要路面裂縫類型為塊狀裂縫、獨立縱向裂縫和橫向裂縫三類，且裂縫嚴重路段均位于極不穩定凍土區域（見表1），各類型裂縫均由凍融作用、橫向車輛荷載、路面排水不暢引起。

表1 高速公路沿線路面裂縫嚴重路段的凍土發育特征

2 多年凍土砂礫路面裂縫類型及成因

2.1 路面裂縫類型

2.1.1 塊狀裂縫

塊狀裂縫是一種特殊的路面裂縫形式，其主要特點是呈多邊形狀，分布在路面的一個區域，形成多塊相鄰的碎片。這種裂縫通常是由多個發展方向不一致的裂縫組合而成，形成不規則的多邊形形狀。在路面老化或荷載重的情況下，路面材料會逐漸疲勞和損壞，從而出現塊狀裂縫。路面結構設計不當，路面結構中不同材料之間的接口處出現裂縫，會導致路面材料發生位移和變形，從而形成塊狀裂縫[3]。

2.1.2 獨立縱向裂縫

獨立縱向裂縫是一種常見的路面裂縫形式，其主要特點是沿車道中心線或車道兩側分布，方向與車道的縱向方向一致（見圖1），長度從數米到數十米不等，裂縫寬度較小，通常為數毫米到數厘米之間[4]。這種裂縫通常與基層或路基的縱向變形、車輛荷載作用以及路面材料收縮等因素有關。

圖1 路面獨立縱向裂縫

2.1.3 橫向裂縫

橫向裂縫也是一種較為常見的路面裂縫形式，其主要特征是方向與車道的橫向方向一致，通常呈線狀，長度從數米到數十米不等（見圖2）。這種裂縫通常與基層或路基的橫向變形、溫度作用以及路面材料收縮等因素有關。

圖2 路面橫向裂縫

2.2 裂縫成因分析

第一，凍融作用。在冬季，路面所處的多年凍土表層會受到低溫影響而凍結，導致土體體積變化，形成應力。而在夏季，路面上的多年凍土表層會融化，這種體積變化會導致路面材料產生裂縫。此外，凍融過程中，凍土表層下方的水分也會受到影響，導致路面下部產生變形，加劇路面裂縫的產生和發展。

第二，車輛荷載。在路面使用過程中，車輛的行駛會對路面產生荷載，而多年凍土砂礫路面的承載能力有限，承受過多的荷載會導致路面材料發生損壞和裂縫，特別是在運輸大型物資的過程中，車輛荷載會更大，進而加劇路面裂縫的產生和發展。

第三，排水不暢。在雨季或融雪期，由于降雨或融雪，排水不暢會導致路面上的積水長時間滯留，路面兩側的積水滲入路基，使路基土壤濕度增加，路基強度和穩定性降低，無法承受路面上車輛的荷載，從而引起路面變形和裂縫，以及塌陷、沉降等問題，甚至造成路基整體垮塌。在雨季或融雪期路面存在積水后，車輛行駛中會產生水花，使路面表層更加濕滑，車輛行駛的摩擦阻力減小，從而增加車輛失控和打滑的風險，給行車安全帶來威脅[5]。

第四，施工質量問題。通過分析風險工程資料，發現該高速公路施工過程中存在材料摻和不均的問題，導致路面強度和穩定性降低，進而導致公路路面產生裂縫。在路面材料壓實過程中，沒有充分壓實，導致路面材料的密度不足，從而影響路面的承載能力和穩定性，容易出現裂縫。

3 裂縫治理措施

3.1 改善排水系統

第一，設置排水溝。排水溝是一種用于排除道路兩側積水的設施，其作用是收集并導出道路兩側的積水，避免積水長時間滯留，進而滲入路基。設置排水溝時，需要考慮排水溝的尺寸、深度、坡度等因素，確保排水溝能夠有效排水，避免排水溝堵塞和積水倒灌的問題。

第二，加設截水帶。截水帶是一種用于防止道路兩側的積水進入路基的設施，其作用是將道路表面的積水導向排水溝或排水溝入口。加設截水帶時，需要考慮截水帶的寬度、高度、材質等因素，并確保截水帶與排水溝之間的連通性和通暢性，避免截水帶和排水溝之間的積水倒灌和堵塞。

第三，修建排水渠、設置雨水花園。排水渠是一種通過將道路表面的積水引導至特定位置的設施，其作用是排除道路表面的積水，避免積水長時間滯留。雨水花園是一種將道路表面的積水收集起來，通過植被和土壤過濾的方式凈化水質的設施，作用是減少道路表面的積水并提高水質。

修建排水渠或設置雨水花園時，要選擇地勢較低，能自然積水的地方，同時考察土壤的透水性，如有需要可采取土壤改良措施，使其更易滲水。保證渠道的坡度適中，以保證順利排水，避免雨水流速過快導致土壤侵蝕。在材質方面，需要選擇耐腐蝕、結實且維護方便的材料，如混凝土或PVC。在雨水花園的修建方面，應選用當地的原生植物，這些植物對當地氣候、土壤有良好的適應性，能更好地吸納雨水。同時，應確保植物的種植深度合理，促進水分的蓄積與滲透。

3.2 加固路基

第一，加厚路基。加厚路基可通過在原有路基上加鋪新的路基材料或在路基表層加設加筋層等方式來實現。加厚路基可有效提高路基的承載能力和穩定性，從而降低路面裂縫的產生風險。在加厚路基時，需要考慮路基加厚厚度、路基材料的選擇、加筋層的設置等因素，確保加厚路基的質量和穩定性[6]。

第二，更換路基材料。更換路基材料時，可以采用高強度、高穩定性的路基材料替代原有的路基材料，從而提高路基的承載能力和穩定性。選擇路基材料時，需要考慮材料的力學性能、穩定性和耐久性等因素，并確保新材料與原有路基材料的兼容性。另外，采用地質材料改良劑也是提高路基抗壓強度和穩定性的有效措施之一，可降低路面裂縫的產生風險。采用地質材料改良劑時，需要考慮改良劑的種類、用量、混合比例等因素，并確保改良劑與路基土壤的協同性。

3.3 采用抗裂材料

在砂礫路面施工過程中，采用抗裂材料是提高路面抗裂性能和延緩裂縫產生的有效措施之一。改性瀝青是一種常用的抗裂材料，其作用是通過改變瀝青的化學結構和物理性質，提高路面的抗拉強度和延展性，從而延緩路面裂縫的產生。使用改性瀝青時，需要考慮瀝青的類型、用量、混合比例等因素，并確保改性瀝青與砂礫路面的兼容性。

纖維素是另一種常用的抗裂材料，在瀝青混合料中添加纖維素，能提高混合料的韌性和抗拉強度，從而延緩路面裂縫的產生。使用纖維素時，需要考慮纖維素的類型、用量、混合比例等因素，并確保纖維素與砂礫路面的兼容性。不同類型的纖維素，如玻璃纖維、聚酯纖維、碳纖維等，各具特點，因此選擇纖維素類型時，不僅要考慮其強度，還需考慮其在瀝青中的分散性、吸濕性及成本。此外，纖維素的用量會直接影響瀝青混合料的性能。過多的纖維可能導致混合料過于稠密，影響其工作性；過少則可能難以有效發揮其抗裂效果。因此，需要經過多輪試驗確定最佳的添加量。

3.4 定期養護與維修

在砂礫路面的使用過程中，定期養護和維修也是保障路面性能和使用壽命的重要措施之一。定期檢查路面的裂縫和損傷情況，及時發現和記錄路面裂縫的位置、長度、寬度等信息，并根據裂縫的類型和程度，考慮檢查的時機、方法、工具等因素，確保檢查的全面性和準確性，并制訂相應的維修措施，能夠避免裂縫進一步發展。

填補裂縫時，需選用適當的填補材料，如瀝青混合料、砂石料等，考慮用量、混合比例等因素，并采取適宜的工藝，達到有效填補裂縫的目的，從而保證填補質量、延長路面的使用壽命。

此外，封縫處理也是一種有效的方式，主要是在路面表層涂覆一層封縫材料（如瀝青封縫膠等），封閉路面表層的微小裂縫和孔隙，防止水分和雜質進入路面內部，從而防止裂縫的進一步發展。進行封縫處理時，需要考慮封縫材料的選擇、用量、施工方法等因素，以確保封縫質量，減緩路面老化速度，延長路面使用壽命，提高車輛行駛的安全性和舒適性。

4 結語

文章對祁連山地區多年凍土砂礫路面的裂縫問題進行了分析，認為裂縫的主要成因與該地特殊的地質和氣候條件息息相關。為解決這一問題，提出了一系列具有針對性的治理措施。其中，改善排水系統、加固路基、使用抗裂材料及定期養護維修是關鍵所在。并且，隨著相關技術的不斷進步，治理策略也需要不斷更新和優化，未來的研究方向應聚焦新材料的研發、環境因子的深入分析以及凍土路面的長期穩定性等方面，進而為祁連山地區帶來更為持久和高效的裂縫問題解決方案，保障道路交通安全與暢通。