淺談季凍區(qū)路基處理及整治措施

桂飛 王聯(lián)幫

【摘要】近年來，隨著我國建設(shè)規(guī)模和建設(shè)范圍的不斷擴大，凍土給工程帶來的凍害時有發(fā)生，有些凍害是非常嚴(yán)重。本文分析了季節(jié)性凍土地基病害及其產(chǎn)生的原因，針對性的提出了整治措施。

【關(guān)鍵詞】季節(jié)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(chǔ)，其強度和穩(wěn)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(wěn)定性是控制整個道路施工質(zhì)量的關(guān)鍵。這就決定了當(dāng)?shù)缆反┻^季節(jié)性凍土地段時，必須對路基進(jìn)行必要的處理，以防止季節(jié)性凍土對路基造成危害。

一、季凍區(qū)路基病害

1. 凍脹引起的破壞

當(dāng)冬季赴溫傳入地下，路基中水分（包括通過路基土中毛細(xì)管上升到路基內(nèi)部的地下水及孔隙中原有的部分水分）凍結(jié)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(chǎn)生不同程度的擴張現(xiàn)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(jié)性凍土地區(qū)水文地質(zhì)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(tài)（翻漿），并且土體在融化固結(jié)過程中會產(chǎn)生局部地面的向下運動，使路基承載能力嚴(yán)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(zhì)及水源條件密切相關(guān)的，主要發(fā)生在氣候嚴(yán)寒、具有季節(jié)凍結(jié)深度的地區(qū)，其土質(zhì)以細(xì)顆粒的粘性土為主，往往富含水分。分析季節(jié)性凍土區(qū)路基病害產(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)成扁冰體。初冬氣候溫和，降溫緩慢，使凍結(jié)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(fā)，形成流塑狀泥漿。

2. 水源

秋末多雨，凍結(jié)前土基原始含水量大。土層凍結(jié)具“開系統(tǒng)”條件，地下水位在凍層附近。地表排水系統(tǒng)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(nèi)部毛細(xì)水密布，不能及時排出。冬季側(cè)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(zhì)

具有較強的毛細(xì)作用和滲透性較差的細(xì)粒土，薄膜水聚流性能強烈。如粉質(zhì)土和粘性土，在適當(dāng)條件下，均會產(chǎn)生強烈的聚流現(xiàn)象。

三、處理措施

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

1. 設(shè)置排水系統(tǒng)

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(shè)施來引導(dǎo)到路基之外。排水設(shè)施能夠排除路基兩側(cè)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(xué)性質(zhì)的變化。施工前需要大量的調(diào)查計算，需要再合適的位置設(shè)合適斷面并且斷面尺寸滿足水流量要求。地面水溝的設(shè)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(jié)構(gòu)組成：盲溝用砂礫料或碎石筑成，寬度一般為40～80cm，深度應(yīng)結(jié)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(yīng)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(cè)應(yīng)設(shè)置反濾層。反濾層的顆粒由外向內(nèi)應(yīng)逐漸增大，現(xiàn)在的盲溝多數(shù)外層包裹一層土工布，中下部設(shè)滲水盲管。

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

2. 換填路基土

換填路基土是處理季節(jié)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(xì)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(nèi)外對路基工程換填深度多按照經(jīng)驗進(jìn)行。路塹換填深度多數(shù)是路面基層以下1.2m，不良填方段換填深度，一般根據(jù)軟土厚度不同而不同。換填率的確定應(yīng)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(nèi)，通常換填率會隨著凍結(jié)深度的增加而減小。

4）工藝：首先挖除換填范圍內(nèi)的原狀土，然后采用透水性材料進(jìn)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(xiàn)凍脹和翻漿現(xiàn)象。

3. 其他排水方法

1）鋪設(shè)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(chǔ)、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(wěn)定，同時土工織物能使地下水與路基隔離，并阻斷部分毛細(xì)水。隨著土工織物品質(zhì)的提高，越來越多的被路基工程施工所采納。

2）設(shè)置疏干排水孔群

疏干排水孔群是設(shè)置在路基中疏排路基土體內(nèi)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(nèi)安放直徑為100 mm的軟式排水管，使垂直孔內(nèi)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(jù)現(xiàn)場情況可進(jìn)行調(diào)節(jié)，終孔原則為孔端必須設(shè)置在道心以下，為防止軟式排水管變形，透水管內(nèi)充填細(xì)砂，并在孔口設(shè)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(shè)不受路基形態(tài)等的影響，可以根據(jù)路基土體含水量的大小靈活調(diào)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(jié)語

針對季節(jié)性凍土問題，各國科學(xué)家提出過很多的處理措施，但凍土作為科學(xué)難題，單一的措施很難取得好的效果，所以必須根據(jù)各地的自然氣候條件、土壤地質(zhì)條件采取相應(yīng)的措施，進(jìn)行合理的設(shè)計、施工與管理，才能保持路基的穩(wěn)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(dá)到預(yù)防或治理凍害的目的。隨著科學(xué)的進(jìn)步，社會的發(fā)展，我們希望有更多、更好、更經(jīng)濟的方案解決季凍區(qū)地基土穩(wěn)定問題。

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