高速公路冻土路基设计理论及病害防治对策研究.docx

? ? 高速公路冻土路基设计理论及病害防治对策研究 ? ? 张发斌 （青海省交通规划设计研究院有限公司，青海 西宁810001） 0 引言 我国东北地区和西北地区的冻土较多，而在高速公路工程中，冻土地区的路基设计难度和施工复杂程度较高，设计人员必须充分考虑施工区域的土质特征，结合冻土的类型和当地的气候条件，提高设计质量，减少施工阻碍。目前，在高速公路工程建设方面，关于冻土路基的研究比较少，现立足前人的研究基础，根据冻土路基的设计原则，并结合不同的冻土类型对路基设计及病害防治对策进行研究。 1 冻土的土质特点 当土层温度下降到0C 以下时，含有水分的土壤就会冻结，形成冻土，另外，冻土的形成还与植被等因素相关。根据土壤冻结的时间长短，可以将冻土划分为短时冻土、季节性冻土、多年冻土等类型。冻土多分布在我国北方地区，这类土壤在施工中难以被改造。冻土呈冻结状态，具有结构复杂、成分多样的特点，其中不但包含冻结的黏土层，还包含冻结的砾石层、砂层等，不同的成分在临界冻结深度上存在较大的差异。表1 为土壤成分的临界冻结深度值。 表1 临界冻结深度值 冻土的性状、结构会随着季节的变化而变化，冻土多在冬季形成，夏季则会融化，而这会给高速公路工程的路基施工带来较大的难度，冻土会一定程度上影响路基的稳定性，容易造成路基沉降等病害。 2 冻土地区路基设计理论 按照冻土的含冰量和融沉等级，可以将冻土划分为少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土、含土冰层（见表2）。在冻土地区施工，需要工程设计人员、建设单位管理人员对项目区域的地质情况进行全面的勘查，以勘查结果为依据，准确评估施工区域冻土融化后的变形值，结合相应参数及结合冻土的特点，对施工区域的冻土融化进行控制，通过相应的处理措施预防冻土可能引发的公路病害。 表2 冻土的融沉等级分类 2.1 含土冰层路基 首先，含土冰层的融沉等级是最高的，如果高速公路的路基工程在含土冰层中修建，路基会受到严重影响，容易产生严重的路基变形，引发难以补救的道路病害。因此，在高速公路设计中，设计人员需要加强对施工区域的地质勘测，明确划分出含土冰层的地段，在设计中尽可能避开这些地段，若是无法避开含土冰层，就要在路基施工中采取全部清除、换填等方法，增强路基的稳定性，降低冻土对路基的影响。 2.2 富冰和饱冰冻土路基 在高速公路工程中，富冰和饱冰冻土路基容易出现较为严重的沉降，所以在公路工程设计阶段，必须科学、准确地计算富冰、饱冰路基的融化沉降量、压缩沉降量。在实际施工中，富冰和饱冰冻土路基容易存在地质不均匀问题，所以沉降和变形也存在不确定性。因此，在计算融化沉降量和压缩沉降量时，设计人员要深入研究勘查数据，并结合具体试验，优化设计，科学应对冻土路基，妥善解决路基变形问题。 2.3 少冰和多冰冻土路基 在五类冻土中，少冰和多冰冻土中的含冰量相对较少，对高速公路路基工程的危害较小，设计人员可以按照普通高速公路路基的标准进行设计。针对一些压缩沉降较大的施工区域，可以在施工时清除表层土壤，然后在这部分区域中填充质量达标的碎石、砂砾等材料。填充完相应材料之后，还要用压路机进行分层碾压，其间需把握好压路机的速度和碾压次数，从根源上降低冻土压缩沉降对路基的影响。 3 高速公路冻土路基的病害分析 在高速公路路基工程中，冻土会给路基造成较多威胁，如导致路基冻胀、翻浆、冰丘等病害。其中，翻浆多会伴随冻胀产生，即一般情况下，冻胀较大的路段更容易产生翻浆现象，冻胀较小的路段不易产生翻浆。 3.1 冻胀 在冬季，土壤温度达到0C 或以下，土壤里的水分就会凝结成冰，将土壤冻结。冻结的顺序是自上而下的，在这个过程中，路基下部的水分会向上聚集，从而使聚冰层变厚，路基上部会形成冰夹层。土壤的冻结会伴随着体积增大，土壤中的颗粒也会发生移动，这会导致路基土体出现不均匀冻胀，路面也会呈现出不均匀的隆起，从而造成路面开裂，直接影响高速公路的运营，对行车安全造成威胁。 3.2 翻浆 受到冬季低温的影响，冻土土体的含水量会大大提升，当春季到来，气温逐渐提升，冻土会逐渐融化。在这个过程中，路基上层会先解冻，如果融化后的水分不能被及时排出，路基就会出现潮湿、软化等问题，路基强度也会因此下降。如果这时路基受到特种车辆、大型作业车辆的碾压，就会产生路面下沉，路面裂缝会向外挤出泥浆，这就是翻浆现象。翻浆是冻土区域常见的道路病害，路基出现翻浆，会大大降低公路的承载能力，甚至使公路丧失承载能力。 3.3 融沉 融沉是公路受冻土影响的常见现象，冻土在融化时会导致路基融沉。其中，有些融沉与外部荷载无关，属于融化沉降，有些融沉和外部荷载有直接关系，属于压密沉降。由于冻土的土体存在差异性，所以不同区域的冻土在融沉方面也会呈现出不同的特点，进而产生融沉区域不连续、融沉厚度不均匀等现象。另外，有些