周春光
四季分明地區(qū)道路出現(xiàn)了不同程度的凍融病害,下面我就個人經(jīng)驗談?wù)剝鋈诘臋C理和預(yù)防措施。
一、凍融機理
四季分明地區(qū)土中的水隨著溫度的變化伴發(fā)生凍結(jié)和融化。隨著大氣溫度的下降,土體溫度降到土中孔隙水結(jié)晶點時,土體便發(fā)生凍結(jié),出現(xiàn)冰晶體,導(dǎo)致土體體積膨脹,引起變形,這就是凍脹現(xiàn)象。隨著氣溫的上升,凍結(jié)后的土體從上層開始融化,但凍土層的下層尚未開化,水無法下滲,使土體含水量增大,強度降低。一旦融化的水未能完全排出,就會使上部結(jié)構(gòu)發(fā)生沉陷、變形及翻漿等現(xiàn)象。路基產(chǎn)生不均勻凍脹,就會引起路基變形開裂,反射到路面,導(dǎo)致路面裂縫、破碎、拱起(鼓包)、沉陷等病害,影響行車安全,甚至無法通行。
無論是凍脹還是融化,都將造成路面平整度的降低甚至破壞,嚴重地威脅著道路的安全與穩(wěn)定,給道路正常運行造成了安全隱患,也額外增大了公路養(yǎng)護費用,給公路工程建設(shè)帶來巨大危害,給國民經(jīng)濟造成了重大的損失。
二、 處理措施
⑴做好路基排水
良好的路基排水可防止地面水或地下水侵入路基,使土基保持干燥,減少凍結(jié)過程中水分聚流的來源。路基范圍內(nèi)的地面水、地下水都應(yīng)通過順暢的途徑迅速引離路基,以防水分停滯浸濕路基。為此應(yīng)重視排水溝渠的設(shè)計,注意溝渠排水縱坡和出水口的設(shè)計,在一個路段內(nèi)重視排水系統(tǒng)的設(shè)計,使排水溝渠與橋涵組成一個完整而通暢的排水系統(tǒng)。
⑵提高路基填土高度
提高路基填土高度是一種簡便易行、效果顯著且比較經(jīng)濟的常用措施。提高路基填土高度,增大了路基邊緣至地下水或地面水位間的距離,從而減小了凍結(jié)過程中水向路基上部遷移的數(shù)量,使凍脹減弱、翻漿的程度和可能性變小。路線通過農(nóng)田地區(qū),為了少占農(nóng)田,應(yīng)與路面設(shè)計綜合考慮,以確定合理的填土高度。在潮濕的重凍區(qū)內(nèi)的粉性土地段,不能單靠提高路基填土高度來保證路基路面的穩(wěn)定性,要和其他措施,如砂墊層、二灰砂基層等配合使用。
⑶設(shè)置隔離層
隔離層設(shè)在路基中一定深度處,其目的在于防止水分進入路基上部,從而保持土基干燥,起防治凍脹與翻漿的作用。
①透水性隔離層
透水性隔離層用碎石或粗砂等做成,其厚度一般為10~20cm;為防止淤塞,應(yīng)在隔離層上面和下面設(shè)置防淤層,隔離層底部應(yīng)高出地面水20cm以上,并向路基兩側(cè)做成3%的橫坡。
②不透水隔離層
不透水隔離層分封閉式和不封閉式兩種:第一、封閉式,在地面排水困難或地下水位高的路段,隔離層宜采用封閉式,封閉式隔離層可做成垂直封閉式及外斜封閉式兩種;第一、不封閉式,當(dāng)路基寬度較窄時,隔水層可橫穿全路基,稱為貫通式,在路基較寬時,隔離層須稍延出路面邊緣50~80cm,此種形式稱為不貫通式。
⑷換土
采用水穩(wěn)定性好,冰凍穩(wěn)定性好,強度高的粗顆粒土換填到路基上部,可以提高土基的強度和穩(wěn)定性。
①換土層厚度的確定
一般可根據(jù)地區(qū)情況、公路等級、行車要求以及換填材料等因素確定換土厚度。一些地區(qū)的經(jīng)驗認為,在路基上部換填60~80cm厚的粗粒土,路基可以基本穩(wěn)定。換土厚度也可以根據(jù)強度要求,按路面結(jié)構(gòu)層厚度的計算方法確定。
②換土措施的適用條件
a因路基標(biāo)高限制,不允許提高路基,且附近有粗粒土可用時;
b原有路基土質(zhì)不良,需鋪設(shè)高級路面時。
⑸注意路槽排水
在凍脹與翻漿嚴重地段,應(yīng)注意做好路槽排水,
通常采用砂墊層和橫向盲溝等措施。
①鋪設(shè)砂墊層
第一,砂墊層的作用有:a融期可起蓄水、排水;b隔斷毛細水上升;c融期可防止路基泥漿上擠污染路面結(jié)構(gòu)層;d冬季對路基凍脹可起緩沖作用,從而減輕路面凍脹。
第二,砂墊層的適用范圍。砂墊層適用于盛產(chǎn)砂石地區(qū),砂墊層的材料可選用砂礫、粗砂或中砂,要求砂中不含雜質(zhì)、泥土。砂墊層路段兩端,要用不透水的粘性土封閉,以防止翻漿的蔓延。砂墊層要灑適量水后,用履帶式拖拉機碾壓,效果較好。透水性很差的粘性土路基,一般不宜使用蓄水的砂墊層。
②加設(shè)橫向盲溝
道路縱坡大于3%的坡腰翻漿路段,當(dāng)中級路面基層采用透水性材料時,為了及時排出透水層內(nèi)的縱向水流和春融期土基化凍時的多余水分,可在路槽下設(shè)置橫向盲溝。橫向盲溝可設(shè)置成人字形,填以砂礫等透水性良好的材料。
⑹加強路面結(jié)構(gòu)
在凍脹和翻漿地段,常使用整體性好水泥穩(wěn)定碎石等半剛性結(jié)構(gòu)層,以加強路面結(jié)構(gòu)。
水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層防治凍脹與翻漿作用,強度和水穩(wěn)定性較高。水泥穩(wěn)定碎石可用于各級公路路面上的基層和底基層,更多的是用做上基層,水泥劑量應(yīng)從保證最低強度和減少收縮裂縫考慮,最低不小于2%~3%,最高不大于6%~7%。水泥屬快凝材料,從拌和、攤鋪至壓實的各工序必須在終凝前完成,因此,宜選用終凝時間長、強度等級較低的普通水泥、道路水泥及礦渣水泥。
⑺加設(shè)防凍層
在中、重季節(jié)凍結(jié)區(qū)和多年凍土區(qū)的高級、次高級路面,在有可能凍脹的路段,為防止不均勻凍結(jié),路面總厚度不應(yīng)小于路面防凍最小總厚度。
⑻鋪設(shè)隔溫層
在重凍區(qū),有條件時也可采用鋪設(shè)高效隔溫層的方法,減小土基凍結(jié)深度或使土基不凍結(jié),以防治凍脹,從而也防治翻漿。隔溫層采用導(dǎo)溫性能差的材料,鋪在土基內(nèi)、土基頂面或路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)。在林區(qū)的臨時道路上,隔溫層多采用壓實的泥炭、樹皮、木屑等當(dāng)?shù)夭牧?,鋪在土基?nèi)或土基頂面。在高等級的公路上,采用泡沫塑料、苯乙烯海綿塑料混凝土、含有多孔填充料的輕混凝土等高效隔溫材料。在土基頂面鋪設(shè)硬化泡沫隔溫層時,為防其受潮,應(yīng)先攤鋪聚乙烯薄膜,然后安放硬化泡沫塑料板或澆注泡沫樹脂,最后再用薄膜覆蓋并加鋪砂層,方可在其上鋪筑路面結(jié)構(gòu)層。
總之,四季分明的地區(qū)道路凍融一直在困擾著公路建設(shè)者和公路的養(yǎng)護單位,對其的控制應(yīng)在設(shè)計、施工和后期養(yǎng)護中進行全方位監(jiān)測,只要采取適當(dāng)?shù)拇胧┚涂梢詼p少因凍融引起的病害。