白云龍

[摘要]文章對寒冷地區(qū)路基水損害的影響因素進行了總結(jié)，從而采取有效的排水設(shè)計方案，從排水設(shè)施、結(jié)構(gòu)內(nèi)部、邊緣排水和排水層排水等角度做好排水設(shè)計，確保公路路基的質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]寒冷地區(qū)；路基水損壞；排水設(shè)計

寒冷地區(qū)的公路路基地面及地下水排水設(shè)施結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要以預(yù)防、引導(dǎo)和降低水分滲透為基礎(chǔ)原則，以做到公路路基有效的排水、截流等排水系統(tǒng)措施。

1寒冷地區(qū)路基水損壞對公路的性能影響

1.1路基下沉機理及對公路性能影響分析

公路由于暴露在自然環(huán)境下，會受到來自多方的病害影響，其中水損害是不容忽視的嚴(yán)重病害，它主要由不良地質(zhì)作用引發(fā)，即當(dāng)公路路基在地面水、地表水的水溫及荷載綜合作用影響下，路基就會產(chǎn)生一定程度的沉陷現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般發(fā)生于擁有軟土土質(zhì)的公路路基環(huán)境中。因為軟土不夠密實且承載能力低下，所以在水及路基自重的雙重作用下，公路地基本身會出現(xiàn)向兩側(cè)擠出的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致路基下沉。

1.2凍脹機理及對公路性能影響分析

引發(fā)公路路基下沉的兩種主要病害就是翻漿和凍脹，本文主要討論凍脹病害。凍脹病害多發(fā)生于北方寒冷地區(qū)和西部凍地區(qū)。凍脹病害離不開水的作用，當(dāng)北方寒冷地區(qū)進入10月深秋凍結(jié)期間，自然溫度下降配合地面水、地下水就會促使公路產(chǎn)生不均勻凍脹現(xiàn)象，如此，其結(jié)果就是路面出現(xiàn)高低坑洼而喪失平坦度，為行車安全帶來一定阻礙，甚至由于路況不佳而引發(fā)交通事故。不僅如此，不均勻凍脹所導(dǎo)致的路基不平坦還會誘發(fā)某些混凝土剛性路面的裂縫現(xiàn)象，而且該裂縫現(xiàn)象也會呈縱向發(fā)展趨勢。再加之北方地區(qū)秋季晝夜溫差變化較大，所以，公路路基的反復(fù)凍融也會加劇路面凍脹病害，使裂縫加寬甚至出現(xiàn)破碎狀況。實質(zhì)上，公路路基凍害的根源還在于路基表面土孔隙中的冰晶體融化。因為當(dāng)外界溫度下降時，土孔隙中的自由水就會首先凍結(jié)形成冰晶體，在土孔隙中與冰晶體直接接觸的薄膜水會受到它結(jié)晶力的影響，將路基水分遷移到冰晶體之上形成新的凍結(jié)。此時的路基土顆粒水膜就會逐漸變薄，而薄膜水內(nèi)的離子濃度又會不斷增加，產(chǎn)生一種滲透壓力差。初凍過后，氣溫在晝間有所回升，此時溫度在-3℃～0℃左右停留，聚冰層又會逐漸融化，這就使得凍脹部分路基土孔隙中的冰晶體也隨之融化。此時路基由于不能將聚冰層所融化的大量水分及時排出，使其處于持續(xù)的潮濕軟弱狀態(tài)，當(dāng)行車荷載反復(fù)在公路表面作用后，就會導(dǎo)致公路路基的裂縫、車轍、鼓包甚至沉降坍塌。

2公路路基排水設(shè)施設(shè)計的適用性分析

目前，公路路基排水設(shè)施的設(shè)計類型眾多，一般包括路基表面地面水排水、路基內(nèi)地下水排水和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)排水，本文主要介紹路面結(jié)構(gòu)內(nèi)排水。

2.1路基排水設(shè)施設(shè)計的基本要求

（1）路基排水設(shè)施設(shè)計的基本原則。路基排水的關(guān)鍵就是要將工作區(qū)內(nèi)的土基含水量降到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。因為如果土基含水量過大，就會引發(fā)土體潮濕、土質(zhì)松軟等現(xiàn)象，進一步導(dǎo)致土體強度下降、基身沉降滑動甚至是邊坡坍塌，嚴(yán)重影響交通行車安全。所以此時要根據(jù)工作區(qū)沿線的自然降水狀況以及地質(zhì)水文狀況來進行有針對性的排水設(shè)施設(shè)計施工，形成良好的排水體系，確保路基強度與邊坡穩(wěn)定。在設(shè)計過程中，要首先考慮地面水?dāng)r截問題，杜絕包括停積、漫流、下滲等現(xiàn)象的發(fā)生，而針對地下水部分，則要考慮如何截流、疏干和合理引導(dǎo)，保證地下水不會為路基帶來過大壓力。

（2）路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水設(shè)計原理。路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水相對復(fù)雜，因為路面水分有相當(dāng)一部分會沿路面接縫處進入路面混合料孔隙、路肩接縫處。一旦地下水位升高，地面水就會配合地下水一起通過毛細(xì)孔隙滲透到路面結(jié)構(gòu)下方。當(dāng)北方地區(qū)進入寒冷冰凍期，路床上部自由水就會逐漸進入路面結(jié)構(gòu)下部。此時應(yīng)該將路基路面設(shè)計為透水性體系，通過路基兩側(cè)路肩結(jié)構(gòu)來將多余的地面自由水引導(dǎo)排除。

2.2路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)設(shè)計

為了避免凍脹問題的出現(xiàn)，必須馬上排除滯留在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的自由水。為此，本文給出兩種綜合排水系統(tǒng)：（1）邊緣排水系統(tǒng)設(shè)計，邊緣排水系統(tǒng)是設(shè)置在沿路面邊緣位置的，主要沿路面結(jié)構(gòu)的外側(cè)邊緣進行設(shè)置，是典型的縱向邊緣排水系統(tǒng)。首先分析自由水深入路面結(jié)構(gòu)的路徑，它會沿著路面結(jié)構(gòu)層向透水層、層問孔隙橫向流淌，然后最終流人透水性材料所組成的縱向排水溝。此時在問隔一定距離位置要設(shè)置橫向出水管，將自由水直接引導(dǎo)排出路基范圍。這種邊緣排水系統(tǒng)的優(yōu)勢就是能夠靈活利用于路基基層，包括某些透水性不甚理想的水泥混凝土公路路基中。（2）排水層排水設(shè)計，排水層排水系統(tǒng)針對路面結(jié)構(gòu)所采用的是透水性材料，當(dāng)有水分滲入路面結(jié)構(gòu)時，水分會首先通過豎向滲流進入排水層，再從橫向滲流位置逐漸進人縱向排水管及排水溝。為了確保排水系統(tǒng)順暢，還要在間隔排水管、排水溝一定距離位置設(shè)置出水管來引導(dǎo)水分排除出路基，再在其下方設(shè)置排水基層。因為透水性材料滲流速度較快且排水效果良好，所以在國內(nèi)許多地區(qū)的國道高速公路上都會采用這種排水方案。當(dāng)然，該方案存在一定弊端，那就是由該排水系統(tǒng)所排出的水流會極易沖刷到路基坡面，如果此時坡面孔隙有植物或其他雜物阻塞時，排水就無法順暢排出，造成路基坡面被反復(fù)沖刷，在冬季極易形成凍脹聚冰層。為了解決這一問題，可以考慮在排水基層位置選擇那些含少量細(xì)料或不含細(xì)料的開級級配碎石或砂礫石集料，比如應(yīng)用填隙碎石墊層就能起到一定的路基排水效用。

3結(jié)語

在北方寒冷地區(qū)，公路路基一定要做好地面水及地下水排水設(shè)施結(jié)構(gòu)，并且充分考慮由于水分滲透、凍脹所帶來的病害影響，主要以預(yù)防、引導(dǎo)和降低水分滲透為基礎(chǔ)原則，做到行之有效的排水、截流等排水系統(tǒng)措施。