耿萬國
(中交二公局第四工程有限公司 河南洛陽 471013)
涎流冰就是常說的冰椎,換而言之,就是在寒冷環(huán)境下,地表水或地下水露頭,并且沿斜坡表層一直滲漏到路面,由下至上在短時間內(nèi)就凝結(jié)成冰狀。涎流冰會使行車道光滑、不平,或產(chǎn)生冰坎、冰槽等,進而使正常的交通受到嚴重的影響。在春季時期,涎流冰會由于溫度上升,進而消融,冰變成水狀后,就會出現(xiàn)下滲的情況,進而出現(xiàn)公路翻漿、路基下沉的嚴重問題,甚至?xí)垢吆畢^(qū)域公路的施工及運營安全受到極大威脅。
在高海拔寒冷山區(qū)中,常常能看到這種公路涎流冰的現(xiàn)象,并且其類型非常多樣化?;谙蚜鞅漠a(chǎn)生位置,能將其歸類成山坡涎流冰及河谷涎流冰。
公路涎流冰的產(chǎn)生需要特性的環(huán)境作為基礎(chǔ)。而這主要是因為特定的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)下,密閉水體會形成強大的凍結(jié)-壓力作用,進而漸漸形成地下水、負氣溫等特殊的環(huán)境及地貌。另外,凍土、季節(jié)性凍土與覆蓋層等長時間的存在,久而久之就會產(chǎn)生涎流冰。
涎流冰的形成地點通常是地勢低洼、溝口與山麓地帶,其主要的特點是山坡涎流冰。如圖1所示,涎流冰地帶典型水文地質(zhì)上部是腐殖土及碎石土層,其透水性相對較好,而中間部分則是含水層,其蓄水性能非常好,下部是巖層或凍土層,其并不具備透水性能。但是在公路修建的過程中,含水層常常會因為人為因素的存在下,這就會導(dǎo)致地下水產(chǎn)生出露的現(xiàn)象,或會導(dǎo)致含水層局部出現(xiàn)嚴重的擾動影響,進而使產(chǎn)生人為特殊地質(zhì)構(gòu)造-擾動三層體,而涎流冰也是在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。在負溫條件下,此密閉水體會凍結(jié),進行形成較強的凍結(jié)-壓力。假若水壓大于薄弱區(qū)域的強度閾值,薄弱范圍就會產(chǎn)生開裂的情況,地下水就會出現(xiàn)溢出的問題,并且產(chǎn)生涎流冰的嚴重問題。因此,公路涎流冰產(chǎn)生的基本條件就是此凍結(jié)-壓力作用。
圖1 涎流冰地帶典型水文地質(zhì)剖面圖
水是產(chǎn)生誕流冰因素中最重要的因素。而產(chǎn)生涎流冰的水源中主要就是淺層地下水,因此多年凍土區(qū)也就是凍結(jié)層上水,其補給的來源是大氣降水。地下水的形成,與水量的多少,是涎流冰的實際規(guī)模與產(chǎn)生的主要影響因素。
產(chǎn)生涎流冰的另一主要因素就是寒冷的氣候環(huán)境。在高海拔寒冷山區(qū),其氣候大都是典型的高原大陸型氣候,那里人們要經(jīng)歷長時間的冬季,并且?guī)缀跏菦]有夏天的存在,一年中大部分時間都是寒冷氣候,并且氣候變化性非常大,在冬季時,大都是寒冷并且風(fēng)雪多的天氣,在夏秋季節(jié)時,大都是暴雨或冰雹的天氣,并且夏秋季節(jié)的時間在一年中所占比重特別少[1]。在秋末時節(jié),會出現(xiàn)非常多的降雨水,這就會使涎流冰能得到充足的水源補給;并且由于冬季寒冷負溫度天氣通常會持續(xù)很長的一段時間,這就極大地促進了涎流冰的產(chǎn)生。
地形地貌是地下水產(chǎn)生過程中非常關(guān)鍵的一個因素,并且時涎流冰產(chǎn)生的主要客觀條件。青藏高寒區(qū)域是涎流冰產(chǎn)生的主要區(qū)域,那里主要是馬蹄形且三面環(huán)山的地形,在簸箕形山前斜地的區(qū)域通常會形成相對較大的匯水規(guī)模,這就為大氣降水的滲入及匯合形成了良好的客觀條件,進而使誕流冰的產(chǎn)生具備良好的水源補給。
多年凍土層厚度布局的主要控制因素就是土層所處區(qū)域的實際海拔高度,在高海拔寒冷區(qū)域,其海拔的均值>4000m。由于多年凍土層并不具備透水性,因此,其是一種天然的隔水底板,在夏天時,可以產(chǎn)生凍結(jié)層上水,并且在融化層進行存儲,在冬天時,由于表層土壤出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象,就會產(chǎn)生承壓水盆地或的現(xiàn)象,如此,地下水就會從高水壓處流往低水區(qū)域,這樣就能很好地聚集并且產(chǎn)生地下水。而含水層實際范疇的決定性因素主要是季節(jié)凍融層,并且其還在很大程度上影響著地下水的實際運動形式及面積,進而導(dǎo)致地下水呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的動力特性,最終產(chǎn)生涎流冰,可見其對涎流冰的影響程度是非常大的。
植被、積雪等均具備良好的攔水及蓄水的功能,因此這一類的覆蓋層就是一種良好的攔水、蓄水設(shè)施,植被層厚的區(qū)域就會對地表徑流產(chǎn)生極大的阻礙影響,這就能使地表水滲入的能力得到強化,使淺層地下水得到有效的補給。
涎流冰非常多樣化,而導(dǎo)致其產(chǎn)生的實際原因也是非常多元化的,在設(shè)計道路,并且實際開始建設(shè)前,應(yīng)該深入調(diào)查涎流冰的區(qū)域、種類、面積及具體產(chǎn)生的原因所在,多方面進行綜合分析,制定切實有效的預(yù)防措施,并且采取防治結(jié)合主要手段,因此,文章制定下面這幾種涎流冰病害的治理及防范手段。
在實際設(shè)計時,假若具備較強的技術(shù)可行性,并且經(jīng)濟層面上同樣不存在任何不當(dāng)之處,就一定要規(guī)避涎流冰區(qū)域。不然,就一定要制定切實有效的措施防治涎流冰,如此,公路的安全性才能得到保障。
在實際設(shè)計涎流冰地區(qū)路基時,一定要將路基高度抬升,這樣就能避免涎流冰上路,還要進行路基的淺挖或不挖施工,如此便能有效防止含水層的切割現(xiàn)象。此方式的運用條件時河谷誕流冰及涎流冰面積相對較小的區(qū)域,如此,便能有效避免涎流冰,這種方式不斷非常簡單,具備較高的可行性,其經(jīng)濟性也是非常好的[2]。因此,通常來說,路基高度應(yīng)該超出涎流冰最高時頂面高度0.5m,此外,應(yīng)該選擇碎礫石作為基本的筑路材料,這是因為這種材料具備非常好的透水性,如此便能有效避免出現(xiàn)地下水上升的現(xiàn)象,避免路基被浸濕。
地下水出露點和路線之間的距離相對較小,而且具備集中分布的特點,其切割水溝槽非常顯著。橋涵的修建能獲得很好的防治效果。橋涵孔徑不但應(yīng)該依照最大洪水量來完成設(shè)計,還應(yīng)該基于歷年最高涎流冰水位,來展開核算,還應(yīng)該分析雍冰可能會形成的高度,通常來說,尺寸應(yīng)該稍微增加。此外,應(yīng)該運用加深及清理河道等方式。涵洞通常來說,設(shè)置圓管涵存在很大的困難,但是設(shè)置成箱涵相對來說要容易一些,并且養(yǎng)護相對方便一些。而此方式中,橋涵的定位尤為重要,不但要使橋涵在冬天寒冷時能進行排冰工作,還要在雨季時能達到泄洪的目標(biāo),進而同時實現(xiàn)這兩個目標(biāo)。
在涎流冰的防治措施中,地下排導(dǎo)的使用頻率相對較高,并且已經(jīng)設(shè)置了滲池(集水井)、暗管(盲溝),沉砂井、出13水井等結(jié)構(gòu)。
聚冰溝與聚冰坑的使用條件均是山坡相對較緩,若想使溝、坑中的積冰能有效排出,節(jié)約溝(坑)的面積一般和橋涵一起運用。此外還出現(xiàn)有擋冰堤、擋冰墻,檔冰柵欄、超挖掘邊坡、拓展邊溝以及對應(yīng)的截水溝渠規(guī)格等處置涎流冰的形式。
綜上所述,涎流冰的治理與防護是一種技術(shù)層面相對較為繁瑣,針對性質(zhì)相對較強的作業(yè),在選取治理形式時,要求本著因地制宜,就地選材、防范與治理相切合的作業(yè)準(zhǔn)則開展。不但可讓所采用的防治形式得到顯著的收益,具備對應(yīng)的經(jīng)濟效益,還可有效地避免其發(fā)生的概率。
[1]張浩.公路涎流冰形成機理與防治技術(shù)研究[D].西安:長安大學(xué),2016.
[2]楊鵬.公路涎流冰病害成因及主要影響因素分析[D].西安:長安大學(xué),2015.