寒冷地区路基路面结构设计浅析

蒋明跃

摘 要：随着城镇化建设的快速推进以及国家振兴东北战略的实施，松原城市建设也在加快推进，但松原地处我国东北，属寒冷地区，对路基路面结构设计提出更高要求，避免沥青路面结构开裂、防止路面结构及路基出现冻胀成了制约建设优质城市的一大问题。基于此，本文介绍了松原市基本情况，并总结了环保大街路面结构、路基处理方案。

关键词：寒冷地区；路基冻胀；低温开裂；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.092

1 项目概况

环保大街位于吉林省松原市，主城区西侧，第二松花江以南。工程南起郭尔罗斯大路，北至沿江路，沿途经过湛江路、松原大路、镜湖北路、镜湖南路，道路全长约2.3公里，规划红线宽度60米。在城市总体规划路网布局中，环保大街近期为城市主干路，远期会提升为城市快速路。

2 气候及地质条件

2.1 气候条件

松原市的气候属欧亚大陆东部中温带半湿润～半干旱季风性气候，季节变化明显，四季分明。春季少雨，大风较多；夏季炎热，降水集中；秋季凉爽，温差较大；冬季漫长，寒冷干燥。 年平均气温4.5℃，最低气温零下36.1℃，最高气温为36.9℃。 松原市多年平均降水量400～500mm之间，降水量不稳定，季节性变化大，年内降水量分配不均，汛期（6～9月份）降水量一般占全年降水量的75%。 松原市冬季盛行西北风，夏季盛行东南风，春季盛行西南风，风速季节变化明显，春季平均风速4.1m/s，最大风速35m/s。

2.2 水文地质条件

本工程勘察深度范围内，场区地下水属于潜水类型，主要贮存于粉质粘土层及以下砂层中。稳定水位1.70-2.20m。场区内地下水主要靠大气降水及松花江水系侧向径流补给。地下水补给条件较好，属于强透水性。地下水位随季节变化幅度较大，6-9月份为丰水期，水位年变化幅度在1.50—2.50米左右。场地的标准冻深为1.80m。冻结期间地下水位距冻结面的最小距离小于2.00m，第①层杂填土以粉土为主，建议按冻胀土考虑，冻胀等级Ⅲ级。第②层粉质粘土层ω=29.4，ωP =21.5，ωP+5≤ω≤ωP+9，属强冻胀土，冻胀等级Ⅳ级。

因此，本工程范围内路基需考虑适宜的防冻胀措施。

3 路面结构设计

3.1 环保大街横断面的确定

鉴于环保大街红线宽度及道路等级，既保证满足道路交通性主干道的需求，又考虑周边居民出行需求，确定环保大街设计断面为四块板道路，车行道为主辅路分隔，主线为双向6车道，辅道为双向4车道，路侧带内为人非共板，红线宽度60m，横断面布置为：2.5m（人行道）+2m（非机动车道）+2m（绿化带）+7.5m（辅道）+2m（侧分带）+12m（机动车道）+4m（中央分隔带）+12m（机动车道）+2m（侧分带）+7.5m（辅道）+2m（绿化带）+2m（非机动车道）+2.5m（人行道）。

3.2 路面结构设计

松原市位于吉林省西部，年平均气温较低，且温差大，为避免车行道沥青路面的低温开裂，采取多种措施避免因温度骤降引起的温缩裂缝、温度疲劳裂缝及温缩性反射裂缝。

（1）采用改性沥青并添加增强纤维。在普通沥青中掺加聚合物改性剂及纤维稳定剂，能大大提高沥青面层的低温抗裂性能、高温稳定性能、抗车辙性能、水稳定性等，提高路面使用寿命。（2）设置应力吸收层。在面层与基层间设置橡胶沥青应力吸收层，吸收反射应力，可有效减少半刚性基层的反射裂缝，抗疲劳破坏，防止低温变形。（3）加强层间粘结。沥青面层间采用新型粘层--高粘结力环氧乳化沥青粘层，利用水性環氧树脂对沥青的改性作用，乳化基质沥青，比普通粘层层间粘结更牢固。

根据《城镇道路路面设计规范》CJJ169-2012附录A，判断本工程沥青路面使用性能气候分区为Ⅱ2区。

基于以上几点进行主线及辅道车行道路面结构设计。

主线车行道：4cm 细粒式沥青混凝土（AC-13C，5%SBS改性，0.3%的路用增强纤维）+粘层油（PC-3）+6cm中粒式沥青混凝土（AC-20C，5%SBS改性，0.3%的路用增强纤维）+粘层油（PC-3）+8cm粗粒式沥青混凝土（AC-25C）+1cm橡胶沥青应力吸收层+透层油（PC-2）+18cm水泥稳定碎石（5%）+18cm水泥稳定碎石（5%）+20cm石灰土（12%），总厚75cm。

辅道：4cm 细粒式沥青混凝土（AC-13C，5%SBS改性，0.3%的路用增强纤维）+粘层油（PC-3）+5cm中粒式沥青混凝土（AC-16C）+1cm橡胶沥青应力吸收层+透层油（PC-2）+15cm水泥稳定碎石（5%）+15cm水泥稳定碎石（5%）+20cm石灰土（12%），总厚60cm。

按《城镇道路路面设计规范》表3.2.6-2查得沥青路面最小防冻厚度为45～55cm，车行道结构设计最小厚度为环保大街辅道结构60cm，满足要求。

4 路基处理措施

道路冻胀，主要是寒冷地区冬季在路基土中沿着温度的降低方向生成了冰晶体形状的霜柱，使路面产生隆起的一种现象。在春融期，由于路基土中冰晶体的融解，又成为土基或垫层承载力降低的原因，在荷载的作用下产生的翻浆现象，将会使道路出现严重病害。

为了防止上述的冻胀现象所引起的道路破坏，了解冻胀发生的机理，对土质、气温、土中水等进行详尽调查，特别是对防止道路产生冻胀作用采用的措施研究中，应注意易引起地基冻胀的土是否发生了冻结，因而确定土的冻结深度是非常必要的。依据道路地质水文勘探，场地的标准冻深为1.80m。

冻胀现象的产生需同时具备土质、温度、地下水三个因素，消除其中一个，就能防治冻胀，同时要求强冻胀土路基距离地下水或地表常年积水的高度不应小于冻土路基的临界高度（冻土路基临界高度=道路最大冻深+冻结水上升高度），否则应采用降排水、换填、设置保温层或隔断层等措施。

目前最常用的有两种方法：置换法和药剂法。

方案一（置换法）：根据国内外文献，置换深度达到最大冻深的70%即可防治冻胀，本工程置换深度为1.8m*0.7=1.26m，车行道结构层厚度在60～75cm，置换深度为65～50厘米，规范中列出的抗冻性良好的材料有干燥的天然砂砾或碎石。

方案二（药剂法）：复合固结土加固路床。采用松原市交通局研制的土壤固化剂，同时加入少量石灰，形成石灰固化剂土（石灰固化剂土 石灰：土+固化剂=（8：92+0.02%），能增加土体密实性，减小土壤含水量，起到增加路基强度、提高水稳定性和抗冻性的作用。方案采用三步20cm复合固结土改良路基。

采用天然砂砾或碎石置换，工程投资较采用药剂法加固路床较高，本着节省工程投资的目的，本工程采用方案二。

5 结语

道路冻胀对我国北方的公路已经造成了一定的影响。因此，我们应该对道路冻胀进行深入的研究，提高其抗冻胀性能，延长公路的使用寿命和年限。随着我国城市化进程的加快，提升寒冷地区城市道路建设水平及质量，本文通过对松原地区环保大街建设实例，总结了寒冷地区路基路面结构设计经验，希望对以后工程建设能有借鉴意义。

参考文献：

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