季节冻土区高速公路路基含水状况与冻害情况分析

柴国辉

（贵州高速公路集团有限公司）

冻胀土导致道路形成纵向裂缝，出现道路翻浆，从而导致沉降鼓包和车辙变形，这是季节冻土区域高速公路路基冻害的主要形式。相关研究人员进行野外调查发现，地下水使导致路基冻害的主要原因，地下水不但会导致路基被软化，同时还在一定程度上增加冻胀情况，侵袭防冻砂砾层甚至底层，从而导致路基失去了防冻作用以及承载作用，最终引发高速公路翻浆破坏。

1 季节冻土区高速公路路基含水状况与冻害情况调查

为了能够给新建高速公路防冻设计以及已有道路养护提供相应的经验以及依据，在2016年春季针对某省已经建成的告诉过公路中10个典型路段做出冻害钻探调查研究。在2015年冬天该地遭遇寒冷气温，降雪量远高于往年，大多数路面遭到严重破坏。对此，针对该地区高速公路冻害问题进行调查和研究，调查内容主要有：对破坏现象、破坏强度等进行测量、描述和拍照，通过钻探的方式分析路面结构以及地层当中的土质条件、冻土厚度以及冻土结构等。通过取样在室内试验的方式，分析地下水以及边沟积水的具体情况，并分析四周地质环境等。

对于该高速路，不但进行上述两个季节的调查，同时在2015～2017年之间，工作人员还对接近竣工条件的某高速公路开展了两次的现场观测综合研究，并且均进行了冻前和冻后钻探取样。借助上述调查方式，针对道路变形破坏情况以及原因等进行分析，尤其是对地下水分聚积在其中所带来的影响进行深入分析，充分掌握了第一手资料，从而对于季节冻土区高速公路路基含水状况与冻害情况有了较为深入的认识。

2 路面破坏变形

2.1 纵向裂缝

经过调查显示，纵向裂缝属于路面破坏的主要类型之一，这种类型的破坏主要出现在行车道上，形成连续纵向裂缝或者断续裂缝形式发展。这些裂缝严重影响车辆行驶，还会导致路面进一步受到破坏。路面雪水渗透到地下，从而促使土体当中的含水量增加，甚至会导致地基土处于饱和状态[1]。

2.2 沉陷和膨胀

在公路中，翻浆属于道路特有的溶冻病害，属于路基土、水、温度以及行车等荷载的综合结果。翻浆能够导致道路出现沉降、鼓胀等现象，缩短道路寿命。

2.3 路基表层冻害

该高速公路部分路段的冻胀量相对较大，路段土体属于低液限粉质粘土，其粉粒的含量在50%以上，而对于这种土体而言，在饱和情况下的冻胀率能够达到3%。工作人员对现场进行试验，发现该路段路基含水量在18～30%之间，而压实度则在0.8左右，路基冻害的深度需按照1.4m进行计算，计算可得路基的冻胀量相对较大，一般控制在30～45mm以上，促使轨道发生不均匀变形，从而导致车辆的安全受到影响。

3 季节冻土区高速公路路基冻害防治措施

结合上述案例当中的基床冻害特点以及产生的原因进行分析，认为在对其进行防治过程中，需遵循以下原则，分别为将不均匀冻土消除，对其进行综合整治。

3.1 置换法

针对季节冻土区路段，可以在路基上层的一定深度内，使用冰冻稳定性较为良好的土类，例如砂石材料等进行置换。使用非冻胀材料对部分冻胀性土进行置换，要计算出冻土置换到何种程度。通常情况下，对这种方式进行应用，技术人员应当对当地的土质、气温和地下水情况进行详细调查，明确采用预防冻土膨胀的路面冻结深度，此后结合这一冻结深度，明确不会引起路面产生冻胀破坏的置换深度。其中冻结深度主要是以冻前的路表面作为基础。其中路面冻结深度主要是由影响冻胀的主要因素而决定的。

此外，还需针对日照条件、路面结构、路面上存在的积雪等进行分析。对冻结深度进行计算，可以结合当地气温资料，通过计算进行确定，但是针对高速公路等方面的重要路面结构来说，当冻结达到最为严重的时候，进行测试，进而明确冻结深度。在一些积雪寒冷的地区，对路面置换深度进行确定。

在置换法当中，确定置换深度应当通过防止冻土引起的路面破坏以及春融时期和底层承载能力的降低来确定，避免冻土膨胀引发路面破坏时，最好选择不容易引起冻胀材料换填理论最大冻结深度。因为冰害会因为积雪、除雪程度、日照等条件的影响，因此在置换时需要结合当地具体情况进行分析。此外，对置换深度、置换材料等进行更改，均能够对道路冻结情况带来改变。要想提升路面的防冻厚度，可以在路面最小防冻厚度范围内，使用砂砾、中砂等出料材料作为防冻层，也可以使用石灰、二灰或者工业废料等作为防冻层[2]。

3.2 设置隔离层

对于隔离层而言，能够隔离外界补给水源性路基内渗透，通常情况下，将这一隔离层设置在路基顶面下0.15～0.18m的位置。若使用透水隔离层，则用砂石或者粗砂等，利用大孔隙将毛细水的上升切断，通常情况下，将其厚度控制在0.11～0.12m之间。若使用不透水的隔离层，使用沥青铺设油毛毡，也可将水分的移动通道阻隔。

3.3 设置隔温层

隔温层主要是在路面下设置导热系数相对较小的材料层，主要目的是为了对负温度进行控制，避免其向路基内渗入，对冻结深度进行适当的减少或者调整。站在控制温度角度进行分析，减弱或者适当的消除冻结其减的水分迁移现象和迁移数量，通过这种方式消除或者减弱破坏影响。其中隔离层材料可以使用炉渣、矿渣等多种材料，将其厚度控制在20～50cm之间，材料自身需要充分满足其强度以及稳定性方面的需求。为了进一步避免道路冻胀破坏，在对隔温材料进行具体应用过程中，可以使用热传导率相对较小的材料，只有这样才能促使隔热作用得到充分发挥。要求材料隔温性能足够持久，提升其承载能力、并且具有一定的耐水性，同时要具有较高的经济性。如聚苯乙烯薄板材料，但是在使用过程中需要注意的是要在隔温层的垫层施工工艺。在对垫层进行具体运输过程中，借助机械进行压实施工，容易冬至隔温材料遭到破坏，还有可能促使粗粒材料被压入隔温层当中[3]。

3.4 稳定土处理法

道路基层所使用的土质如果不够稳定，则可以在其中参入适量的水泥进行处理，这样能够在一定程度提高强度以及承载力，还可以促使抗冻以及抗水能力被提高。但是需要注意的是，若水泥剂量过多，则会导致其出现收缩现象。粉碎、拌和以及压实等工序也十分重要，在实施过程中，需要遵循规定。在对沟渠进行衬砌过程中，对于路基中含水量较大的塑性土，可以使用水泥对其进行稳定。

4 结束语

经过野外调查大量资料发现，地下水不但会对高速公路路基进行软化和侵蚀，还有可能会导致基底层受到侵蚀，从而促使路面出现塌陷和沉降现象。因此，相应技术人员在进行高速公路建设过程中，需要结合当地地下水情况，采用科学合理的解决措施。