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1、第八章防治道路凍害的主要措施（請編寫大綱級別及小標題，此章為第八章）凍土是一種特殊的土體。其成分、組構、熱物理及物理力學性質均有著不同于一般土的許多特點。凍土區的活動層中每年都發生著季節融化和凍結，并伴生有各種凍土現象，因此，在凍土地區筑路時產生了一系列特殊的工程地質問題和路基路面病害。在凍土區筑路必須考慮的工程地質問題有融沉、凍脹和不良凍土現象等。8.1(1)融沉（融沉為永久性凍土常見問題，對于湖南省內不常見，我省主要是冰災的瞬時凍土或者季凍，在敘述中不要出現永久凍土等字樣）融沉，也稱融化下層（沉），指土中過剩冰融化所產生的水排出以及土體的融化固結引起的局部地面的向下運動，是自然(如氣候轉暖2、)或人為因素(如砍伐與焚燒樹木、房屋采暖)改變了地面的溫度狀況，引起季節融化深度加大，使地下冰或多年凍土層發生局部融化所致。在多年凍土上限附近的細粒土和有一定量細粒土充填的粗粒土中往往存在厚層地下冰，由于其埋藏淺，所以很容易受各種人為活動的影響而融化。由厚層地下冰融化而產生的融沉是引起多年凍土區路基變形和破壞的主要原因。融沉對道路的穩定性構成很大的威脅，成為冰凍地區尤其有永久凍土地區道路破壞的主要形成之一。而且這種影響不但有自然的因素，也有人為的因素，即有意或無意的破壞了永久凍土，影響了道路的穩定。常見的道路破壞現象有：冷季凍脹，引起的道路變形裂縫；暖季融沉，導致道路出現翻漿、冒泥、路基滑塌和3、路面沉陷。在道路中，如何最大限度地減少對凍土層的影響和破壞，也是保證路基穩定的重要因素。下面介紹幾種處理凍土路基融沉的方法，供參考：1 .對于凍土層厚度較薄段落，采取挖除凍土層換填透水性材料，同時做好截排水工作；2.對于凍土層較厚段落，主要從路基填料、基底處理兩個方面考慮，擬采用如下措施；a .路基填料采用粗粒透水性好的材料，如砂礫、碎石渣等，以降低毛細水的影響，避免在路基內出現二次結冰凍脹；b.在石料比較豐富段落，路基基地清表后填筑5080cm厚塊石，由于塊石間存在空隙，從而可以防止路基內的熱量傳人地基中去，加上空氣的流動加強了地基的蒸發作用，使基底的表面處于降溫狀態，同時相對空隙較大的塊石4、基底又能抵御地基的凍脹變形，使凍脹應力能夠得到釋放，在凍土層發生融化時，塊石的強度又能給予路基強有力的支撐，從而減少路基變形，而且它還是很好的毛細水隔斷層，它的存在極大的改變了路基內凍土核的形態，減少了路基邊坡發生裂縫的可能。c.對于凍土區地基土質較好和承載力較高段落，可以考慮買設通風管。通風管直徑一般為2050cm，為電鍍的金屬螺紋管，水平埋設在路堤坡腳下，通風管的進出口都有垂直于地面的鋼管或樁與之連接，一般高出地面50100cm。通過通風管埋設于路基體中，增加了路基體與空氣的接觸面，通過空氣在通風管中的流動，使通風管周圍路基體的溫度和氣溫趨于一致，減少路基體傳人地基的熱量，增加路基體傳人地5、基的冷量，保持多年凍土層及路基基底下季節活動層的凍結狀態，維持路基體的穩定。d.對于石料較為缺乏，地表相對較為干燥段落，主要考慮在路基下部接近基底處設置隔溫層，減少傳人凍土路基中熱量，常用的隔溫材料主要有草皮、泥炭、粘性土等天然材料，以及硅藻土磚、石棉板、草袋、泡沫混凝土及聚苯乙烯(EPS)等預制材料。由于天然材料的保溫性能效果差，且對自然環境產生破壞，同時天然材料置于路基中會形成軟弱層，對路基整體的穩定性有影響，結合我公司在國道301二級公路施工時所做的實驗，認為采用聚苯乙烯板(EPS)作為保溫材料較為有效。e.路基合理高度的問題：根據我公司以往在東部大興安嶺地區島狀凍土區公路的所取得的設計6、經驗：當路堤過低時，區域氣候的融化能力有可能使基底天然上限位置下降而影響路堤的穩定：而在暖季填筑的高路堤，填料帶人堤身的熱量則有可能完全消耗掉區域氣候的過于凍結能力，使路堤在填筑后一段時間內無法形成銜接的凍土核。通過研究我們認為凍土區路基高度不宜低于20m，當路堤高度大于40m時基底的保溫層和隔離層厚度應適加大。f.島狀凍土地區多位于低洼積水地區，為了避免積水造成路基土在冬季凍結產生凍脹，在這些地區應加強截排水設計。(2)凍脹（凍脹也是常年凍土區常見的問題）凍脹是凍土區筑路時需要考慮的另一個重要問題。一般情況下，在低溫凍土區，活動層厚度一般較小，且存在雙向凍結，凍結速度較快，故凍脹相對較輕。而7、在高溫凍土區，活動層厚度一般較大，凍結速度也較低，如存在粉質土和足夠的水分則凍脹嚴重。由于路基填筑材料的不均勻，或不同巖性和水文地質條件地段路基過渡處理不當，可能引起不均勻凍脹，使線路在乎縱斷面上失去平順性。用粉質土和黏性土填筑的路基，由于凍結時的水分遷移可能在上部聚冰而引起翻漿。為了防止凍脹可用粗粒料作為路基填筑材料，但這在實際工程中很難全部做到。這時可以采用黏性土作為路基的填筑材料，但必須作好驗算，并輔以相應的防止凍脹措施。另外在凍土區設計剛性建筑結構物(如擋墻、涵洞)時，要充分考慮水平凍脹力的作用。在不可能繞避時則必須做好排水措施，防止線路附近冰錐和凍脹丘的發生。凍脹現象的產生要同時具備8、土質、溫度、地下水三個因素的作用。因此，為了防止道路凍脹破壞作用的產生，只要消除這三個因素中的一個，就能達到防治的目的。防治道路凍脹的措施可以歸納為以下幾類：采用非凍脹材料換填凍脹土的“置換法”；在路基中設置隔溫層，提高凍脹土的溫度，減少凍脹量的“隔溫法”；在凍脹土中摻入石灰和水泥，改變其凍脹性質；降低凍結溫度的“穩定處理法”。上述的這些措施中，目前主要采用置換法和隔溫法，或者二者配合使用。a.置換法；在路基上層一定深度內,采用冰凍穩定性好的土類,如砂石材料。這里置換法是采用非凍脹材料換填部分凍脹性土的方法，應用時需要確定的問題主要是凍結深度和置換到何種程度。一般而言，采用置換法應對當地的土質9、氣溫及地下水進行調查，并確定采用防止凍脹措施的路面凍結深度，然后根據得到的凍結深度，確定不引起路面產主凍脹破壞的置換深度。凍結深度是以凍前的路面表面為基準的。路面凍結深度是由影響凍脹的主要因素決定的。除此之外，日照條件、路面顏色、路面結構、路面上的積雪數量等許多因素也起著重要的作用。凍結深度可以根據觀測的氣溫資料由計算來確定，但對高速公路等一些重要的路面結構，最好凍結最嚴重時期進行實測，以確定最大凍結深度。在積雪寒冷地區，確定路面的置換深度時。就我國的實際情況來說，近幾年來，寒冷地區修建了大量的瀝青混凝土和水泥混凝土路面，因而其凍結深度和砂石道路有許多不同。置換法中的置換深度確定應該由防止凍10、脹引起的路面破壞和春融期土基及底基層承載能力降低來決定，在防止凍脹引起的路面破壞時，最好采用不易引起凍脹的材料換填到理論最大凍結深度。考慮到冰害作用受積雪、除雪程度、日照等條件影響很大，置換率一般根據當地具體情況分析。另外，改變置換深度和置換材料的種類以及路面結構都可以改變道路的凍結情況。b.使路面具有一定的防凍總厚度。在路面防凍最小厚度范圍內,各種材料應滿足強度、剛度、耐凍和水穩性要求,常用砂礫、粗砂、中砂等粗粒材料做防凍墊層,較多采用的材料是石灰類穩定土、二灰類混合料或工業廢料。c.設置隔離層。隔離層是以隔斷外界補給水源向路基上層移動為目的而設置的,一般設在路基頂面以下0.150.18 m11、處。如采用透水隔離層用砂石、粗砂利用大孔隙切斷毛細水的上升,一般厚度為0.110.12 m;如采用不透水隔離層,用瀝青土鋪設油毛氈,切斷水分移動的通道。d.設置隔溫層。隔溫層是在路面下設置導熱系數小的材料層,其目的是控制負溫度向路基滲入,減小或調整凍結深度;從控制負溫度方面,減弱或消除凍結期的水分遷移現象和數量,從而消除或減弱其破壞影響。隔離層材料用爐渣、礦渣等多材料,厚度一般2050cm,材料本身要滿足強度、穩定性和耐凍的要求。為了防止道路的凍脹破壞，在采用隔溫材料時，要選擇熱傳導率小的材料，才有較好的隔溫69性能。材料的隔溫性能要持久，承載能力要高，耐水性好，并且要經濟。滿足這些條件的材料12、有聚苯乙烯薄板等。采用這種方法，要注意在隔溫層上的墊層施工工藝的問題。因為運輸墊層材料以及采用機械壓實過程容易使隔溫材料破壞，并且會將粗粒材料壓入隔溫層中。e.路基滿足一定的填土高度。設置盲溝等地下排水設備,以降低凍結期的地下水位,疏通邊溝,改善水溫情況,提高水溫穩定性。f.外摻劑法。防止凍脹最常用的方法是以非凍脹土代替凍脹土，但遠距離運輸非凍脹土或換土深度超過凍深的三分之一以上時，成本較高，因而采用物理及化學原理對土進行外摻劑處理法也受到了人們的重視。為減少土的凍脹性，采用使土分散的方法對防止凍脹也可以獲得較好的效果而且有效期較長。g.穩定土處理法道路的基層如使用不夠穩定的土類，可摻入適當數13、量的水泥進行處理，能提供其強度和承載能力，并增加抗凍和抗水性能。但必須注意到，水泥劑量過大會產生收縮裂縫。至于粉碎、拌合與壓實等工序也很重要，必須合乎要求。在溝渠襯砌等工程中，對于很濕的塑性土應用水泥進行穩定，通過實踐證明有顯著效果。（3）不良凍土（此節應該充實下，比較符合我們的工程實際）公路邊坡在極端冰雪下會產生一系列問題，這里我們根據以下的方式來治理和防治：a.根據土質、“水線”發育的特征,對路塹邊坡穩定性進行現場調查,利用凍融滑塌穩定性驗算公式計算需要進行排水處理的有效深度、范圍,并考慮“水線”位置、聚冰層深度、相鄰類似邊坡的滑塌深度,綜合確定排水處理的有效深度。另外,考慮到植被恢復后時14、水分的富集層位會有一定提高,應考慮適當減小排水處理的有效深度,減小多少視具體情況而定。b.在需要進行排水穩定的邊坡上挖設樹型滲排水溝槽,溝槽深度為最終確定的排水處理的有效深度。溝槽間距視水分多少而定,一般主溝槽間距610m,支溝槽間距23m。在滲排水溝槽內布設土工濾排水材料,以便將可能積聚的水分引入邊溝或排除到邊坡之外。c.將滲排水溝槽填平、踏實,平整坡面并鋪設土工格室,鋪設土工格室時由坡頂向邊坡下方順序鋪設、連接,坡頂平鋪部分的土工格室寬度不少于50cm。固定樁間隔和打入深度根據實際坡度等確定,一般間隔為1m,深度4060cm,木樁或鋼筋均可,按坡面垂直方向并稍微向上傾斜打入為好。d.在土工15、格室內填土(填土要稍高于格室高度。土工格室高度一般為520cm)、踏實(用機械施工時可以利用施工機械適當拍實)。另外,在經歷一、二場雨后,填土往往會有一定的下沉,此時需要向格室內再補填一次土并踏實。土工格室的鋪設宜早,以便及時防止或減輕雨水對坡面的沖刷,穩固坡面。e.種植護坡植物。當草皮護坡段草皮均已成活,且長勢漸好,護坡草皮水分涵養功能會逐漸增強,蒸發潛熱會逐漸增大,草皮護坡的降溫作用會逐漸增大,從而可以減小或穩定其下的季節融化層厚度。另外,其變形適應性較好,可能是比較適宜在多年凍土區路塹工程中應用的邊坡防護形式。f.邊坡錨固設計。應根據邊坡穩定性分析資料，鑒別邊坡的破壞模式，確定邊坡不穩定16、程度及范圍，對錨固方案的合理性、安全性進行技術經濟論證。錨固的型式應根據邊坡巖土體類型、工程特征、錨承載力大小、錨材料和長度、施工工藝等條件確定。g.邊坡治理的其他方法。對于路基邊坡當發生極端冰雪災害而產生滑坡時一般為小型滑坡，可以通過地表排水、坡面整平、裂縫夯填等措施，當然整治滑坡的各類方法均可以視具體情況參照采用：如消除或減輕水對誘導滑坡的影響、改變滑坡外形和增加滑坡的抗滑力、改變滑帶土石性質和阻滯滑坡體的滑動。施工方法（多年凍土地段（刪去多年凍土，凍土區等字樣）路基施工及控制）1.凍土路基施工注意事項(1)針對不同的凍土條件，確定相應的施工季節和施工工藝。施工季節應盡量避開降雨集中、熱融17、作用最活躍的七八月份，宜安排在夏末或秋初，并做好防護，防止地表水流人或滲入基底和邊坡，路基地面防護范圍應符合設計要求。(2)對于按保護凍土原則設計的路基，應盡量減少對多年凍土的擾動和破壞，以利于熱平衡狀態的恢復；盡量減少大氣降水的浸潤、滲入及凍結層以上水的危害。(3)路塹開挖。在凍土地區應盡量減少路塹長度，宜盡快開挖成形，不能斷斷續續施工，并及時做好其附屬工程。在施工中少刷或不刷邊坡。跨年作業有利于路塹穩定，最好在秋末開挖成形，來年暖季回填。(4)路基排水。排水溝設置應與路基坡腳有一定距離，盡量減少排水溝對路基基底凍土的熱作用，盡量加快地表水在排水溝的過水速度，減少排水溝積水時間。在路基施工過18、程中，要注意臨時排水設施的修建。(5)環境保護。路基工程中的取土、棄土、填方、挖方等必然要對多年凍土地區植被、地表水、層上水造成一定影響。為此，要嚴禁推土機大面積推土填筑路基，任意開辟施工便道，隨意就近棄土，隨意鏟除草皮等做法，要優化路基工程設計、做好施工組織設計、合理安排各道工序的銜接，對凍土環境要進行實時監測。2.遵循的原則.首先，在有可能出現多年凍土的地段要詳細地調查凍土的類型、分布情況、地面水和地下水的水位及流向、凍土的上限下限，并采樣檢驗土質的含水量，將多年凍土加以正確分類，同時施工中遵循以下原則：(1)凍土溫度低、穩定，宜于采取保護多年凍土的原則，凍土溫度高，不穩定，融沉又不大時，19、可考慮采取破壞多年凍土的原則(融化原則)。(2)在厚層地下冰地段，一般應采取保護多年凍土的原則；在少冰凍土和多冰凍土地段，一般可采取破壞多年凍土的原則(融化原則)。(3)在富冰凍地段，含水量較大，或公路等級較高時，宜采取保護多年凍土原則；當含水量較小，或公路等級較低時，也可采用破壞多年凍土原則(融化原則)施工。所謂破壞多年凍土是指施工中(尤其是挖方路塹)可以將多年凍土的一部分挖出，回填含水量適中的材料，施工中允許多年凍土少量融化，但回填應及時。而保護原則是指將原路面表面有機物雜質清除后，不破壞季節凍融層或少破壞季節凍融層，但一定不得破壞季節凍融層下的多年凍土，而直接用適當的材料回填路基，這樣避20、免多年凍土被暴露，減少外界環境對多年凍土融化的影響。3.路堤施工(1)基地處理如果厚填方基底為含冰過多的細粒土，且地下冰層不厚，可挖除并用滲水性土回填壓實，再填路基，這種方法可用于面積不大、凍土層厚度不深的島狀凍土區，回填材料以砂礫和風化砂為宜。當基底為排水困難的低洼沼澤地段時，基底部應設置毛細水隔離層，低液限黏土最好，其厚度宜在扣除路堤沉降后高出原地面水面0.5m以上。當隔離層鋪設完畢之后，在其上鋪反濾層(如：砂礫、中砂)，若低洼沼澤地段生長有塔頭草，可利用為保溫層，另外多年凍土的施工最好提前進行，并預加沉降，使得在路面結構修筑之前路基沉降趨于穩定。(2)回填材料選用保溫隔水性均好的細粒土，21、不準采用凍土塊或草皮層及沼澤底含草根的濕土填筑路基。(3)碾壓碾壓時要控制含水量，不能超過最佳含水量2個百分點。成型后路床強度應符合設計要求，用不小于20t的壓路機或等效碾壓機械碾壓2-4遍，確保表面無輪跡和彈軟現象。(4)排水保持路基及周圍凍土處于凍結狀態，排水溝、邊溝距坡角應足夠遠，含冰量大的凍土段，兩側不得出現積水。少冰地段，為防止破壞熱流平衡，排水溝與坡角距離應大于2m，對于沼澤段應大于8m，飽冰凍土及含土冰層段則不宜修排水溝和截水溝，宜在距坡角6m外修擋水堰，將兩側匯水擋在路基范圍以外，減小因水流帶來的熱融影響。(5)側向保護對于填高不大的多年凍土宜設置具有保濕功能的護坡道和護腳，沿22、線兩側20m內的厚地面植被應加以保護。4.路塹施工路塹施工的原則與路堤大致相同，但要注意以下幾點：(1)對于地下水位較高，出現滲水情況的地段，要注意施工中及時設置防滲結構，減小滲水的出現，路塹坡頂避免設置截水溝或排水溝，宜修筑擋土堰，距坡腳距離不小于6m。(2)土質邊坡加固鋪砌厚度應滿足保溫層要求。如用草皮鋪砌應水平疊砌，錯縫嵌緊，縫隙用黏土或草皮填塞嚴密，連成整體，草皮要及時鋪填。(3)飽水凍土、含冰層等含水量很大的多年凍土路塹段，為防止開挖后基底凍脹翻漿，可根據設計要求換填足夠厚度的滲水性土，如：中砂、砂礫等。5.凍土路基施工控制(1)路基填料檢測填料的物理性質和指標。主要是確定凍土的土質23、溫度和總含水量、土顆粒密度、天然重度、未凍水含量等指標，以確定凍土的工程分類和有關性質。(2)路基壓實應采用快捷、簡單、高效的檢測手段和方法，以便于機械化快速施工的要求，檢測儀器還應適應低溫環境。壓實系數K作為路基壓實控制的一個參數，在施工現場常常會與強度指標相矛盾，如當填料的含水量較高時，盡管通過增加碾壓遍數可得到較大的壓實系數，但承載板試驗指標卻很小。輕型動力觸探作為一種原位測試手段，不僅可以確定基床土表層的承載力，而且還能確定某一深度處土的強度，具有反映指標合理、數據直觀可靠、易于操作掌握、檢測速度快等優點。建議凍土路基的壓實標準以地基系數K30或輕型動力觸探N10控制為主，填土壓實度K和相對密度作為輔助控制標準。壓實過程中，還要注意控制填料的未凍水含量和總含水量，填料中的未凍水冰處于動平衡狀態，當凍土中未凍水含量減少，則凍土的強度增加，壓縮性降低，變形量減少。因此應盡量使路基填料的含水量接近最佳含水量。植草，噴砼，漿砌片石，防水，排水，土工格柵