7.19 季節凍土地區路基

7.19.1 季節凍土地區公路病害的主要根源之一是路基的凍脹和融沉,對凍脹影響程度較大的因素分別是:地下水、土質、溫度。
    據相關調查,路基的凍脹量約占公路總凍脹量的90%,因此可以以路基的凍脹量表示公路的總凍脹。我國季節凍土地區的范圍很廣,青藏高原、西北和東北等地的地質狀況差異明顯,包括了高原、荒漠、戈壁、草地沼澤、高山平原等不同的類型;在同一地區,也因路基填料、高度、地下水位、邊溝設置等因素導致路基抗凍性能的差別。因此,設計人員需根據具體情況、地質條件、結合當地的工程經驗進行路基的抗凍融設計。

7.19.2 《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50-2006)根據凍結指數對冰凍區劃分見表7-11。綜合相關標準和我國公路的實際凍融病害的嚴重程度,本規范所指的季節凍土地區主要為凍結指數在800以上的中、重凍區。

表7-11 冰凍區劃分表

    土的凍脹性分類各行業與規范略有差別,表7-12是各規范的凍脹等級劃分。對于土的凍脹性分類主要參照我國建筑部門規范。

表7-12 不同規范土的凍脹等級劃分

7.19.4 路基填料對減輕凍脹具有重要的作用,不同填料的凍脹系數差別較大,尤其是路基融化后的強度差別更明顯,粗粒料即使產生凍脹,融化后仍能保持較高的強度,滿足路面的要求。因此選用好的填料是確保路基質量的基本條件,技術可靠、效果顯著。
    挖方路段是一個人工低地,高處的潛水會滲入路塹,因此路塹的凍脹病害遠較填方嚴重。對挖方路段的換填土質要求也更高,以有效控制凍脹,減少凍害。
    土的凍脹水分有汽態水、地表滲水和毛細水,對于砂礫類材料的凍脹以汽態水的凝結為主,這有些類似于鍋蓋效應或冬天窗戶玻璃的結冰。因此,采用砂礫料雖能阻斷毛細水,但不能完全避免凍結,這在多條公路的調查中得到證實。北歐一些國家的路基高度與氣溫都較低,但他們對于路基的下處理很重視,多采用砂礫等粗粒料填筑,因此路基凍脹翻漿狀況并不嚴重。
    凍脹對道路的破壞作用主要是在春融期,春融引起路基土層的含水率增大,路基強度大幅下降,在汽車動荷載的作用下,路面出現裂縫、翻漿、沉陷、車轍、擁包等病害。因此保證春融時路基的強度是防止凍害的基礎。砂礫類材料的透水性好,能夠迅速排出融化水,即使在含水率較高的情況下仍能保持較高的強度。對于一些砂石料缺乏的地區,可以采用水泥、石灰、粉煤灰等固化劑穩定細粒土。據黑龍江省某試驗路5年觀測資料分析,基墊層材料及路基在凍融反復作用下強度衰減系數為:水泥穩定砂礫20%~25%,石灰土30%~40%,砂墊層25%~30%,路基25%~30%,穩定細粒土凍融后長期強度較差。

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