寒冷地區(qū)路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

蔣明躍

摘 要：隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)以及國(guó)家振興東北戰(zhàn)略的實(shí)施，松原城市建設(shè)也在加快推進(jìn)，但松原地處我國(guó)東北，屬寒冷地區(qū)，對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出更高要求，避免瀝青路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、防止路面結(jié)構(gòu)及路基出現(xiàn)凍脹成了制約建設(shè)優(yōu)質(zhì)城市的一大問(wèn)題。基于此，本文介紹了松原市基本情況，并總結(jié)了環(huán)保大街路面結(jié)構(gòu)、路基處理方案。

關(guān)鍵詞：寒冷地區(qū)；路基凍脹；低溫開(kāi)裂；措施

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

1 項(xiàng)目概況

環(huán)保大街位于吉林省松原市，主城區(qū)西側(cè)，第二松花江以南。工程南起郭爾羅斯大路，北至沿江路，沿途經(jīng)過(guò)湛江路、松原大路、鏡湖北路、鏡湖南路，道路全長(zhǎng)約2.3公里，規(guī)劃紅線寬度60米。在城市總體規(guī)劃路網(wǎng)布局中，環(huán)保大街近期為城市主干路，遠(yuǎn)期會(huì)提升為城市快速路。

2 氣候及地質(zhì)條件

2.1 氣候條件

松原市的氣候?qū)贇W亞大陸東部中溫帶半濕潤(rùn)～半干旱季風(fēng)性氣候，季節(jié)變化明顯，四季分明。春季少雨，大風(fēng)較多；夏季炎熱，降水集中；秋季涼爽，溫差較大；冬季漫長(zhǎng)，寒冷干燥。 年平均氣溫4.5℃，最低氣溫零下36.1℃，最高氣溫為36.9℃。 松原市多年平均降水量400～500mm之間，降水量不穩(wěn)定，季節(jié)性變化大，年內(nèi)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風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)，春季盛行西南風(fēng)，風(fēng)速季節(jié)變化明顯，春季平均風(fēng)速4.1m/s，最大風(fēng)速35m/s。

2.2 水文地質(zhì)條件

本工程勘察深度范圍內(nèi)，場(chǎng)區(qū)地下水屬于潛水類型，主要貯存于粉質(zhì)粘土層及以下砂層中。穩(wěn)定水位1.70-2.20m。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水及松花江水系側(cè)向徑流補(bǔ)給。地下水補(bǔ)給條件較好，屬于強(qiáng)透水性。地下水位隨季節(jié)變化幅度較大，6-9月份為豐水期，水位年變化幅度在1.50—2.50米左右。場(chǎng)地的標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.80m。凍結(jié)期間地下水位距凍結(jié)面的最小距離小于2.00m，第①層雜填土以粉土為主，建議按凍脹土考慮，凍脹等級(jí)Ⅲ級(jí)。第②層粉質(zhì)粘土層ω=29.4，ωP =21.5，ωP+5≤ω≤ωP+9，屬?gòu)?qiáng)凍脹土，凍脹等級(jí)Ⅳ級(jí)。

因此，本工程范圍內(nèi)路基需考慮適宜的防凍脹措施。

3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 環(huán)保大街橫斷面的確定

鑒于環(huán)保大街紅線寬度及道路等級(jí)，既保證滿足道路交通性主干道的需求，又考慮周邊居民出行需求，確定環(huán)保大街設(shè)計(jì)斷面為四塊板道路，車行道為主輔路分隔，主線為雙向6車道，輔道為雙向4車道，路側(cè)帶內(nèi)為人非共板，紅線寬度60m，橫斷面布置為：2.5m（人行道）+2m（非機(jī)動(dòng)車道）+2m（綠化帶）+7.5m（輔道）+2m（側(cè)分帶）+12m（機(jī)動(dòng)車道）+4m（中央分隔帶）+12m（機(jī)動(dòng)車道）+2m（側(cè)分帶）+7.5m（輔道）+2m（綠化帶）+2m（非機(jī)動(dòng)車道）+2.5m（人行道）。

3.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

松原市位于吉林省西部，年平均氣溫較低，且溫差大，為避免車行道瀝青路面的低溫開(kāi)裂，采取多種措施避免因溫度驟降引起的溫縮裂縫、溫度疲勞裂縫及溫縮性反射裂縫。

（1）采用改性瀝青并添加增強(qiáng)纖維。在普通瀝青中摻加聚合物改性劑及纖維穩(wěn)定劑，能大大提高瀝青面層的低溫抗裂性能、高溫穩(wěn)定性能、抗車轍性能、水穩(wěn)定性等，提高路面使用壽命。（2）設(shè)置應(yīng)力吸收層。在面層與基層間設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，吸收反射應(yīng)力，可有效減少半剛性基層的反射裂縫，抗疲勞破壞，防止低溫變形。（3）加強(qiáng)層間粘結(jié)。瀝青面層間采用新型粘層--高粘結(jié)力環(huán)氧乳化瀝青粘層，利用水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)瀝青的改性作用，乳化基質(zhì)瀝青，比普通粘層層間粘結(jié)更牢固。

根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ169-2012附錄A，判斷本工程瀝青路面使用性能氣候分區(qū)為Ⅱ2區(qū)。

基于以上幾點(diǎn)進(jìn)行主線及輔道車行道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

主線車行道：4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13C，5%SBS改性，0.3%的路用增強(qiáng)纖維）+粘層油（PC-3）+6cm中粒式瀝青混凝土（AC-20C，5%SBS改性，0.3%的路用增強(qiáng)纖維）+粘層油（PC-3）+8cm粗粒式瀝青混凝土（AC-25C）+1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+透層油（PC-2）+18cm水泥穩(wěn)定碎石（5%）+18cm水泥穩(wěn)定碎石（5%）+20cm石灰土（12%），總厚75cm。

輔道：4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13C，5%SBS改性，0.3%的路用增強(qiáng)纖維）+粘層油（PC-3）+5cm中粒式瀝青混凝土（AC-16C）+1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+透層油（PC-2）+15cm水泥穩(wěn)定碎石（5%）+15cm水泥穩(wěn)定碎石（5%）+20cm石灰土（12%），總厚60cm。

按《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.2.6-2查得瀝青路面最小防凍厚度為45～55cm，車行道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最小厚度為環(huán)保大街輔道結(jié)構(gòu)60cm，滿足要求。

4 路基處理措施

道路凍脹，主要是寒冷地區(qū)冬季在路基土中沿著溫度的降低方向生成了冰晶體形狀的霜柱，使路面產(chǎn)生隆起的一種現(xiàn)象。在春融期，由于路基土中冰晶體的融解，又成為土基或墊層承載力降低的原因，在荷載的作用下產(chǎn)生的翻漿現(xiàn)象，將會(huì)使道路出現(xiàn)嚴(yán)重病害。

為了防止上述的凍脹現(xiàn)象所引起的道路破壞，了解凍脹發(fā)生的機(jī)理，對(duì)土質(zhì)、氣溫、土中水等進(jìn)行詳盡調(diào)查，特別是對(duì)防止道路產(chǎn)生凍脹作用采用的措施研究中，應(yīng)注意易引起地基凍脹的土是否發(fā)生了凍結(jié)，因而確定土的凍結(jié)深度是非常必要的。依據(jù)道路地質(zhì)水文勘探，場(chǎng)地的標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.80m。

凍脹現(xiàn)象的產(chǎn)生需同時(shí)具備土質(zhì)、溫度、地下水三個(gè)因素，消除其中一個(gè)，就能防治凍脹，同時(shí)要求強(qiáng)凍脹土路基距離地下水或地表常年積水的高度不應(yīng)小于凍土路基的臨界高度（凍土路基臨界高度=道路最大凍深+凍結(jié)水上升高度），否則應(yīng)采用降排水、換填、設(shè)置保溫層或隔斷層等措施。

目前最常用的有兩種方法：置換法和藥劑法。

方案一（置換法）：根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，置換深度達(dá)到最大凍深的70%即可防治凍脹，本工程置換深度為1.8m*0.7=1.26m，車行道結(jié)構(gòu)層厚度在60～75cm，置換深度為65～50厘米，規(guī)范中列出的抗凍性良好的材料有干燥的天然砂礫或碎石。

方案二（藥劑法）：復(fù)合固結(jié)土加固路床。采用松原市交通局研制的土壤固化劑，同時(shí)加入少量石灰，形成石灰固化劑土（石灰固化劑土 石灰：土+固化劑=（8：92+0.02%），能增加土體密實(shí)性，減小土壤含水量，起到增加路基強(qiáng)度、提高水穩(wěn)定性和抗凍性的作用。方案采用三步20cm復(fù)合固結(jié)土改良路基。

采用天然砂礫或碎石置換，工程投資較采用藥劑法加固路床較高，本著節(jié)省工程投資的目的，本工程采用方案二。

5 結(jié)語(yǔ)

道路凍脹對(duì)我國(guó)北方的公路已經(jīng)造成了一定的影響。因此，我們應(yīng)該對(duì)道路凍脹進(jìn)行深入的研究，提高其抗凍脹性能，延長(zhǎng)公路的使用壽命和年限。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，提升寒冷地區(qū)城市道路建設(shè)水平及質(zhì)量，本文通過(guò)對(duì)松原地區(qū)環(huán)保大街建設(shè)實(shí)例，總結(jié)了寒冷地區(qū)路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)以后工程建設(shè)能有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇群.東北地區(qū)路基土凍脹機(jī)理與防治對(duì)策[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1008-7230（2001）01-0002-03

[2]盧炳志.淺談土的凍脹對(duì)公路工程的影響[J].工程技術(shù)，2011.

[3]張春萍，張清華，趙云福.用物理化學(xué)方法改良凍脹性地基[J].黑龍江水專學(xué)報(bào)，1000-9833（2002）01-0108-01.