寒冷地區(qū)電站路基涎流冰病害處理方案

劉英偉，湯飛熊

（中國電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024）

0 前 言

涎流冰病害主要分布在我國北方寒冷地區(qū)和南方高寒山區(qū)以及青藏高原。在寒冷的氣候條件下，地下水或者地面水漫溢到地面或者冰面上，從下而上逐層凍結(jié)，形成涎流冰。一般發(fā)生涎流冰是在冬季和初春，持續(xù)時(shí)間一般為4～5個(gè)月。在冬季封凍前后，氣溫逐漸降低，涎流冰開始形成；隨著氣溫持續(xù)下降，涎流冰不斷蔓延加厚并發(fā)展到高峰階段，冬末春初氣溫回升，在日照及晝夜溫差的影響下，涎流冰在白天消融，夜間凍結(jié)，處于融凍交替階段；到春季以后，氣溫逐漸升高，涎流冰開始融化并逐漸消失。涎流冰的厚度一般為數(shù)厘米到數(shù)米［1］。

涎流冰分為山坡涎流冰和河谷涎流冰。山坡涎流冰是由山坡出露的地下水或由路基挖方邊坡上出露的地下水而形成的涎流冰。河谷涎流冰由溝谷漫流的泉水、溪水、地面水和融雪水形成，或沿河流淺灘以及在已凍結(jié)的河面上，由承壓的或無壓的河水形成的涎流冰［2］。

針對(duì)涎流冰病害優(yōu)先選擇避讓方案，即通過合理布置路線達(dá)到繞避涎流冰的目的。若無法通過繞避達(dá)到目的，則采用橋涵的跨越方案，其次采用不切斷含水層的路堤填筑方案。由于方案受限，在不得不采用挖方路塹方案時(shí)，采取擋、排、截等綜合防治措施加以治理［3-4］。本文通過對(duì)吉林敦化抽水蓄能電站上下水庫連接路路基涎流冰病害處理方案的研究，提供了一種路堤、路塹及低填淺挖路段的處理方案。

吉林敦化抽水蓄能電站上下水庫連接路施工過程中出現(xiàn)多處涎流冰病害，屬山坡形涎流冰病害。上下水庫連接路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度30 km／h，其中1號(hào)路至2號(hào)渣場(chǎng)段（K0＋000.000m～K1＋600.000m）路面、路基寬度分別為8.0m、9.5m，2號(hào)渣場(chǎng)至上水庫段（K1＋600.000m ～K15＋321.784m）分別為6.5m、7.5m，且為水泥混凝土路面，荷載等級(jí)為汽車-40級(jí)，路線全長(zhǎng)15.322km。敦化電站典型路基挖方邊坡形成的山坡涎流冰見圖1。

圖1 典型路基挖方邊坡形成的山坡涎流冰

1 涎流冰病害形成原因

涎流冰覆蓋道路會(huì)造成行車道光滑、不平，或形成冰坎、冰槽等，輕則阻塞交通，重則容易出現(xiàn)因打滑導(dǎo)致的翻車事故；涎流冰阻塞橋涵會(huì)阻礙融雪洪流在橋下順暢通過，造成路基與橋涵的水毀；涎流冰消融，水分下滲，還可能引起公路翻漿、路基下沉、邊坡坍塌等病害［1］。產(chǎn)生病害的主要原因有以下幾個(gè)方面。

1.1 水

水是釀成涎流冰的主要原因。工程區(qū)夏季多雨、冬季多雪，多年平均降水量為802.9mm，降水量大地下水位高，且多有地表明流，為涎流冰的形成提供了充分的補(bǔ)給水源。

1.2 氣 溫

工程區(qū)位于寒冷地區(qū)，上水庫多年平均氣溫-2.6℃，月平均氣溫以1月最低，為-24.2℃，最高的7月份平均氣溫15.5℃；極端最低氣溫-44.3℃，極端最高氣溫30.2℃。下水庫多年平均氣溫0.9℃，月平均氣溫以1月最低，為-20.7℃，最高的7月份平均氣溫19.0℃；極端最低氣溫-40.8℃，極端最高氣溫33.7℃（見表1）。

表1 敦化抽水蓄能電站上下水庫氣象要素計(jì)成果

1.3 地形地貌

涎流冰主要見于山嶺區(qū)或重丘陵區(qū)。上下庫連接路沿線地形坡度約2°～10°。出露地層為第四系殘坡積層和基巖全風(fēng)化層：殘坡積層組成物質(zhì)為腐殖土、塊石、塊石土，厚度2～5m，塊石層多具架空結(jié)構(gòu)；基巖為正長(zhǎng)花崗巖，全風(fēng)化帶厚度5～8m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度1～3m。

1.4 植 被

上下庫連接路植被茂密，多為落葉林。落葉經(jīng)過多年沉積、腐蝕形成良好的保溫層，加之塊石、孤石的架空，冬季也能夠形成流水層。冬季流水流至覆蓋層不發(fā)達(dá)處，或路基開挖導(dǎo)致流水層出露時(shí)，逐漸凍結(jié)形成涎流冰。

2 處理措施

涎流冰地區(qū)的道路設(shè)計(jì)，以預(yù)防為主、防止結(jié)合為設(shè)計(jì)原則。一般按照修建橋涵、對(duì)地面排水構(gòu)造物的保溫及設(shè)置滲溝、盲溝等地下排水措施等方式進(jìn)行處理。由于上下水庫連接路受到地質(zhì)條件特殊、道路投資敏感、征地范圍無法突破等因素限制，針對(duì)路堤、路塹及低填淺挖路基，采用了不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行處理。

2.1 填方路段（路基填土高度大于1.9m）

項(xiàng)目采用3種路基填料分層進(jìn)行填筑：

第一層原有孤石、塊石地表層，先清表（路基范圍內(nèi)的樹木、灌木叢、沉積物等），然后利用挖掘機(jī)進(jìn)行松動(dòng)，保證孤石、塊石形成穩(wěn)定架構(gòu)后，空隙利用就近破解塊石碼實(shí)填充，利用重型振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，處理后的表面應(yīng)無明顯孔隙、空洞，基底壓實(shí)度不小于90%。

第二層（路堤層）利用開挖礫石土、石渣作為過渡層，粒徑不超過150mm，分層碾壓，填至路床底面，壓實(shí)度不小于94%。

第三層路床層（80cm），填料采用級(jí)配較好、密實(shí)的礫石土、粗粒風(fēng)化砂進(jìn)行填筑，粒徑不超過100mm，壓實(shí)度不小于95%。

2.2 低填（路基填土高度小于1.9m）及淺挖路段

項(xiàng)目采用挖除路床頂面下1.3m范圍內(nèi)原有孤石、塊石層；對(duì)于難以搬運(yùn)的大孤石就地破解、碼實(shí)擺放在換填層底面。該路段采用兩種路基填料分層回填。

第一層（路床層80cm以下）利用最大粒徑不超過150mm的開挖礫石土、石渣進(jìn)行換填，分層碾壓，填至路床底面，壓實(shí)度不小于94%。

第二層路床層（80cm），填料采用級(jí)配較好、密實(shí)的礫石土、粗粒風(fēng)化砂進(jìn)行填筑，填料最大粒徑不超過100mm，壓實(shí)度不小于95%。

2.3 挖方路段

路基邊坡坡頂?shù)乇硭l(fā)育，出露點(diǎn)較多，路基邊坡沖刷較嚴(yán)重，路塹挖方邊坡采用鍍鋅鋼絲石籠壓坡處理。挖方路基涎流冰病害處理見圖2。

圖2 挖方路基涎流冰病害處理示意

（1）邊溝、路塹擋土墻及首層第一排石籠下路基利用碎石進(jìn)行換填處理，應(yīng)與原路基換填部分銜接，形成碎石盲溝層，壓實(shí)度不小于95%。

單個(gè)石籠為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)度2m、寬度1m、高度0.5m，石籠骨架為18mm鋼筋，周邊采用鋼絲網(wǎng)格，網(wǎng)格間距10cm，內(nèi)裝塊（片）石，裝填完成后，綁扎封蓋。石籠內(nèi)所填石塊應(yīng)選用容重大、堅(jiān)硬且不易風(fēng)化的石塊，應(yīng)達(dá)到干砌塊（片）石的要求，石塊不能小于石籠網(wǎng)眼。外層應(yīng)使用大石塊，并使石塊棱角突出網(wǎng)孔，以起到保護(hù)鉛絲網(wǎng)的作用，內(nèi)層可以使用較小的石塊填充。盲溝碎石應(yīng)采用潔凈的洞室開挖碎石及片石，小于2.36mm細(xì)粒料含量不得大于5%。

（2）坡頂及坡面修整后，需鋪筑石籠進(jìn)行壓坡，石籠的坡率原則上不陡于1∶1，石籠鋪筑高度根據(jù)邊坡開挖高度調(diào)整。

（3）首層石籠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)邊坡的實(shí)際情況，設(shè)置2～3排，其余每層設(shè)置1排。各層石籠采用間排布置，層間采用鋼絲纏繞固定成整體。

3 結(jié) 論

2013年9月，上下水庫連接路開工建設(shè)，經(jīng)過了建設(shè)期兩個(gè)完整的冬季冰凍和春季消融的過程，采用本文提出方案后，尤其是鋪設(shè)鉛絲石籠處理路塹涎流冰病害方案，有效控制了涎流冰。該連接路2016年10月通車，經(jīng)過4年的運(yùn)營，上述部位涎流冰路段排水順暢，無凍漲現(xiàn)象，效果良好。