祁連山地區(qū)多年凍土砂礫路面裂縫治理措施研究

劉燁

（甘肅省嘉峪關(guān)公路事業(yè)發(fā)展中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

0 引言

多年凍土砂礫路面裂縫的產(chǎn)生和擴展與多年土質(zhì)和氣候條件密切相關(guān)。祁連山地區(qū)是我國西北地區(qū)重要的生態(tài)保護區(qū)和旅游景區(qū)，其地形復(fù)雜、氣候寒冷，是典型的多年凍土地區(qū)。在這樣的自然環(huán)境下，砂礫路面容易產(chǎn)生裂縫，若不及時修復(fù)會影響道路的使用壽命和安全性。因此，對祁連山地區(qū)多年凍土砂礫路面裂縫的治理措施進行研究有重要意義。

1 路面裂縫的危害

1.1 影響行駛舒適性和安全性

路面裂縫會使路面不平整，從而對車輛行駛產(chǎn)生影響。當(dāng)車輛行駛經(jīng)過路面裂縫處時，車輪將不斷地受到顛簸，這會導(dǎo)致駕駛員和乘客的身體產(chǎn)生不適和疲勞感，從而降低行駛的舒適性。當(dāng)車輛行駛在不平整的路面上，車輪與路面的接觸面積減小，會降低車輪對路面的附著力，使車輛在轉(zhuǎn)彎或制動時容易失控，增加事故風(fēng)險。此外，路面裂縫還會損壞車輛的懸掛系統(tǒng)和輪胎，導(dǎo)致車輛的維修成本增加[1]。

1.2 加速路面損壞

路面損壞是由多種因素引起的，其中加速路面損壞的主要原因之一是裂縫發(fā)展后的水分滲透和凍融作用。路面出現(xiàn)裂縫時，空氣和水分會滲入裂縫中，在凍融作用下，水分會膨脹并引起路面材料破裂和剝落，而溫度回升時，水分會再次收縮并留下空洞，這會導(dǎo)致路面形成坑槽損壞。在交通量大、荷載重的路段，這種損壞發(fā)展得更快。

1.3 影響道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

路面裂縫不僅會影響行駛舒適性、安全性，加速路面損害發(fā)展，還會對道路的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響。路面裂縫發(fā)生并持續(xù)擴展，會使路面逐漸失去原有的密封性，導(dǎo)致路基含水量增加。當(dāng)氣溫升高或春融期到來時，路基中的冰雪會融化并向路面滲透，導(dǎo)致路面下方的土壤變得松軟且含水量增加，從而使路面產(chǎn)生翻漿現(xiàn)象，失去支撐力，導(dǎo)致路面層出現(xiàn)凸起或塌陷[2]。這種現(xiàn)象會使道路的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到嚴重威脅，如果不及時修復(fù)，會導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)變得更加松散和不平整，甚至?xí)?dǎo)致道路塌陷，從而影響交通安全和通行效率。

以祁連山某高速公路為例，通過對該公路路面病害調(diào)查及資料調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其主要路面裂縫類型為塊狀裂縫、獨立縱向裂縫和橫向裂縫三類，且裂縫嚴重路段均位于極不穩(wěn)定凍土區(qū)域（見表1），各類型裂縫均由凍融作用、橫向車輛荷載、路面排水不暢引起。

表1 高速公路沿線路面裂縫嚴重路段的凍土發(fā)育特征

2 多年凍土砂礫路面裂縫類型及成因

2.1 路面裂縫類型

2.1.1 塊狀裂縫

塊狀裂縫是一種特殊的路面裂縫形式，其主要特點是呈多邊形狀，分布在路面的一個區(qū)域，形成多塊相鄰的碎片。這種裂縫通常是由多個發(fā)展方向不一致的裂縫組合而成，形成不規(guī)則的多邊形形狀。在路面老化或荷載重的情況下，路面材料會逐漸疲勞和損壞，從而出現(xiàn)塊狀裂縫。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，路面結(jié)構(gòu)中不同材料之間的接口處出現(xiàn)裂縫，會導(dǎo)致路面材料發(fā)生位移和變形，從而形成塊狀裂縫[3]。

2.1.2 獨立縱向裂縫

獨立縱向裂縫是一種常見的路面裂縫形式，其主要特點是沿車道中心線或車道兩側(cè)分布，方向與車道的縱向方向一致（見圖1），長度從數(shù)米到數(shù)十米不等，裂縫寬度較小，通常為數(shù)毫米到數(shù)厘米之間[4]。這種裂縫通常與基層或路基的縱向變形、車輛荷載作用以及路面材料收縮等因素有關(guān)。

圖1 路面獨立縱向裂縫

2.1.3 橫向裂縫

橫向裂縫也是一種較為常見的路面裂縫形式，其主要特征是方向與車道的橫向方向一致，通常呈線狀，長度從數(shù)米到數(shù)十米不等（見圖2）。這種裂縫通常與基層或路基的橫向變形、溫度作用以及路面材料收縮等因素有關(guān)。

圖2 路面橫向裂縫

2.2 裂縫成因分析

第一，凍融作用。在冬季，路面所處的多年凍土表層會受到低溫影響而凍結(jié)，導(dǎo)致土體體積變化，形成應(yīng)力。而在夏季，路面上的多年凍土表層會融化，這種體積變化會導(dǎo)致路面材料產(chǎn)生裂縫。此外，凍融過程中，凍土表層下方的水分也會受到影響，導(dǎo)致路面下部產(chǎn)生變形，加劇路面裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

第二，車輛荷載。在路面使用過程中，車輛的行駛會對路面產(chǎn)生荷載，而多年凍土砂礫路面的承載能力有限，承受過多的荷載會導(dǎo)致路面材料發(fā)生損壞和裂縫，特別是在運輸大型物資的過程中，車輛荷載會更大，進而加劇路面裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

第三，排水不暢。在雨季或融雪期，由于降雨或融雪，排水不暢會導(dǎo)致路面上的積水長時間滯留，路面兩側(cè)的積水滲入路基，使路基土壤濕度增加，路基強度和穩(wěn)定性降低，無法承受路面上車輛的荷載，從而引起路面變形和裂縫，以及塌陷、沉降等問題，甚至造成路基整體垮塌。在雨季或融雪期路面存在積水后，車輛行駛中會產(chǎn)生水花，使路面表層更加濕滑，車輛行駛的摩擦阻力減小，從而增加車輛失控和打滑的風(fēng)險，給行車安全帶來威脅[5]。

第四，施工質(zhì)量問題。通過分析風(fēng)險工程資料，發(fā)現(xiàn)該高速公路施工過程中存在材料摻和不均的問題，導(dǎo)致路面強度和穩(wěn)定性降低，進而導(dǎo)致公路路面產(chǎn)生裂縫。在路面材料壓實過程中，沒有充分壓實，導(dǎo)致路面材料的密度不足，從而影響路面的承載能力和穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)裂縫。

3 裂縫治理措施

3.1 改善排水系統(tǒng)

第一，設(shè)置排水溝。排水溝是一種用于排除道路兩側(cè)積水的設(shè)施，其作用是收集并導(dǎo)出道路兩側(cè)的積水，避免積水長時間滯留，進而滲入路基。設(shè)置排水溝時，需要考慮排水溝的尺寸、深度、坡度等因素，確保排水溝能夠有效排水，避免排水溝堵塞和積水倒灌的問題。

第二，加設(shè)截水帶。截水帶是一種用于防止道路兩側(cè)的積水進入路基的設(shè)施，其作用是將道路表面的積水導(dǎo)向排水溝或排水溝入口。加設(shè)截水帶時，需要考慮截水帶的寬度、高度、材質(zhì)等因素，并確保截水帶與排水溝之間的連通性和通暢性，避免截水帶和排水溝之間的積水倒灌和堵塞。

第三，修建排水渠、設(shè)置雨水花園。排水渠是一種通過將道路表面的積水引導(dǎo)至特定位置的設(shè)施，其作用是排除道路表面的積水，避免積水長時間滯留。雨水花園是一種將道路表面的積水收集起來，通過植被和土壤過濾的方式凈化水質(zhì)的設(shè)施，作用是減少道路表面的積水并提高水質(zhì)。

修建排水渠或設(shè)置雨水花園時，要選擇地勢較低，能自然積水的地方，同時考察土壤的透水性，如有需要可采取土壤改良措施，使其更易滲水。保證渠道的坡度適中，以保證順利排水，避免雨水流速過快導(dǎo)致土壤侵蝕。在材質(zhì)方面，需要選擇耐腐蝕、結(jié)實且維護方便的材料，如混凝土或PVC。在雨水花園的修建方面，應(yīng)選用當(dāng)?shù)氐脑参铮@些植物對當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥烙辛己玫倪m應(yīng)性，能更好地吸納雨水。同時，應(yīng)確保植物的種植深度合理，促進水分的蓄積與滲透。

3.2 加固路基

第一，加厚路基。加厚路基可通過在原有路基上加鋪新的路基材料或在路基表層加設(shè)加筋層等方式來實現(xiàn)。加厚路基可有效提高路基的承載能力和穩(wěn)定性，從而降低路面裂縫的產(chǎn)生風(fēng)險。在加厚路基時，需要考慮路基加厚厚度、路基材料的選擇、加筋層的設(shè)置等因素，確保加厚路基的質(zhì)量和穩(wěn)定性[6]。

第二，更換路基材料。更換路基材料時，可以采用高強度、高穩(wěn)定性的路基材料替代原有的路基材料，從而提高路基的承載能力和穩(wěn)定性。選擇路基材料時，需要考慮材料的力學(xué)性能、穩(wěn)定性和耐久性等因素，并確保新材料與原有路基材料的兼容性。另外，采用地質(zhì)材料改良劑也是提高路基抗壓強度和穩(wěn)定性的有效措施之一，可降低路面裂縫的產(chǎn)生風(fēng)險。采用地質(zhì)材料改良劑時，需要考慮改良劑的種類、用量、混合比例等因素，并確保改良劑與路基土壤的協(xié)同性。

3.3 采用抗裂材料

在砂礫路面施工過程中，采用抗裂材料是提高路面抗裂性能和延緩裂縫產(chǎn)生的有效措施之一。改性瀝青是一種常用的抗裂材料，其作用是通過改變?yōu)r青的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，提高路面的抗拉強度和延展性，從而延緩路面裂縫的產(chǎn)生。使用改性瀝青時，需要考慮瀝青的類型、用量、混合比例等因素，并確保改性瀝青與砂礫路面的兼容性。

纖維素是另一種常用的抗裂材料，在瀝青混合料中添加纖維素，能提高混合料的韌性和抗拉強度，從而延緩路面裂縫的產(chǎn)生。使用纖維素時，需要考慮纖維素的類型、用量、混合比例等因素，并確保纖維素與砂礫路面的兼容性。不同類型的纖維素，如玻璃纖維、聚酯纖維、碳纖維等，各具特點，因此選擇纖維素類型時，不僅要考慮其強度，還需考慮其在瀝青中的分散性、吸濕性及成本。此外，纖維素的用量會直接影響瀝青混合料的性能。過多的纖維可能導(dǎo)致混合料過于稠密，影響其工作性；過少則可能難以有效發(fā)揮其抗裂效果。因此，需要經(jīng)過多輪試驗確定最佳的添加量。

3.4 定期養(yǎng)護與維修

在砂礫路面的使用過程中，定期養(yǎng)護和維修也是保障路面性能和使用壽命的重要措施之一。定期檢查路面的裂縫和損傷情況，及時發(fā)現(xiàn)和記錄路面裂縫的位置、長度、寬度等信息，并根據(jù)裂縫的類型和程度，考慮檢查的時機、方法、工具等因素，確保檢查的全面性和準(zhǔn)確性，并制訂相應(yīng)的維修措施，能夠避免裂縫進一步發(fā)展。

填補裂縫時，需選用適當(dāng)?shù)奶钛a材料，如瀝青混合料、砂石料等，考慮用量、混合比例等因素，并采取適宜的工藝，達到有效填補裂縫的目的，從而保證填補質(zhì)量、延長路面的使用壽命。

此外，封縫處理也是一種有效的方式，主要是在路面表層涂覆一層封縫材料（如瀝青封縫膠等），封閉路面表層的微小裂縫和孔隙，防止水分和雜質(zhì)進入路面內(nèi)部，從而防止裂縫的進一步發(fā)展。進行封縫處理時，需要考慮封縫材料的選擇、用量、施工方法等因素，以確保封縫質(zhì)量，減緩路面老化速度，延長路面使用壽命，提高車輛行駛的安全性和舒適性。

4 結(jié)語

文章對祁連山地區(qū)多年凍土砂礫路面的裂縫問題進行了分析，認為裂縫的主要成因與該地特殊的地質(zhì)和氣候條件息息相關(guān)。為解決這一問題，提出了一系列具有針對性的治理措施。其中，改善排水系統(tǒng)、加固路基、使用抗裂材料及定期養(yǎng)護維修是關(guān)鍵所在。并且，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進步，治理策略也需要不斷更新和優(yōu)化，未來的研究方向應(yīng)聚焦新材料的研發(fā)、環(huán)境因子的深入分析以及凍土路面的長期穩(wěn)定性等方面，進而為祁連山地區(qū)帶來更為持久和高效的裂縫問題解決方案，保障道路交通安全與暢通。