吉延高速公路涎流冰分析与防治

2012-07-02赵文丁刘东亮

长春工程学院学报（自然科学版） 2012年1期

赵文丁，刘东亮

（吉林省交通规划设计院，长春130021）

涎流冰在我国季冻区的公路建设中经常遇到，其危害性相当大，一般可分为沟谷涎流冰和山坡涎流冰。沟谷涎流冰是沟谷漫流的泉水和冰雪融水冻结形成；山坡涎流冰则由山坡或路基挖方边坡出露的地下水冻结形成。

吉林至延吉高速公路敦化至延吉段位于吉林省东部山区，属寒温带大陆性气候。冬季寒冷多雪，夏季短暂、降雨量较大。沿线地质构造复杂，岩石风化严重、裂缝多。山坡表层多为腐植土，下层为风化岩，局部为第四纪松散坡积、洪积物（风化砂砾、碎石土、砾石土）。沿线地势起伏较大，为降低越岭标高，局部路段产生深挖路堑。寒冷的气候条件、山区丰富的降水，使破碎的岩层储藏了充沛的地下水，下渗形成层间水、裂隙水，造成了地下水的露头，冬季易产生涎流冰。

1 涎流冰的形成

在设计及施工过程中，为掌握涎流冰［1－2］的形成、类型、特点及其规模，分别在冬春等不同季节多次对全线进行详细的勘察和观测，全线共发现21处涎流冰，按其成因分为2类：即沟谷涎流冰2处，山坡涎流冰19处。

1.1 沟谷涎流冰

沟谷涎流冰［3－4］是沟谷漫流的泉水和冰雪融水冻结形成。当沟渠排水不畅或受桥涵所阻时，冰面隆起形成冰壅。其特点是涎流冰发生的地点常年固定不变，一般在每年的11月中下旬形成，翌年的5月份消融。图1是吉延高速K60处沟渠排水不畅形成涎流冰，图2是吉延高速K61处涵洞孔径过小阻水形成涎流冰。在遇到丰水年或沟谷汇水面积较大时，涎流冰蔓延的范围可能更大、冰层更厚。

图1 吉延高速K60涎流冰

图2 吉延高速K61涎流冰

1.2 山坡涎流冰

山坡涎流冰［6］是由山坡或路基挖方边坡出露的地下水冻结形成。路基开挖后，切割破坏了地下含水层，造成地下水的露头，经冻结作用形成涎流冰。其特点是涎流冰多见于挖方路段山坡的中、下部，且阴坡比阳坡多，由于受地形及地质构造等因素的影响，造成地下水的分布不均匀，且水流方向不一。按含水层的深浅及地下水露头的位置划分，它们分别由表层滞水、深层滞水和承压水形成。

1.2.1 表层滞水

表层滞水带多由腐殖土与透水性良好的风化岩组成，其下为不透水的岩层，一般情况下降水在下渗后沿着不透水的岩面流动。施工中由于开挖路基，引起地下水的露头沿着坡面流出，在冬季时经冻结作用形成涎流冰。全线由表层滞水形成涎流冰共发现7处，其特点是滞水层厚度较薄，地下水从挖方路基中流出，其水量直接受降雨（雪）量的影响，局部形成小水流，在冬季时形成涎流冰。图3是吉延高速K59处由于开挖路基引起地下水的露头形成涎流冰。

图3 吉延高速K59涎流冰

1.2.2 深层滞水

在路基挖方较深时，穿过含水量较大的第四纪松散坡积、洪积或风化岩层，由于滞水层厚，导致地下水在挖方路基的坡面上流出，在冬季时形成涎流冰。全线由深层滞水形成涎流冰共发现10处，其特点是层间水供应充分，地下水从挖方边坡中流出，其水量直接受年降雨（雪）量影响，形成径流，在冬季时形成涎流冰。

1.2.3 承压水

在深挖路堑、大岭段坡脚处，沿线土质表层多为风化砂，其下为节理发育砂岩。开挖边坡后，边坡的层间水大量涌出，而且路堑底部的承压水还宜涌出地面，在冬季时形成涎流冰。全线由承压水形成涎流冰共发现2处。其特点是承压水喷出点位置常年固定不变，水温高，涌出时间长，淹没范围大。由于地下水供应充足，因此冬季形成大面积涎流冰。

2 防治措施

对涎流冰的防治，首先要加强对山体边坡和地下水调查，通过分析和预测发生的可能性，设计中设置相应的防护措施。结合涎流冰形成的类型、特点和规模，有针对性地采取了排、挡、积、截等4种措施对吉延高速涎流冰进行了治理，并取得了较好的效果。

2.1 加强勘测设计

要杜绝公路涎流冰，设计是关键。转变设计理念，合理设计是涎流冰防治的根本。工程设计人员必须认真调查研究沿线沟谷、河流的水流情势及水流结构情况，预测未来发生地质灾害的类型、位置、范围及其尺度，提出相应的对策和设计，采取相应的处理措施。只有在设计中充分考虑了根治涎流冰的要求，才能避免将可能的涎流冰隐患留给管理养护部门处理。

2.2 加大涵洞孔径

原设计在K49及K61处分别设置了1～3.4×2.5m和1～3.4×1.5m盖板涵。针对K49及K61处涎流冰问题，考虑到上游沟谷漫流的泉水和冰雪融水冻结形成沟谷涎流冰以及由于涵洞孔径过小引起水流排泄不畅形成沟谷涎流冰，所以采用加大涵洞孔径的方法，分别改为2～3.4×2.5m和2～3.4×1.5m盖板涵，还对上下游沟谷进行了清理整治，能确保水流的通畅和顺利宣泄。

2.3 设置聚冰坑及挡冰墙

对于挖方边坡露出地下水，由表层滞水引起山坡涎流冰的，可分别采取在坡面上游设置聚冰坑与挡冰墙的设施来解决。对于挖方边坡后涌水量不大的，可在路基上方采用超挖边坡，设置聚冰坑的设施来解决。对于挖方边坡后涌水量稍大的，可在路基上方采用超挖边坡，再采用聚冰坑与挡冰墙配合使用，以引导坡面层间水经挡冰墙流入边沟，由纵向排出，以防冬季涎流冰上路。

2.4 设置渗池及盲沟

对于地表滞水层较厚、水量大的冲积扇或坡积的挖方，层间水多属深层滞水或承压水。应根据其渗透系数计算出渗透流量，并与排水沟的设计流量相对比，进行纵、横渗池和盲沟等地下排水的综合设计，结合传统地下排水方法，使地下排水设施更加完善。其中横向盲沟拦截和规范了水流，使层间水与裂隙水沿着横向盲沟流入到纵向渗池中，再经盲沟排出路基范围以外。

全线采用渗池及盲沟排水共10处。渗池采用Φ100mm透水管积水，盲沟采用Φ50mm透水管排水。渗池和盲沟均应设置在透水性的土壤中，可以降低地下水位，使地下水从1.5m以下部位排出，保证了路基的稳定。

3 整治效果

吉林至延吉高速公路工程始建于2003年10月，在建设期间，经过冬春两季对涎流冰的跟踪观测，发现各处涎流冰均得到有效的控制。全线于2008年9月竣工通车，到目前为止，全线尚无冻胀现象，地下排水设施纵、横向盲沟排水系统畅通，聚冰坑及挡冰墙工作良好，特别是K49及K61处涵洞孔径加大及河道清理后，水流畅通，无冰塞现象，无涎流冰上路。图4是吉林至延吉高速公路成功治理涎流冰的防护措施。