寒冷地区电站路基涎流冰病害处理方案

2022-06-25刘英伟汤飞熊

水电站设计 2022年2期

刘英伟，汤飞熊

（中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024）

0 前言

涎流冰病害主要分布在我国北方寒冷地区和南方高寒山区以及青藏高原。在寒冷的气候条件下，地下水或者地面水漫溢到地面或者冰面上，从下而上逐层冻结，形成涎流冰。一般发生涎流冰是在冬季和初春，持续时间一般为4～5个月。在冬季封冻前后，气温逐渐降低，涎流冰开始形成；随着气温持续下降，涎流冰不断蔓延加厚并发展到高峰阶段，冬末春初气温回升，在日照及昼夜温差的影响下，涎流冰在白天消融，夜间冻结，处于融冻交替阶段；到春季以后，气温逐渐升高，涎流冰开始融化并逐渐消失。涎流冰的厚度一般为数厘米到数米［1］。

涎流冰分为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边坡上出露的地下水而形成的涎流冰。河谷涎流冰由沟谷漫流的泉水、溪水、地面水和融雪水形成，或沿河流浅滩以及在已冻结的河面上，由承压的或无压的河水形成的涎流冰［2］。

针对涎流冰病害优先选择避让方案，即通过合理布置路线达到绕避涎流冰的目的。若无法通过绕避达到目的，则采用桥涵的跨越方案，其次采用不切断含水层的路堤填筑方案。由于方案受限，在不得不采用挖方路堑方案时，采取挡、排、截等综合防治措施加以治理［3-4］。本文通过对吉林敦化抽水蓄能电站上下水库连接路路基涎流冰病害处理方案的研究，提供了一种路堤、路堑及低填浅挖路段的处理方案。

吉林敦化抽水蓄能电站上下水库连接路施工过程中出现多处涎流冰病害，属山坡形涎流冰病害。上下水库连接路设计标准为三级公路，设计速度30 km／h，其中1号路至2号渣场段（K0＋000.000m～K1＋600.000m）路面、路基宽度分别为8.0m、9.5m，2号渣场至上水库段（K1＋600.000m ～K15＋321.784m）分别为6.5m、7.5m，且为水泥混凝土路面，荷载等级为汽车-40级，路线全长15.322km。敦化电站典型路基挖方边坡形成的山坡涎流冰见图1。

图1 典型路基挖方边坡形成的山坡涎流冰

1 涎流冰病害形成原因

涎流冰覆盖道路会造成行车道光滑、不平，或形成冰坎、冰槽等，轻则阻塞交通，重则容易出现因打滑导致的翻车事故；涎流冰阻塞桥涵会阻碍融雪洪流在桥下顺畅通过，造成路基与桥涵的水毁；涎流冰消融，水分下渗，还可能引起公路翻浆、路基下沉、边坡坍塌等病害［1］。产生病害的主要原因有以下几个方面。

1.1 水

水是酿成涎流冰的主要原因。工程区夏季多雨、冬季多雪，多年平均降水量为802.9mm，降水量大地下水位高，且多有地表明流，为涎流冰的形成提供了充分的补给水源。

1.2 气温

工程区位于寒冷地区，上水库多年平均气温-2.6℃，月平均气温以1月最低，为-24.2℃，最高的7月份平均气温15.5℃；极端最低气温-44.3℃，极端最高气温30.2℃。下水库多年平均气温0.9℃，月平均气温以1月最低，为-20.7℃，最高的7月份平均气温19.0℃；极端最低气温-40.8℃，极端最高气温33.7℃（见表1）。

表1 敦化抽水蓄能电站上下水库气象要素计成果

1.3 地形地貌

涎流冰主要见于山岭区或重丘陵区。上下库连接路沿线地形坡度约2°～10°。出露地层为第四系残坡积层和基岩全风化层：残坡积层组成物质为腐殖土、块石、块石土，厚度2～5m，块石层多具架空结构；基岩为正长花岗岩，全风化带厚度5～8m，强风化带厚度1～3m。

1.4 植被

上下库连接路植被茂密，多为落叶林。落叶经过多年沉积、腐蚀形成良好的保温层，加之块石、孤石的架空，冬季也能够形成流水层。冬季流水流至覆盖层不发达处，或路基开挖导致流水层出露时，逐渐冻结形成涎流冰。

2 处理措施

涎流冰地区的道路设计，以预防为主、防止结合为设计原则。一般按照修建桥涵、对地面排水构造物的保温及设置渗沟、盲沟等地下排水措施等方式进行处理。由于上下水库连接路受到地质条件特殊、道路投资敏感、征地范围无法突破等因素限制，针对路堤、路堑及低填浅挖路基，采用了不同的设计方案进行处理。

2.1 填方路段（路基填土高度大于1.9m）

项目采用3种路基填料分层进行填筑：

第一层原有孤石、块石地表层，先清表（路基范围内的树木、灌木丛、沉积物等），然后利用挖掘机进行松动，保证孤石、块石形成稳定架构后，空隙利用就近破解块石码实填充，利用重型振动压路机碾压，处理后的表面应无明显孔隙、空洞，基底压实度不小于90%。

第二层（路堤层）利用开挖砾石土、石渣作为过渡层，粒径不超过150mm，分层碾压，填至路床底面，压实度不小于94%。

第三层路床层（80cm），填料采用级配较好、密实的砾石土、粗粒风化砂进行填筑，粒径不超过100mm，压实度不小于95%。

2.2 低填（路基填土高度小于1.9m）及浅挖路段

项目采用挖除路床顶面下1.3m范围内原有孤石、块石层；对于难以搬运的大孤石就地破解、码实摆放在换填层底面。该路段采用两种路基填料分层回填。

第一层（路床层80cm以下）利用最大粒径不超过150mm的开挖砾石土、石渣进行换填，分层碾压，填至路床底面，压实度不小于94%。

第二层路床层（80cm），填料采用级配较好、密实的砾石土、粗粒风化砂进行填筑，填料最大粒径不超过100mm，压实度不小于95%。

2.3 挖方路段

路基边坡坡顶地表水发育，出露点较多，路基边坡冲刷较严重，路堑挖方边坡采用镀锌钢丝石笼压坡处理。挖方路基涎流冰病害处理见图2。

图2 挖方路基涎流冰病害处理示意

（1）边沟、路堑挡土墙及首层第一排石笼下路基利用碎石进行换填处理，应与原路基换填部分衔接，形成碎石盲沟层，压实度不小于95%。

单个石笼为长方体，长度2m、宽度1m、高度0.5m，石笼骨架为18mm钢筋，周边采用钢丝网格，网格间距10cm，内装块（片）石，装填完成后，绑扎封盖。石笼内所填石块应选用容重大、坚硬且不易风化的石块，应达到干砌块（片）石的要求，石块不能小于石笼网眼。外层应使用大石块，并使石块棱角突出网孔，以起到保护铅丝网的作用，内层可以使用较小的石块填充。盲沟碎石应采用洁净的洞室开挖碎石及片石，小于2.36mm细粒料含量不得大于5%。

（2）坡顶及坡面修整后，需铺筑石笼进行压坡，石笼的坡率原则上不陡于1∶1，石笼铺筑高度根据边坡开挖高度调整。

（3）首层石笼根据现场边坡的实际情况，设置2～3排，其余每层设置1排。各层石笼采用间排布置，层间采用钢丝缠绕固定成整体。