多年冻土区公路边沟特点及环境保护技术

（1） 区域特征

普通地区道路工程的防排水工程设计时，一般根据规范要求和现场地貌、水文地质等条件采用常规方法来进行设计，常采用的措施有挡水埝、浆砌片石排水沟和天沟、预制排水沟、支撑渗沟及盲沟等，实践表明这些措施在普通地区都能满足工程设计要求。而在多年冻土地区，由于受基底土体冻胀、融沉的往复作用，普通地区道路工程中常采用的防排水工程措施易出现裂缝、变形，在雨季雨水经裂缝或变形位置下渗进入周围土体而导致随后更严重的冻融病害出现，造成恶性循环，最终使得工程措施破坏、失效。

（2） 青藏公路排水沟病害及形成机理

青藏公路运营的实际情况和2014年8月对青藏公路多年冻土区路基排水渠道病害的现场调查结果显示，受高原气候条件的限制，多年冻土区路基排水渠道每年都遭受严重的冻融破坏。排水沟病害主要表现形式和形成机理如下。

1） 渠道混凝土板（块）的酥化、裂纹及断裂

青藏高原地区气温日变化温差较大，且一年中出现正负温交替的时间较长。混凝土在凝结硬化过程中会形成许多毛细孔隙，在青藏高原的雨季，毛细孔隙中的水在负温条件下结冰而产生体积膨胀，当压力超过混凝土能承受的应力时，混凝土内部就会产生微裂缝，导致孔隙变大。经往复的冻融作用，混凝土内损伤逐渐扩大、积累，使得裂缝相互贯通和强度逐渐降低，形成混凝土的破损。高寒地区质量有缺陷的混凝土常发生这种破坏，首先是混凝土表层酥松、剥落，然后向深部发展，以致完全破坏。

2） 排水沟内渗水、积水

土、水、温度作为影响土冻胀敏感性的主要因素，其三者互相影响。青藏铁路多年冻土区排水渠道破坏较严重的地段，基底土体大多数属于冻胀敏感性土质且含水量较大。在寒季，排水沟周围的土体冻结后体积增大易产生冻胀，从而导致排水渠道混凝土槽之间衔接处出现错开变形和侧向受水平冻胀力作用的水平裂缝。在暖季，一方面因施工改变了排水沟周围地表的热环境，另一方面排水沟混凝土材料热传导系数相对土体来说较大，因此在暖季传入排水沟周围土体中的热量增大，使得基底的冻结土体融化及下卧多年冻土温度升高或融化，从而诱发融沉变形。在寒暖季往复交替的作用下，排水沟基底周围土体的冻融循环同时也使得土体密实度改变，不但会引起排水沟结构的不均匀变形发生，且为地表水的下渗提供了更有利的通道。雨水会顺排水沟渠的混凝土板（块）的变形处和沟边两侧土体而下渗，再加上多年冻土区上限的埋深大多数在3～4 m，从而导致排水沟局部基底发生更大的融沉现象。

对于排水渠道这种线性工程来说，有意义的不是排水沟基底冻胀的绝对数值，而是在纵、横方向上基底土体冻胀的不均匀程度。寒季排水沟周围土体冻胀的不均匀性导致暖季融沉的不均匀变形发生。如排水沟局部基底的融沉变形量较大，易使排水沟渠的纵向排水坡度发生变化，从而导致排水沟内的水不能顺利排出而产生积水现象，造成恶性循环。

（3） 不同形式排水沟的适用条件和优缺点

青藏高原地区公路，如共玉公路，排水工程设计中采用了现浇混凝土排水沟、干砌片石（卵石）排水沟、铺草皮排水沟三种形式的排水沟，三种排水沟都有各自的适用条件和优缺点：(www.xing528.com)

① 现浇混凝土排水沟。造价高，施工工艺复杂（需要立模板、养护），适应融沉变形能力弱，但排水能力强，排水顺畅，稳定性好，适用于路基汇水集中或纵坡较大的路段。

② 干砌片石（卵石）排水沟。造价中等，适应冻胀融沉变形能力较强，排水能力较强，易积水，稳定性较好，适用于多年冻土路基。

③ 生态排水沟。造价低，美观与环境协调一致，适应冻胀、融沉变形能力强，排水能力较弱，易积水，稳定性差，适用于路基汇水较小、纵坡较小的路段。

从技术经济性，稳定性，对冻胀、融沉变形的适应能力，与环境协调性和适用条件等几方面对三种结构形式的排水沟进行对比，见表7—2。

表7—2　三种形式的排水沟对比表

（续表）

路面径流污染指在降雨过程中雨水及其形成的径流流经路面时携带路面沉积物直接排入水体而造成水体污染的一种面源污染，公路路面径流污染主要来源于降雨对路面累积物的冲刷及突发危险品事故，所以路面沉积物是路面径流污染的主要来源，路面径流污染的性质是由路面沉积物的组成决定的。公路路面累积污染物的种类和来源比较复杂，包括机动车辆的通行（机动车辆尾气排放中的污染物）。