大兴安岭公路冰湖形成机理及防治措施

大兴安岭公路冰湖形成机理及防治措施

0冰湖的出现,产生路面翻浆在中国东北部的大兴安岭林区，冬季冰雪湖通常出现在道路两侧。冰湖是林区公路勘测、设计、施工和养护中的严重病害之一。它覆盖公路以后,使路面凹凸不平产生冰坎,甚至堵塞边沟等排水系统;到了春融期,冰湖又会造成路面翻浆。林区公路中冰湖的存在不仅降低运输效率,还有可能威胁运输安全,直接影响了林区的木材生产及交通运输;所以急需摸清冰湖的形成机理和形成条件,并采取相应的防治措施。1地表压水顶板土壤温度变化大兴安岭林区冬季气候严寒,在夹有泥炭层的沼泽湿地地表下面常年保持着冰冻的冻土层,每年降雨淤积在冻土层上,形成地表水。在冬季由于气温逐渐降低,地表逐渐冰结并逐渐增厚,由地表向地下延伸自然形成一个压水顶板。这样地表水处于承压或超压状态。特别又遇到了下面的冻土层或不透水岩石作为底板,在上下双向冻层之间的土壤中的水的含量逐渐增加,水的压力也逐渐加大,在地表开挖的边坡或地表土层薄弱处冲出,流渗出来,夏季为泉,冬季涎流水流出地表遇冷则冻,成为涎流冰。涎流冰淤积在一起,逐渐加大增高,形成了小湖一样的冰体,即为冰湖。由于修建公路时破坏了地表,所以在公路边缘冰湖形成的概率更大。2早计划、早预防、早处治冰湖防治技术的关键在于摸清和掌握冻害地段的气候条件、水文地质、地形地势、岩层走向等主要因素,或者在必要勘测的基础上,采用针对性较强的工程防治方案,争取早计划、早预防、早处治,以便最大限度地降低冰湖对林区木材生产和交通运输带来的负面影响。目前,冰湖治理的方法比较多,每一种方法都有其具体的适用性,我们应该结合实际工程情况分析选用。2.1非冻害防治方法在大兴安岭林区,冻土层的厚度与森林分布有密切关系。凡水藓类植物生长旺盛的地方,多年冻土的厚度就较大,地温亦较相邻地段低,一般沼泽地比非沼泽地低1～2度。在沼泽湿地地段上修筑公路以后,冻土层温度升高,冻土上限降低,甚至退化,失去了原来的自然平衡状态,活动层中的水夏季逐渐集于低洼处,冬季则成为沼泽湿地涎流冰。在这种地形条件下,采用积水沟的办法来防治冻害为好。积水沟防冻工程主要是聚集和引导地下水储存起来,不使其蔓延上路,如图1所示。对积水沟工程设计的要求是垂直于地下水流向,沟的断面和长度要因地制宜确定。涎流水流量的测定,可采用容积法、三角堰法或梯形堰法。一般最实用的测定就是根据观察涎流冰历年最大聚冰量而定。2.2用嫌犯加表的方法治理冰湖林区公路大多都是延着山脉的沟系修筑的,在局部地带,由于修筑公路时切割了山脉的前缘部分,破坏了水系的天然平衡,很容易形成涎流水,导致冰湖病害的产生。在这种地形条件(山坡较陡)下产生的冰湖适合用刨眼法治理。刨眼法的实质就是提前放水,降低蓄水空间的蓄水量,削弱冻结层间水的承压力。具体做法是在山坡每隔80～100厘米,用尖镐刨23～30厘米深的孔眼或长条沟,这样水就会慢慢涌出,漫流到地表面冻结成冰。一般由山下向山上刨,这样就会逐渐把冰引上山,有人称这种方法叫“引冰湖上山”,见图2。2.3可加入大量的覆盖层冻结带也叫冻结沟,是利用负温度冷冻含水层拦截地下水的方法。它适用于山坡平缓,含水层和覆盖层都不厚,而且动力、涌水量都不大的山脚下的涎流水。设计施工时应在公路边坡以上三米之处开挖,挖至含水层为止,如图3所示。2.4排水系统暗沟法山地沟谷出口地貌多为扇状,三面环山,一面开阔,属山间洼地沟谷地形,沟口斜地是洪积扇。水流自山地沟谷流至山麓出口处,因流速剧减,所携地表碎杂物质堆积而成,外形似张开褶扇。自扇顶向前缘,地面逐渐降低,堆积物逐渐变细。洪积扇上有沼泽地,生长着喜水植物,其下有泥炭层。此处公路切割了扇的前缘部分,每年冬季冰水从堑坡溢出,漫淹公路。这种情况宜用渗水暗沟法,以渗流汇集地下水,横穿路堤,将水在路堤下导出。对于渗水暗沟设计要求,地下水流向与公路基本垂直,地下水溢出呈群体分布。首先要采取汇集段5%和排水段6%左右的降坡,其走向可采用折线方式布设。渗水沟距线路22米左右,沟内岩石要有透水性,控制好流量、流速和水力坡度。沟内结构。沟内回填从洪积扇上部取块石或卵石(粒径8～30厘米),渗沟靠公路一侧用3毫米厚低压聚乙稀塑料隔水挡板,作为防渗设施,性能可靠。地下水渗入一侧,按滤水层平均粒径1:4设反滤层。保温层由两层结构结成,下层为塑料编织袋里面装填锯屑,上面为50厘米的碎石土。出水口是保证使沟内水流排出的渗井,口径是2×2米,深6米,底部与河床融区连通,渗井充填透水性良好的块石,渗井上面设保温层,其结构同渗沟上面保温层相同。为了确保防冰效果,可以在渗沟靠公路一侧设积水沟或挡冰堤,见图4、图5。2.5透限制排水系统段岩石受地质作用的影响而产生裂隙,其主要岩性为海西期花岗岩、玄武岩、火山凝灰岩。这一类型地下水其储水构造主要是风化构造裂隙。裂隙汗水分为风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水。公路切穿此种岩层,或经过分水岭路段,涎流水的危害性都很大。因土质透水性好涎流水露头固定集中,所以采用透水路堤工程,分段排水,少许剩余的水用挡冰堵截作综合处理。透水路堤设计要求轴线垂直公路并分别连接公路两段侧地下水,其结构为:填透水岩,岩石粒径为8～30厘米,深度应挖到多年冻土层上限,使透水路堤不会冻死,保持长流水,厚度为2米,宽3～5米,见图6。档水堤在公路边沟外侧,可采用煤灰、混合土或雪水加冰砌筑,其工程量可视病害大小