關(guān)于高寒區(qū)凍土路基施工的幾點(diǎn)看法

■馮大財(cái) ■四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610041

國(guó)道213 線四川藏區(qū)松潘境內(nèi)高海拔高寒區(qū)公路改建工程項(xiàng)目，是我司修筑較典型的高寒高海拔地區(qū)公路之一(海拔均高3400m，常年平均氣溫低，暖濕，冷干，晝夜溫差大，冰雪期實(shí)際最低溫度多低于-20°)，屬于多年凍土路段。該公路的優(yōu)化改建對(duì)促進(jìn)少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，完善地區(qū)公路網(wǎng)，提高當(dāng)?shù)乜篂?zāi)保畜能力，維護(hù)民族團(tuán)結(jié)，加強(qiáng)所在地區(qū)環(huán)境與生態(tài)保護(hù)等均具有重要的意義。由于多年凍土是在特定的氣候，水文和地質(zhì)條件下，經(jīng)過(guò)幾千年甚至上萬(wàn)年的綜合因素作用而形成的，一旦遭到破壞，將造成無(wú)法逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重后果，故施工過(guò)程中力保凍土不融化和少擾動(dòng)是進(jìn)行各項(xiàng)施工工作的基本原則。

1 凍土概念、分類、分布地區(qū)及特點(diǎn)

結(jié)合對(duì)高寒高海拔區(qū)域氣候，巖土特點(diǎn)等各相關(guān)因素的切身認(rèn)識(shí)，結(jié)合有關(guān)資料，具有負(fù)溫或零溫并含有冰的土類和巖石均為凍土。按凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間分為短期凍土(從幾小時(shí)到幾晝夜者)，季節(jié)性凍土(持續(xù)時(shí)間不到一年)及多年凍土(持續(xù)時(shí)間兩年或兩年以上)。

我國(guó)凍土主要分布在青藏高原和東北部分地區(qū)、在西部地區(qū)部分高原高寒地帶分布也較廣。在長(zhǎng)期荷載的作用下，多年凍土的抗壓強(qiáng)度比瞬時(shí)荷載作用要小很多;由于冰和未凍土的存在，會(huì)呈現(xiàn)強(qiáng)烈的流變性等特點(diǎn)。

2 凍土對(duì)道路工程的危害

從施工實(shí)際并結(jié)合相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，凍土對(duì)土的物理、力學(xué)等性質(zhì)有很大不良影響。較普遍的情況的是，在開挖路基時(shí)，會(huì)使含有大量冰的凍土融解，造成邊坡坍塌、路基沉陷、路面翻漿;甚或有基底的冰丘、冰椎導(dǎo)致路基膨脹，使路基、路面開裂與變形，而當(dāng)其融解后，路基又會(huì)發(fā)生不均勻沉陷，造成公路路面的二次破損。因此在高寒高海拔地區(qū)筑路施工，需采取特殊辦法與措施來(lái)消除或減小凍土對(duì)公路工程的危害。

而在國(guó)道213 線四川藏區(qū)松潘境內(nèi)高海拔高寒區(qū)公路改建工程的建設(shè)過(guò)程中，因該區(qū)域海拔從2900m 攀升到3900m、季節(jié)性及晝夜溫差大，多年凍土分布較廣，在施工過(guò)程中尤其注重對(duì)多年凍土路基施工技術(shù)進(jìn)行探究。

3 多年凍土分類

比照中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ118 -98)，多年凍土以融沉為指標(biāo)，按其融沉性分類，根據(jù)土的類別、土中含水量和融沉系數(shù)，分不融沉、弱融沉、融沉、強(qiáng)融沉和融陷等五類。不融沉為少冰凍土，弱融沉為多冰凍土，融沉為富冰凍土，強(qiáng)融沉為飽冰凍土和融陷為含土冰層。

4 凍土的基本性質(zhì)

(1)強(qiáng)度。凍土強(qiáng)度是指凍土抵抗破壞的能力。影響土的強(qiáng)度因素很多，如含水量、凍土構(gòu)造、含鹽量、土的成分及負(fù)溫等。當(dāng)含冰量較少時(shí)，其強(qiáng)度比一般暖土高不太多。當(dāng)含冰量較大時(shí)，強(qiáng)度最大。其次，影響凍土強(qiáng)度的還有凍土的構(gòu)造，如整體狀構(gòu)造的強(qiáng)度較高。最后還有溫度，溫度越低，凍土強(qiáng)度也越高。另外，凍土鹽漬也是影響其強(qiáng)度的一個(gè)不可忽視的因素，鹽漬越大，凍土強(qiáng)度越低。

(2)融化強(qiáng)度。在融化狀態(tài)下，凍土抗壓、抗剪強(qiáng)度明顯下降，特別是含水量大的凍土，下降更明顯，這也是多年凍土地區(qū)地基融陷的重要原因。

(3)流變性。流變性是凍土的重要性質(zhì)。當(dāng)遇外力作用時(shí)，凍土比一般土的應(yīng)力和應(yīng)變隨時(shí)間變化的現(xiàn)象更明顯。

(4)凍脹、凍脹量和凍脹力。水由液態(tài)變成固態(tài)其體積會(huì)增大9%，當(dāng)土中的水在變成冰的過(guò)程中體積膨脹到足以引起土顆粒之間相對(duì)位移時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致土的體積膨脹，從而使得土體受力狀態(tài)的改變，進(jìn)而導(dǎo)致路基工況的相應(yīng)改變。

(5)融化及沉陷。據(jù)“(4)”可知，當(dāng)多年凍土中的冰轉(zhuǎn)化為水時(shí)，使凍土產(chǎn)生體積收縮和孔隙率減少，會(huì)導(dǎo)致土體下沉，同時(shí)使土的強(qiáng)度降低，進(jìn)而常常引發(fā)路基的不均勻沉陷。

5 凍土地區(qū)路基施工

凍土路基施工需要在掌握實(shí)際情況后優(yōu)化施工方案、注重抓住關(guān)鍵有利凍土施工的時(shí)間段，結(jié)合凍土施工特點(diǎn)組織施工。

施工中嚴(yán)格遵循保護(hù)凍土，盡量少擾動(dòng)凍土的原則。高寒高海拔地區(qū)公路，為了使路基施工后仍處于熱學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，一般均采取路堤形式，尤其在厚冰發(fā)育地段。并會(huì)盡可能避免零填或淺挖斷面，以免造成重?zé)崛诔料莸炔『?，?duì)于弱融沉或不融沉的多年凍土地區(qū)，路基施工一般是按融化原則進(jìn)行。路基排水與加固除滿足水力和土力條件外，還要考慮由于施工因素引起的熱力變化，導(dǎo)致多年凍土層上層上限的下降帶來(lái)的不利影響。

(1)施工前的準(zhǔn)備。熟悉設(shè)計(jì)資料及當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)水文、地質(zhì)、氣候等資料，結(jié)合資料現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)道路通過(guò)區(qū)域凍土分布區(qū)域、類型、凍土上限、冰層上限、地面水、地下水、其它不良地質(zhì)情況(熱融湖(塘)、冰丘、冰椎等)。比選并優(yōu)化凍土路基施工組織設(shè)計(jì)。做好凍土區(qū)域測(cè)量等前期準(zhǔn)備等工作。

(2)填方路基。填方路基排水、基底處理、取土區(qū)域、填料、壓實(shí)對(duì)路基質(zhì)量影響很大，高寒高海拔凍土地區(qū)路基更需注重上述因素的影響。

根據(jù)“多保護(hù)少擾動(dòng)”原則，當(dāng)路基在永久凍土的富冰凍土，飽冰凍土或含土冰層地段時(shí)，必須保持路基及周圍的凍土處于凍結(jié)狀態(tài)，故排水系統(tǒng)與路基坡角應(yīng)保持足夠距離，高含冰量?jī)鐾良新范危瑖?yán)禁坡腳滯水，路側(cè)積水，邊坡應(yīng)及時(shí)鋪填草皮(避免在做排水設(shè)施施工時(shí)，破壞地表的天然狀態(tài)，從而擴(kuò)大外界氣溫影響，導(dǎo)致凍土層上限的下降，影響溝渠和路基的穩(wěn)定)。根據(jù)施工成功實(shí)踐，排水溝與坡腳距離不宜小于2m，沼澤濕地不宜小于8m，飽冰凍土及含土冰層地段，避免修建排水溝和截水溝。

當(dāng)冰層不厚，基底為含冰過(guò)多細(xì)粒土?xí)r，先用砂礫石、碎石等透水性材料換填壓實(shí)，再填路基;當(dāng)為低洼沼澤地段時(shí)，由于排水困難，底部設(shè)置毛細(xì)水隔離層，其厚度在路堤沉降后至少高出水面0.15m，并于其上鋪設(shè)反濾層。在此期間應(yīng)勤測(cè)量，注意預(yù)留路基沉降高度，待路基沉降滿足設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行路面施工。

取土場(chǎng)要設(shè)在遠(yuǎn)離路基的地方，以使開挖后的取土場(chǎng)在出現(xiàn)凍土融化狀況后，也不至于對(duì)路基的穩(wěn)定構(gòu)成危害。取土應(yīng)保證不影響路基質(zhì)量，嚴(yán)格控制取土深度，以不超過(guò)最大凍深為宜，這樣做的原因是凍土層被挖走后下層的凍土?xí)幸徊糠秩诨?，這時(shí)部分融化了的冰會(huì)在取土場(chǎng)表面形成水層，因?yàn)樗谋匦Ч?，就避免了凍土的進(jìn)一步融化。土被取走后，下部會(huì)有平均0.65m 左右深度的凍土融化，再下面的凍土基本為原始狀態(tài)。如果因條件所限確需就近解決部分填料時(shí)，也應(yīng)在距路基坡腳10m 以外取土為宜;斜坡地表的路堤，取土場(chǎng)應(yīng)設(shè)在上坡一側(cè)更便于保證路基施工質(zhì)量。對(duì)于有坡度的坑底，要做到及時(shí)排水，保證水能及時(shí)暢通的排出。

填料不能用凍土塊、草皮層及沼澤地含草根的濕土及其它不宜作路基填料的土填筑路基，宜選用細(xì)粒土，因?yàn)槠浔馗羲阅茌^好。當(dāng)不得不用透水性差的填料(如粘土)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)控土的濕度，保證其在碾壓時(shí)的含水量不超過(guò)最佳含水量的±2%為宜。當(dāng)路基通過(guò)湖塘等富水路段時(shí)，其水下部分必須用具有良好滲水性的填料，并應(yīng)高出最高水位0.15m 以上。

路基應(yīng)劃格分層填筑，每填筑到規(guī)定層厚均應(yīng)分層碾壓，成型后的路床強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，用設(shè)計(jì)或規(guī)范規(guī)定的碾壓設(shè)備(如15t 或20t 壓路機(jī))或等效碾壓機(jī)械按規(guī)范規(guī)定碾壓工藝進(jìn)行碾壓檢驗(yàn)2～3遍，要求路基無(wú)輪跡及彈軟等現(xiàn)象。用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓實(shí)檢查，凍土區(qū)路基應(yīng)做好邊坡防護(hù):靠近路基最底面的基底部位更可能容易有飽冰土層且易融化，故可就近取用草皮等保溫材料做保溫護(hù)道和護(hù)腳，草根應(yīng)向上，然后一層一層依次序錯(cuò)位疊鋪，最外一層帶泥并用鐵鍬等工具拍實(shí)形成保護(hù)層;道路沿線兩側(cè)20m 范圍內(nèi)的地貌應(yīng)維持原態(tài)并加強(qiáng)保護(hù)。

(3)挖方路基。對(duì)挖方地段路基，首先應(yīng)做好防排水工作。根據(jù)實(shí)際情況，當(dāng)高寒高海拔凍土區(qū)部分坡體多為透水性好的砂土或砂礫類土質(zhì)時(shí)，路墊坡頂盡量避免設(shè)置圬工類截水溝或排水溝，若需設(shè)置則應(yīng)特別注意做好坡體與排水設(shè)施交接處的防滲漏處理，對(duì)于地下富水路段，應(yīng)設(shè)置邊溝，邊溝下并設(shè)置滲溝，滲溝溝底的坡度應(yīng)適當(dāng)大些，利于排水，以減少因排水不暢結(jié)冰產(chǎn)生凍脹對(duì)邊溝底部的擠壓損壞。

在進(jìn)行路塹土質(zhì)邊坡防護(hù)時(shí)，其鋪砌厚度均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范對(duì)保溫層厚度的要求。如果采用草皮鋪砌防護(hù)，則應(yīng)注意氣溫條件，抓住有利天氣氣候條件，結(jié)合施工計(jì)劃安排及時(shí)施做。草皮應(yīng)分層水平疊砌，錯(cuò)縫搭接并嵌緊，縫隙用致密的粘土或草皮填塞嚴(yán)密，使之連成整體以提高保溫效果。

當(dāng)路基位于不良地質(zhì)地段(如冰椎、冰丘等地段)時(shí)應(yīng)修建截水墻，保溫滲溝排水等措施;富水路段的路堤(如熱融湖、塘等)其水下部分應(yīng)采用滲水性好的材料如碎(礫)石、片石填充;對(duì)于松軟、易失穩(wěn)類路基的基底，兩側(cè)應(yīng)加設(shè)反壓護(hù)道，其填筑質(zhì)量最好不低于路基本身;另外，在道路通過(guò)沼澤凍土地段時(shí)，其路堤下部應(yīng)設(shè)隔離層和隔溫層，并不得破壞兩側(cè)地表植被，盡量保持其原態(tài);對(duì)其他水流較重的路基，則可在采用在水流上游的主流處設(shè)地下滲溝或?qū)⑺诺骄嚯x路基較遠(yuǎn)的低冰場(chǎng)地予以處理等工程措施。

(4)不合格基底的換填施工。局部多年凍土一般都埋深較淺、厚度小、平均溫度相對(duì)高，，施工過(guò)程中可采用粗粒換填的方法處理。局部?jī)鐾谅范我暻闆r可采用換填砂礫石，礫碎石等方法處理。根據(jù)本項(xiàng)目的施工實(shí)踐，在換填施工時(shí)注意幾個(gè)要點(diǎn):要點(diǎn)之一，根據(jù)多年凍土路基地區(qū)地下水位情況確定換填深度，換填深度不宜過(guò)深。這類地區(qū)地下水位一般較高，凍土上的覆蓋土層較薄(1m 左右)，換填過(guò)深就會(huì)因無(wú)覆蓋層而造成凍土的大量融化，不易保證換填的質(zhì)量，一般換填0.6m 深為宜;要點(diǎn)之二，要確保換填時(shí)間最短。凍土?xí)虮砻娓采w層被挖除而受到外界的溫度的影響，隨著暴露在外的時(shí)間增長(zhǎng)而融化的厲害，所以開挖后應(yīng)及時(shí)回填，做到邊開挖邊回填壓實(shí)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著公路建設(shè)向高寒高海拔地區(qū)的大力拓展，高寒高海拔地區(qū)凍土路基的工程處理技術(shù)將在很大程度上成為左右公路工程建設(shè)質(zhì)量的一個(gè)普遍性的突出課題。因此，探究高寒高海拔地區(qū)凍土路基的有效處理技術(shù)，對(duì)解決此類地區(qū)道路施工的質(zhì)量問(wèn)題，保證路基路面的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)道路使用壽命，降低工程成本，節(jié)約工程造價(jià)等均具有迫切的現(xiàn)實(shí)需要和積極的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義，本文結(jié)合項(xiàng)目工程施工實(shí)踐，在此提煉總結(jié)出高寒高海拔地區(qū)公路凍土路基施工技術(shù)的幾點(diǎn)看法，以期作為類似工況地區(qū)道路路基的施工參考。

［1］公路改建工程設(shè)計(jì)施工圖.

［2］《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ118 -98).