多年凍土與沼澤交替溝塘段路基施工病害隱患與防治措施

程蘆東

中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000

隨著大興安嶺地區(qū)凍土公路項目的增多，對于高寒地區(qū)常年凍土區(qū)公路病害隱患的研究逐漸深入。針對多年凍土的特殊路基處理措施為低溫期全部挖除換填碎石或砂礫，且取得了良好的效果，但這種單純的換填必須保證換填粒料空隙中地下水位高度，否則易引起公路凍脹與熱融沉，而該濕地凍土段多處于溝塘地段，常年地下水位較高。文章以國道北京至漠河公路瓦拉干至樟嶺（塔漠界）段A1標段K313+270～K313+900三面環(huán)山的溝塘低洼地段特殊路基處理為依托，針對這種特殊路基施工的病害隱患施工進行研究，并經實際驗證提出了切實可行的防治措施，為后續(xù)類似施工提供了有價值的參考。

1 項目概況

國道北京至漠河公路瓦拉干至樟嶺（塔漠界）段A1標段起訖樁號K299+138.75～K334+500，長35.341km，區(qū)域內河谷密集，溝塘低地土層較厚，局部有沼澤地，低洼處長期積水，由于氣溫低、氣候嚴寒，多年凍土發(fā)育較為普遍，少數地塊永凍深可達12m。

K313+270～K313+900處在三面環(huán)山的溝塘低洼地段，且該段地質情況復雜。K313+270～K313+450為濕地段落，需換填2.4m風化碎石；K313+450～K313+670為富冰凍土段落，需換填4.4m風化碎石，經地質鉆探發(fā)現(xiàn)地表下0～4.2m均為Ⅳ級強融沉型富冰、飽冰凍土，且由于其層內含冰量大于透水層，一旦發(fā)生熱融，路基就會發(fā)生較大沉降。K313+670～K313+900為濕地段落，需換填3.8m風化碎石。凍土、濕地段落及地表徑流流向如圖1所示。

圖1 凍土、濕地段落及地表徑流流向示意圖

2 施工病害隱患分析

場區(qū)地表水主要為大氣降水，受地貌影響，雨季及融雪期水量較大。場區(qū)地下水主要為孔隙潛水及凍結層內固態(tài)水。礫石層中的孔隙潛水主要由大氣降水和地表水補給；固態(tài)水即多年凍土層中的冰，在氣候異常情況下與上層地下水互相轉化。

在地層均為透水層，且下游排水不暢的情況下，山體匯水成為此段落地下水的補給源頭，即使換填透水材料，也會因地表下暗流持續(xù)進行凍土層的熱傳導，使換填路槽兩側的凍土層被流水融沉進而造成路基融沉。一旦地表下的暗流達到凍結條件，此時暗流已經充滿路槽中換填骨料的孔隙，骨料沒有了壓縮空間便會受水的凍脹因素影響而造成路基凍脹。按設計圖常規(guī)施工極易出現(xiàn)凍土病害，需對設計方案進行調整以避免施工病害隱患。孔隙潛水流向如圖2所示。

圖2 孔隙潛水流向示意圖

3 防治思路

由于此段落前后均為濕地段落，濕地地下水對凍土影響較大，故防治思路不能局限于凍土段保溫不融化，應換思路為凍土即使受地下水流作用發(fā)生融化要如何保證路基不發(fā)生融沉凍脹病害。凍土熱融沉與凍脹是由路基下孔隙水導致的，想要防治凍土路基病害首要的就是控制此處地表下的孔隙地下水位。

公路工程對于水流常規(guī)的處理方式主要有三種，即截水、排水、堵水。由地形平面圖發(fā)現(xiàn)難以對此段落進行截水，山體走勢和水流流向決定了水流必須經由路基流往另一側地勢較低處排泄，無法對山體側水流進行截水。堵水的方式主要用于泉眼類暗流，若想通過堵水的方式栓堵層間水，則需對補給側整體施工注漿止水帷幕，注漿止水帷幕的成本高、污染嚴重且破壞了自然地下水系，故堵水的方式也難以采用。

4 防治方法

4.1 下游集水、疏導

經現(xiàn)場測量踏勘及方案比選，對此處特殊路基段落處理方式進行了完善，決定對地下水進行上游縱向滲溝暗截、基底設置多排橫向盲溝暗排、下游加長疏導距離并設集水坑的方式進行施工，避免后期出現(xiàn)隱患。

此處下游的水流排水不暢，僅靠漫流沒有明顯河道排水。為了加大排水流速需提供排水坡度，沼澤地段難以進行大型設備開挖，故在冬季凍結期開挖集水坑并對下游河道梳理加長。集水坑尺寸為10m×10m，深度不小于5m（坑底深度低于路基基礎深度1m以上）。

河道及集水坑梳理完成后，為保證冬季開挖的河道及集水坑邊坡不會因融化而淤堵，也不會因溝內水體凍結而不能排水，在下游疏通后采用大塊石回填集水坑、河道形成滲溝保證融化期排水通暢，同時石料孔隙還可對暴露的水體保溫以保證石料孔隙中排水不會低溫凍結。

4.2 基底設置多排橫向盲溝暗排

為排除上游截水，將在路基基底對應下游疏導河道的位置開挖多排橫向盲溝，盲溝尺寸為0.5m×0.5m，并外裹土工布內設D200排水管回填砂礫以保證水流通暢。

4.3 上游縱向滲溝暗截

在山體匯水側即橫向排水的上游沿路基縱向設置一條縱向滲溝對上游地層的層間水進行截排，滲溝要開挖至不融沉凍土層，這種截排的好處是即使流動水流對路基填筑范圍內的凍土產生熱融擾動，但由于截排的流水面低于不融沉凍土層，該層不融沉不會造成路基整體沉降。路床槽下?lián)Q填碎石骨料孔隙中水位保持在一個較低水平，使槽內換填骨料孔隙水受冬季凍脹影響極小。K313+270～K313+900段落縱向盲溝示意圖如圖3所示。

圖3 K313+270～K313+900段落縱向盲溝示意圖

5 隱患防治評價

該段落于2017年12月施工完成，在施工期間對該段路基斷面埋置了測溫孔、沉降觀測點，并進行了溫度及路基沉降監(jiān)測。由監(jiān)測數據發(fā)現(xiàn)，路基處理后地下溫度上升，凍土段內部溫度上升，凍土出現(xiàn)了熱融，常年凍土變?yōu)榧竟?jié)凍土；路基沉降值自施工后次年8月趨于穩(wěn)定，該段路基隱患防治工作成功，可用于指導相似地貌狀況路基施工。

6 結束語

此段落中凍土段落的實際施工成功解決了溝塘低洼地貌受豐沛地下水影響情況下多年凍土與濕地沼澤交替段落的融沉凍脹病害，再次證明了路基基礎的孔隙含水率是凍土路基發(fā)生病害的關鍵，只要采用孔隙率大的填料填筑，并控制住基礎孔隙含水率，才能有效控制凍土病害的發(fā)生，為更復雜條件下的凍土施工提供正確的思路。