多年凍土地區(qū)路基處理技術(shù)研究

高清如

（邯鄲市交通運(yùn)輸局公路工程一處，河北 邯鄲 056002）

1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目位于黑龍江省北部，路線長(zhǎng)163km，穿越小興安嶺腹地。高速公路項(xiàng)目中的K0-000—K108+700 路段處于多年凍土帶，屬高溫凍土，大部分地區(qū)的凍土厚度為3～5m，局部地區(qū)凍土最大厚度為22m，多年凍土帶的熱穩(wěn)定性差，使該段工程路基出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象和凍融過(guò)度問(wèn)題。工程沿線活動(dòng)層土體為黏性土和碎石，受氣候條件影響，活動(dòng)層土地的凍脹性較強(qiáng)，造成路基不均勻沉降變形，導(dǎo)致路面產(chǎn)生大量呈縱向分布的裂縫。本工程結(jié)合采用鉆探與物探進(jìn)行勘探，勘探結(jié)果顯示多處路段分布飽冰凍土（強(qiáng)融沉）、富冰凍土（融沉）、含土冰層（融陷）、少凍冰層（不融沉），需針對(duì)多年凍土分布情況采取有效的路基處理技術(shù)措施，消除高速公路路基病害。

2 多年凍土地區(qū)路基處理技術(shù)措施

2.1 地基處理技術(shù)方案

在融區(qū)路基處理中，用砂礫換填軟弱土，砂礫層高于地面積水位，要求路基達(dá)到最小填土高度，防止因凍脹翻漿造成路基病害[1]；中濕路面設(shè)置天然砂礫墊層，厚度為20cm，挖方路段設(shè)置盲溝，避免凍脹、滲水造成路基病害；對(duì)飽冰凍土、含土冰層、富冰凍土、多年凍土路段的路基施工采用不同處理技術(shù)，以達(dá)到有效控制施工后沉融變形的目的。對(duì)埋深超過(guò)3m 的多年凍土，采用復(fù)合地基方案，結(jié)合采用碎石樁施工技術(shù)，夯實(shí)地基，減少沉降量；對(duì)埋深小于3m 的多年凍土，采用完全清基方案，清理到少冰凍土砂礫層為止。施作后不可清除泥炭層，直接回填砂礫，厚度為60cm，鋪設(shè)兩層鋼塑土工格柵[2]。

2.2 埋深超過(guò)3m的多年凍土路基處理技術(shù)

2.2.1 凍土分布與碎石樁施工方案

本工程選取K10+760—K11+220 （飽冰凍土），K88+040—K88+115 （富冰凍土）、K98+650—K98+975（飽冰凍土）三段多年凍土分布路段作為試驗(yàn)段，采用碎石樁處理技術(shù)。

（1） K10+760—K11+220 路段分布腐殖土0.4m、粉質(zhì)黏土0.5m、粉土4.1m、泥巖3.4m，其中腐殖土為季節(jié)凍土底層，凍脹等級(jí)III級(jí)。基地處理技術(shù)方案為：清基0.5m，換填砂礫0.8m，碎石樁長(zhǎng)4.0～7.5m。

（2） K88+040—K88+115 路段分布腐殖土0.9m、粉質(zhì)黏土1.1m、圓礫2.7m、碎石土5.3m，1.6m 見(jiàn)凍土上線，10.0m 未穿透凍土下限?；靥幚砑夹g(shù)方案為：清基0.5m，換填砂礫0.8m，碎石樁長(zhǎng)6.0m。

（3） K98+650—K98+975 路段分布腐殖土0.8m、粉質(zhì)黏土4.2m、粉質(zhì)沙土3.0m，2.0m 漸凍土上限，5.5m 過(guò)多年凍土下限?；靥幚砑夹g(shù)方案為：清基0.5m，換填砂礫0.8m，碎石樁長(zhǎng)5.0m。

2.2.2 碎石樁施工技術(shù)

結(jié)合本工程路基試驗(yàn)段的多年凍土分布特點(diǎn)，試驗(yàn)段采用強(qiáng)夯置換法，將碎石樁打到砂礫層，加速多年凍土融化，減少高速公路使用期間的沉降。施工技術(shù)如下：

（1）施工前清除地表有機(jī)質(zhì)土層，檢查填料各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，包括：檢查填料含泥量，采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法，要求含泥量的允許偏差不得超過(guò)3%；檢查填料有機(jī)質(zhì)含量，采用焙燒法，要求有機(jī)質(zhì)含量的允許偏差不得超過(guò)5%[3]。測(cè)量放線，標(biāo)定樁位，移動(dòng)樁機(jī)就位。

（2）重錘夯擊成孔，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制標(biāo)高和孔底夯實(shí)度，孔底最后兩次夯擊貫入度不得超過(guò)5cm；施工中用鋼尺測(cè)量樁位，要求樁位的允許偏差不得超過(guò)50mm；用水準(zhǔn)儀檢查樁頂標(biāo)高，要求標(biāo)高允許偏差控制在±15；使用經(jīng)緯儀檢查樁管垂直度，要求垂直度允許偏差不得超過(guò)1.5%。

（3）碎石樁施工要保證連續(xù)、均勻密實(shí)樁體，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的樁長(zhǎng)；檢查樁體強(qiáng)度和樁周?chē)翆拥募庸绦Ч?，采用原位測(cè)試檢驗(yàn)法；在凍土加軟地層起拔樁管時(shí)要重視起拔速度控制，避免淤泥進(jìn)入樁管，拔管速度控制在2m/min。

（4）根據(jù)樁孔體積和填料干密度計(jì)算填料用量，實(shí)際填料量不得低于95%的計(jì)算值。采用回填工藝，每次填料量為0.08～0.10m3，填料高度為65～80cm。

（5）重錘連續(xù)夯擊孔內(nèi)填料4 次，測(cè)量第3、4 次的夯擊貫入度，不得超過(guò)10cm，以保證成樁質(zhì)量，避免公路投入使用后出現(xiàn)隆起缺陷；當(dāng)夯擊到地面部位時(shí)，降低落錘高度，采用低落距錘夯擊，地面隆起部位控制在5cm以?xún)?nèi)[4]。

（6）在樁身施工后，逐段檢驗(yàn)碎石樁加固質(zhì)量，間隔28d 檢查飽和黏性土加固質(zhì)量，間隔7d 檢查粉土、砂土、雜填土地基質(zhì)量；加強(qiáng)樁體保護(hù)，在碎石樁完工后，在樁頂鋪筑30cm 以上的砂礫褥墊層[5]；施工后檢查樁體質(zhì)量和樁間土層加固擠密質(zhì)量。

2.3 埋深小于3m的多年凍土路基處理技術(shù)

2.3.1 凍土分布與完全清除換填砂礫施工方案

本 工 程 選 取 K10+040—K10+220、 K10+220—K10+480、K13+360—K13+530 為換填砂礫試驗(yàn)路段，其凍土分布與施工方案如下：

（1）K10+040—K10+220 路段凍土為少冰凍土，凍土上下限為0.3～4.0，處理方案為：清基2.8m，換填砂礫3.0m。

（2）K10+220—K10+480 路段凍土為飽冰凍土，凍土上下限為0～5.0，處理方案為：清基3.4m，換填砂礫3.6m。

（3）K13+360—K13+530 路段凍土為富冰凍土，凍土上下限為0～3.6，處理方案為：清基3.6m，換填砂礫3.8m。

2.3.2 換填砂礫施工技術(shù)

試驗(yàn)路段采用挖除凍土換填砂礫+土工格柵路基處理技術(shù)，具體如下：

（1）清表前砍伐凍土路基附近的灌木叢，將灌木叢集中堆放到路基外；清理路基周?chē)?、植物根系和雜物，清除深度為30cm，集中堆放、統(tǒng)一處理[6]。

（2）換填砂礫選用天然級(jí)配砂礫，粒徑不超過(guò)100mm，含泥量控制在5%；選用單向拉伸聚乙烯土工格柵，抗拉強(qiáng)度不得小于60kN/m，寬幅為2m，屈服伸長(zhǎng)率控制在12%之內(nèi)，采用尼龍繩處理搭接位置，搭接處寬度在20cm以上。

（3）全部挖除凍土，深挖至不融沉層，兩側(cè)開(kāi)槽坡度大于1∶0.75；清理基底，在基底鋪筑大粒徑石片，碾壓后填筑透水性材料，采用分層填筑工藝，按照設(shè)計(jì)要求控制換填厚度，采用沉降差法檢驗(yàn)壓實(shí)度[7]。

（4）在換填砂礫過(guò)程中，換填寬度要大于路基邊腳1m以上；選用重型壓路機(jī)，碾壓不少于6遍，保證粗細(xì)集料無(wú)明顯離析。

（5）施工后檢查墊層厚度、寬度和反濾層，每200m檢查4處，不得小于設(shè)計(jì)值[8]。

本工程采用生長(zhǎng)曲線法預(yù)測(cè)碎石施工技術(shù)和換填砂礫施工技術(shù)處理后的多年凍土地區(qū)路基沉降值，14d 的平均沉降值為3.18mm，28d 的平均沉降值為4.48m，84d 的平均沉降值為14.04mm，140d 的平均沉降值為20.14mm，表明上述地基處理技術(shù)能夠保證多年凍土地區(qū)的路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

多年凍土地區(qū)的路基施工是關(guān)系公路工程質(zhì)量和使用壽命的重要分部工程，在路基施工中要考慮多年凍土地區(qū)的特殊性，根據(jù)凍土在施工路段的分布情況制定地基處理技術(shù)方案，埋深超過(guò)3m 的凍土采用碎石樁處理技術(shù)，不足3m 的凍土采用換填砂礫處理技術(shù)，以穩(wěn)定路基結(jié)構(gòu)，減少病害發(fā)生。