高寒高海拔草原地區(qū)公路工程不良路基換填施工探討

摘要 文章以探索惡劣氣候、復(fù)雜地質(zhì)下的公路路基處理技術(shù)為研究目的，采用以理論和實例相結(jié)合的方法，選擇位于高海拔草原地區(qū)四川甘孜理塘縣的G318國道提質(zhì)改造工程作為研究案例，采用換填法更換季節(jié)性凍土路段路基。結(jié)果顯示，案例工程采用換填法處理后，有效解決了原有凍土路基的不良地質(zhì)問題，且經(jīng)過驗收及實時監(jiān)測，達到了預(yù)期的路基處理效果，消除了安全隱患?？梢?，對于氣候惡劣環(huán)境下的不良地質(zhì)通過換填法可取得理想的路基處理效果。

關(guān)鍵詞 高寒高海拔；草原地區(qū)；公路工程；路基換填；施工技術(shù)

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0086-03

0 引言

高寒高海拔草原地區(qū)的土層多為凍土層，存在凍融問題，若處理不當則會引起路基的不均勻沉降，危及公路工程建設(shè)質(zhì)量。但凍土厚度有限，采用換填法可有效解決凍土的凍融問題，提升路基的穩(wěn)定性、承載力，保障公路工程建設(shè)質(zhì)量。基于此，該文結(jié)合實際案例對凍土換填施工技術(shù)進行分析探討，具體如下。

1 工程概況

G318提質(zhì)改造工程理塘過境線項目路線，起于G318出川方向理塘隧道出口，止于理塘縣城西側(cè)，路線長11.2 km，其中新建段長6.6 km，路面整治段長2.5 km，增設(shè)的爬坡車道加寬段長2.1 km。項目起點樁號為K0+000，海拔4 091 m；止點樁號為K11+232.309，海拔3 953 m，項目平均海拔4 022 m。全線采用二級公路技術(shù)標準建設(shè)，設(shè)計速度為40 km/h，路基寬度為8.5 m。全線采用瀝青混凝土路面，汽車荷載等級為公路-I級。

2 高寒高海拔草原地區(qū)工程環(huán)境特性分析

2.1 高寒高海拔草原地區(qū)氣候特點

（1）高寒高海拔草原地區(qū)的氣溫普遍偏低，尤其是在冬季，氣溫常常降至零下數(shù)十攝氏度，形成嚴寒的冰雪環(huán)境。由于氣溫低，這些地區(qū)的降雪量較大，降雪期較長，積雪深厚，形成了廣袤的雪域高原。

（2）高寒高海拔草原地區(qū)的氣象狀況復(fù)雜多變，經(jīng)常出現(xiàn)極端天氣事件，如暴風(fēng)雪、雷電、冰雹等。這些地區(qū)還常常受到強風(fēng)的影響，風(fēng)力較大，風(fēng)向多變，給當?shù)氐臍夂颦h(huán)境帶來了更多的不確定性。

（3）該項目路線位于海拔4 000 m以上，盛夏季節(jié)也常常飄雪，陰坡路段積雪為患。季節(jié)性凍土主要分布在理塘縣城南沼澤地中，在理塘至海子山段也有多處病害分布，沿線分布有季節(jié)性凍土，最大凍結(jié)深度為0.8 m。凍土區(qū)地下水隨季節(jié)變化，對道路的安全性和耐久性影響較大。

2.2 不良地質(zhì)條件對路基施工的影響

不良地質(zhì)條件對路基施工的影響是一個關(guān)鍵且復(fù)雜的問題，涉及工程安全、質(zhì)量、進度及經(jīng)濟效益等多個方面，主要表現(xiàn)在以下幾個方面[1]：

（1）不良地質(zhì)條件對路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。軟弱地基、斷層、滑坡、泥石流、季節(jié)性凍土等地質(zhì)問題可能導(dǎo)致地基承載力不足，易發(fā)生變形和沉降。在這些地區(qū)進行路基施工，需要采取特殊的地基處理措施，如樁基、注漿加固、換填等，以提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。此外，不良地質(zhì)條件還可能導(dǎo)致路基的不均勻沉降，進而引發(fā)路面開裂、變形等問題，嚴重影響道路的使用性能和安全性。

（2）不良地質(zhì)條件對路基施工的質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，施工過程中的土方開挖、排水處理等作業(yè)可能面臨更大的難度。例如，在軟土地區(qū)，土方開挖可能導(dǎo)致地基失穩(wěn)和變形；在巖溶地區(qū)，排水處理可能更加困難，易引發(fā)地下水滲漏和突水突泥等問題。這些都會對路基施工的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，甚至可能導(dǎo)致工程失敗。

（3）不良地質(zhì)條件還可能對路基施工的成本和工期產(chǎn)生影響。為應(yīng)對不良地質(zhì)條件帶來的挑戰(zhàn)，可能需要增加施工設(shè)備和人力投入，提高施工成本。同時，由于地質(zhì)條件的不確定性，可能導(dǎo)致施工工期延誤，給工程項目帶來經(jīng)濟損失并造成社會影響。

3 不良路基換填施工技術(shù)分析

該項目沿線不良地質(zhì)包括危巖、落石和季節(jié)性凍土。涉及路基施工的不良地質(zhì)主要為季節(jié)性凍土。季節(jié)性凍土主要分布在理塘縣城南沼澤地中，位于該項目新建路段（K4+600～K11+232）。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，本段場地最大凍結(jié)深度為0.8 m。據(jù)鉆探揭露，場地1.0 m深度范圍內(nèi)的土層主要為粉土和含礫黏土，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標準，本場地季節(jié)性凍土凍脹等級為Ⅱ～Ⅲ級，凍脹類別為弱凍脹～凍脹。

3.1 凍土換填設(shè)計方案

季節(jié)性凍土路段的路線主要以填方形式通過，場地地下水位一般為1～2 m。為保證路基不受場地季節(jié)性凍土凍融作用影響，設(shè)計采用砂礫石防凍+防滲土工布+隔水防腳的綜合處治措施進行地基處理。由于該段地形平緩，排水條件較差且局部存在承壓地下水，設(shè)計以2.0 m中心填高為界，針對中心填高≤2.0 m的段落，在路面結(jié)構(gòu)層以下1.5 m深度范圍內(nèi)回填砂礫石，同時在底部鋪設(shè)防滲土工布等；針對中心填高大于2.0 m的段落，在路面結(jié)構(gòu)層底面以下30 cm處及兩側(cè)坡面鋪設(shè)防滲土工布，以隔絕坡面和路面雨水進入路床。另外，考慮該段為無量河階地，局部地質(zhì)條件可能略有不同，設(shè)置預(yù)留砂礫石量，用于處理路基范圍內(nèi)潛在的暗冰、草甸及過濕黏土等特殊路段[2]。季節(jié)性凍土處理設(shè)計圖如圖1所示：

（a）

（b）

（c）

圖1 季節(jié)性凍土處理設(shè)計圖（單位：cm）

圖（a）適用于凍深不小于0.8 m，中心填高（包括路面）<0.7 m及土質(zhì)挖方段的凍土路基處理，砂礫石自路面結(jié)構(gòu)層以下回填1.5m，并在地面線以下鋪設(shè)防滲土工布。

圖（b）適用于凍深不小于0.8 m，中心填高（包括路面）≥0.7 m，且＜2.0 m的填方段凍土路基處理，砂礫石自路面結(jié)構(gòu)層以下回填1.5 m，并在底部鋪設(shè)防滲土工布。

圖（c）適用于凍深不小于0.8 m，中心填高（包括路面）≥2.0 m的填方段凍土路基處理，直接在路面結(jié)構(gòu)層底面以下30 cm處及兩側(cè)坡面鋪設(shè)防滲土工布，路床范圍采用一般填料填筑，路堤外側(cè)回填20 cm厚的表土覆蓋土工材料。

對于回填的砂礫石，要求粒徑d≤0.075 mm的細顆粒含量小于5%（質(zhì)量比），同時粒徑組合應(yīng)滿足以下范圍：0.075～19 mm的顆粒占20%～40%；19～37.5 mm的顆粒占40%～60%；37.5～63 mm的顆粒占10%～30%；最大粒徑不超過63 mm。施工時應(yīng)設(shè)置試驗段，以確定合適的碎石施工級配。

防滲土工布采用兩布一膜型，即布/膜/布結(jié)構(gòu)，要求單層布質(zhì)量≥150 g/m2，中間防滲膜厚度≥0.3 mm，總厚度≥2.4 mm，極限抗拉強度≥17 kN/m，極限伸長率≥30%，CBR頂破強度≥3.0 kN/m，撕破強度≥0.42 kN/m，垂直滲透系數(shù)<1 cm/s，幅寬偏差±1%，并具有防凍、抗紫外線的功能。

隔水護腳宜采用黏性土和草皮等隔水性能良好的材料填筑并夯實，缺乏以上材料時，可采用砂礫、粗顆粒土等替代，但表面應(yīng)覆蓋20 cm厚的黏性土或熟石灰漿作為保護層，以預(yù)防水分侵蝕[3]。

3.2 凍土換填施工技術(shù)

3.2.1 凍土砂礫石換填試驗

為全面展開G318提質(zhì)改造工程理塘過境線TJ標段路基凍土的換填施工，在K10+190至K10+390段進行凍土換填試驗段的施工，試驗段長200 m，處理深度為1.5 m，換填砂礫石約3 150 m3。

（1）試驗?zāi)康摹?/p>

1）通過試驗段的施工，選定滿足施工要求的壓實機具，以及壓實填料的松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、最佳含水量ω和最大干密度、最佳的機械配套，選定積極、合理、準確的檢測手段。

2）通過試驗段施工，確定采用的機型、層厚、壓實遍數(shù)，滿足壓實度指標要求。

3）通過試驗段施工，確定合理的壓實工藝參數(shù)和工藝流程。試驗結(jié)果經(jīng)監(jiān)理工程師批準后，作為該種填料使用的依據(jù)。

（2）試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)總結(jié)。

1）碾壓時填料的含水率控制在最優(yōu)含水率±2％以內(nèi)；其控制措施：在拌料前，先做原土的含水率檢測，如果含水率偏低，將在碾壓前進行加濕；如果含水率偏大，則必須進行晾曬；在碾壓前必須檢測含水率，如含水率偏低應(yīng)先灑水加濕，然后進行碾壓。

2）根據(jù)最大壓實厚度不大于30 cm要求，最大松鋪厚度應(yīng)控制在36.9 cm以內(nèi)。

3）通過對壓實后填料厚度檢測，得出松鋪系數(shù)為1∶1.23；根據(jù)最大壓實厚度不大于30 cm的要求，最大松鋪厚度控制在36.9 cm以內(nèi)；每層松鋪厚度應(yīng)根據(jù)壓實厚度而調(diào)整。

4）通過壓實度檢測，可以得出：砂礫石凍土層換填的碾壓遍數(shù)應(yīng)控制在6遍。碾壓順序為：靜壓—弱振—強振—強振—弱振—靜壓；在碾壓時壓路機的速度控制在2～4 km/h范圍內(nèi)。

5）機械組合為：推土機找平—壓路機進行碾壓。

3.2.2 凍土換填施工技術(shù)要點

凍土換填施工技術(shù)要點主要包括以下幾點[4]：

（1）對基坑應(yīng)先驗槽，消除松土，并打兩遍底夯，要求平整干凈。如有積水淤泥應(yīng)晾干，局部有軟弱土層或孔洞，應(yīng)及時挖除后用灰土分層回填夯實。

（2）灰土配合比應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范，此地基處理采用3∶7（石灰：土，體積比）。人工拌和不少于三遍，使其達到均勻，顏色一致。同時，適當控制含水量，現(xiàn)場以手握成團，兩指輕捏即散為宜，一般最優(yōu)含水量為14％～18％。如含水量過多或過少時，應(yīng)稍晾干或灑水濕潤，如有球團應(yīng)打碎，要求隨拌隨用。

（3）鋪灰應(yīng)分段分層夯實，每層虛鋪厚度為200～250 mm，用立式打夯機夯實，遍數(shù)不得少于4遍。

（4）灰土應(yīng)當日鋪、當日填夯實，入槽（坑）灰土不得隔日夯打。夯實后的灰土在3 d內(nèi)不得受水浸泡，并及時進行基礎(chǔ)施工與基礎(chǔ)坑的回填，或在灰土表面做臨時性覆蓋，避免日曬雨淋。雨季施工時，應(yīng)采取適當防雨、排水措施，以保證灰土在基槽內(nèi)積水狀態(tài)下進行。剛打完的灰土，如突然遇雨，應(yīng)將松軟土除去，并補填夯實，稍受濕的灰土可在晾干后進行補夯。

4 凍土換填施工現(xiàn)場管理與質(zhì)量控制措施

凍土換填施工現(xiàn)場管理與質(zhì)量控制措施主要包括以下幾個方面[5]：

（1）凍土換填施工現(xiàn)場管理需要建立完善的施工組織和管理體系，這包括明確施工目標、制訂施工計劃、安排施工人員和設(shè)備、監(jiān)控施工進度等。同時，還需要建立施工現(xiàn)場的安全管理制度，確保施工人員的人身安全和施工設(shè)備的正常運行。在施工過程中，應(yīng)嚴格執(zhí)行施工規(guī)范和操作規(guī)程，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計要求。

（2）針對凍土換填施工的特點，需要采取特殊的質(zhì)量控制措施。在材料選擇方面，應(yīng)選用符合規(guī)范要求的換填材料，如粒徑、級配、含水率等指標應(yīng)滿足施工要求。在施工過程中，應(yīng)嚴格控制換填層的厚度和平整度，確保換填層與原有路基的緊密結(jié)合。同時，還需要采取有效的排水措施，防止凍融過程中產(chǎn)生的水分對路基造成損害。

（3）凍土換填施工還需要加強監(jiān)測和預(yù)警工作。通過實時監(jiān)測路基的變形和沉降情況，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的安全隱患。同時，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工參數(shù)和方案，確保路基施工的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

5 結(jié)語

通過對凍土路基換填施工技術(shù)的深入探討和研究，該文得出了以下結(jié)論：首先，凍土路基由于其特殊的物理和力學(xué)特性，在公路工程中需要特殊的處理措施；其次，換填施工技術(shù)作為一種有效的處理方法，可以顯著提高凍土路基的穩(wěn)定性和承載能力；最后，通過實際工程案例的驗證，證明了換填施工技術(shù)在凍土路基中的有效性和適用性。研究成果對于凍土地區(qū)的公路工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1]王芳.博牙高速公路島狀多年凍土地區(qū)路基沉降處治技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2013.

[2]余燈.道路工程路基施工中的軟土地基施工技術(shù)[J].居業(yè)，2023（12）：11-13.

[3]李宏寶.公路工程中軟土路基換填施工技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2023（12）：174-177.

[4]趙亞玲.路基換填技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用[J].交通世界，2022（14）：124-127.

[5]李浩浩，楊華斌.青藏鐵路多年凍土區(qū)路基施工加強措施及施工中需注意的問題[J].四川水力發(fā)電，2004（S1）：13-14+16.