富水低洼多年冻土区公路路基施工技术

富水低洼多年冻土区公路路基施工技术
发表时间：2020-07-27T07:33:13.014Z 来源：《防护工程》2020年11期作者：赵利东宋伟瑞
[导读] 结合国道332线阿里河至库布春林场段一级公路富水低洼多年冻土路基的设计与施工，根据大兴安岭地区高纬度岛状多年冻土区气象特点、水文情况、不同地质条件下多年冻土物理力学性质，对富水低洼段多年冻土路基设计与施工方法及相应的技术措施进行总结，保证路基安全顺利施工，降低路基工后由于多年冻土退化而引起路基冻胀、融沉等病害，多年冻土环境得到有效保护。

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摘要：结合国道332线阿里河至库布春林场段一级公路富水低洼多年冻土路基的设计与施工，根据大兴安岭地区高纬度岛状多年冻土区气象特点、水文情况、不同地质条件下多年冻土物理力学性质，对富水低洼段多年冻土路基设计与施工方法及相应的技术措施进行总结，保证路基安全顺利施工，降低路基工后由于多年冻土退化而引起路基冻胀、融沉等病害，多年冻土环境得到有效保护。

关键词：多年冻土；路基施工；冻胀；融沉
引言
多年冻土指冻结状态持续两年或两年以上的土（岩）。

我国多年冻土分布面积约占世界多年冻土面积的１０％，位居世界第３位，为国土面积的２１％。

西部高山、青藏高原和东北大小兴安岭地区是我国多年冻土的主要分布区。

大兴安岭地区是我国纬度最高的山地，冻土分布具有纬度地带规律和垂直地带规律[1]。

多年冻土区公路病害的主要特征是热融沉陷和冻胀翻浆，严重影响公路使用效果与寿命。

多年来国内外学者针对多年冻土区路基路面施工问题进行了一系列理论研究和技术突破。

刘德仁[2]等（2012）基于对冻土区路基冻胀翻浆病害机理的研究，提出了一种利用块石夹层、透水土工布和防水土工布的新型复合路基结构，并通过室内大型模型试验研究了其防冻胀效果。

研究表明，该型复合路基结构不仅能够大幅减小路基内的含水量，而且可以降低路基内的温度。

李洪坤[3]依托内蒙古博牙（博克图-牙克石）高速，系统研究了冻土路基的处治措施及施工控制标准，通过对该地区的路基沉降进行预估分级，根据分级结果确定采用XPS保温板+换填碎石复合式路基结构的处治措施，并提出了这种路基结构的施工质量控制标准。

王福明[4]等结合内蒙古省道301线根河至拉布大林段公路工程设计与施工，总结了高纬度多年冻土地区公路路基施工方法与技术措施。

目前多年冻土地区公路多以低等级公路为主，高等级公路很少，缺少多年冻土地区高等级公路设计、施工经验。

虽然针对多年冻土区路基沉降处治措施的研究很多，但应该根据工程实际情况及多年冻土的条件，选取合适的处治措施。

本文结合国道332线阿里河至库布春林场段一级公路路基施工，总结高纬度岛状多年冻土区公路路基的施工技术。

1 工程概况
1.1 工程简介
内蒙古国道332线阿里河至库布春林场段一级公路，全长116.387km，主线采用四车道标准建设，设计时速80km/h、路基宽12.75m。

项目地处大兴安岭中段东麓，区域地貌类型总体为中、低山及河谷平原区地貌地形。

沿线地形起伏不大，海拔标高在400810米左右，地表植被茂密，水系、河网发育，河谷开阔，丰水期湿地、水塘众生。

冷暖变化剧烈，年均气温为-2.7～-1℃。

1.2 不良地质
项目沿线路段存在多年冻土25段，合计长度约9130米。

以岛状形态冻土为主，形态复杂性增加了路基处理难度。

其中K67+300断面处路基属富水低洼多年冻土区，该段路基位于河谷平原地貌区，山麓的阴坡面，地表水发育、地下水系复杂，浅表含大量细颗粒土。

冻土主要赋存在粗颗粒的砾石和卵石层中，冻土体积含冰率在0.1-0.3之间，多冰冻或富冰冻土，细颗粒土充填。

冻土上限2.1米，下限10米。

1.3 富水低洼多年冻土区路基施工技术难点
（1）多年冻土稳定性差。

本断面存在的多年冻土天然上限浅，一般在0.4-2.0米，下限一般在5.0-13.0米，多年冻土对外界温度极为敏感，而高纬度地区温度变化剧烈，会严重影响多年冻土的稳定性。

（2）高含冰量冻土分布较多。

多年冻土体积含冰率较高，局部路段含冰率超过50%，多为多冰冻土、富冰冻土和饱冰冻土，个别路段存在含土冰层或纯冰层。

（3）多年冻土区气候寒冷，结冰期长。

大兴安岭地区每年10月至翌年5月为冰冻期，施工日期少，因此充分合理安排施工进度计划，认真做好施工前技术、材料、人员、设备的准备工作，否则会产生拖延工期和窝工现象，增加施工成本。

（4）富水低洼区形成的季节性冻土层的加固。

部分路段地表水发育，地下水系复杂，浅表含大量细颗粒土而形成季节性冻土融化层，受外界天气冷暖交替影响，产生冻胀、融沉现象，降低地基承载力，因此填方路基填筑前要对此类地基进行加固处理。

（5）多年冻土退化，产生路基病害。

多年冻土区修筑公路，常因多年冻土保护措施不够而造成冻土退化，从而引起路基融沉、翻浆、开裂等病害，因此要采用合理的隔温、保温措施，保护路基下伏多年冻土，减少施工对冻土层的扰动，防止冻土退化。

2 本路段采用的多年冻土地区路基结构
多年冻土地区路基，当按一般路基设计原则确定的高度过高时，或一般填土路基不能满足保护冻土要求时，应按特殊结构的路基进行设计。

特殊结构路基的各种措施应结合路基高度、气候条件、地温状况、冻土环境及经济性能综合比选确定[6]。

大兴安岭冻土区为高温多年冻土区，在高温高含冰量多年冻土区段采用控制融化速率、综合治理的原则，K67+300断面采用片块石主动降温路基结构[6]。

结构形式如下：
图1 片块石路基结构
此种路基结构为冻土上处理方案，适用于多年冻土层厚度大于3米，冻土需保护且地表有积水、地下水系发育的富水低洼多年冻土段落。

3 富水低洼多年冻土区路基施工方法与技术要求
3.1施工方案的确定
根据富水低洼区冻土分布特点、地表水、地下水以及其他不良地质情况，采用隔离地下水、主动降温冷却路基、保护多年冻土等综合技术措施制定施工方案，具体内容如下：
（1）确定合适的施工时机。

针对路基不同的施工部位，宜选择合适的施工季节。

采用砂砾土填筑路基，一般选择在暖季进行[6]，即每年6-9月施工。

路基基底换填一般在暖季早期施工或回冻期开始施工[6]，即每年6月底前施工完或9月下旬施工。

高路堤填筑要跨年度分两期进行填筑，或者采用控制填料温度、基底覆盖隔热层等方法施工[6]，经过一个周期性冻融期，防止产生融土核，有利于路基沉降稳定。

路堑开挖宜选择在寒季进行，施工期间，各道工序要紧密衔接，快速施工，缩短路基暴露时间，减少对多年冻土的扰动[6]。

（2）采用良好的路基填料。

严禁用富含腐殖土、草炭土、泥炭土、草坡及冻土块作路基填料，宜选择保温、隔水性好、强度高、易压缩的砂砾石土［6］。

该类土含水量和最佳含水量比细粒土小，在寒冷冬季产生冻胀力小，不足以产生对路基的破坏。

（3）加强多年冻土路基施工期间排水。

路基施工前应预先形成临时排水系统，防止施工期间地表水对路基坡脚和边坡的浸泡、渗透及冲刷侵害路基，造成病害。

施工的临时性排水与永久性排水相结合，使排水系统始终保持畅通[6]。

（4）组织好机械化施工。

项目所属大兴安岭地区，每年10月至翌年5月冰冻期，施工期短，应组织好人员、机械、材料，快速施工，保护多年冻土施工后仍处于热学稳定状态，保证工期。

3.2片块石路基施工技术要求
3.2.1冲压片石
（1）路基范围内清除树根，割去地面杂草。

（2）强填段石料每层填筑厚度不超过40cm，压路机压入地面以下并碾压夯实。

（3）先铺筑较大粒径石料，大面朝下，小面向上，分开摆平放稳，再用小石块找平，每层表面嵌隙填筑碎石土和石屑，并用推土机摊平，随时检查填料的均匀性，确保内部密实没有空洞。

3.2.2填筑片石
（1）材料要求：片块石应采用坚硬或较坚硬岩石，粒径宜控制在10-25cm范围内，石料强度不低于30Mpa[6]。

（2）片块石铺设在路基地面线以上。

（3）填筑厚度0.5m，片块石表层选用合适粒径小块石在填石全宽范围内进行找平，边坡码砌采用硬质片块石。

片块石间严禁用小石块填塞，保证通风空隙[6]。

（4）采用冲击式压路机，碾压遍数不少于6遍，碾压的纵向行与行之间重叠不少于0.5m，前后相邻区段重叠不少于2.0m[6]。

3.2.3铺设两布一膜
幅宽不小于5m，一次铺设不宜过长，避免长时间暴晒和暴露，使材性劣化。

基本指标要求：单位面积质量不小于500g/㎡，断裂强度≥15KN/m，断裂伸长率＜50%，撕裂强度≥0.6KN，CBR顶破强度≥2.75KN/m，垂直渗透系数≤1×10-12cm/s。

3.2.4铺砌砂砾
铺砌50cm厚砂砾层，分层碾压填筑。

3.4.5铺设反滤土工布
砂砾上铺设针刺无纺土工布，基本指标要求：400g/㎡，断裂强度≥10KN/m，断裂伸长率＜50%，撕裂强度≥0.25KN，CBR顶破强度≥2.75KN/m，垂直渗透系数≥1×10-2cm/s[8]
3.4.6保温护道施工
保温护道宽4m，高1m，坡率1：1.5，采用碎石土作填料。

填土压实度不应小于93%，表层培当地草皮或塔头草，厚度不小于30cm。

富水低洼区多年冻土，地下泉水、地表径流发育，浅表含大量细颗粒土而形成季节性融化冻土层，融化层下伏多年冻土需保护。

片块石路基分为两部分，上层为冲压片石，换填季节性融化层，下层为填筑片石，利用冬季片块石层中空气的自然对流，使冷量向地基传输而
降低多年冻土温度；两布一膜阻止地下水上渗到路基体内，避免路基形成新的冻土。

4 结语
本研究通过对G332线阿里河至库布春林场段一级公路富水低洼多年冻土区路基的设计与施工方法进行总结分析，得到以下结论：
（1）综合考虑多年冻土区的气象特点、水文情况、植被分布特点、不同地质条件下多年冻土物理力学性质，制定富水低洼多年冻土区公路路基的设计与施工方案。

（2）大兴安岭冻土区属高温多年冻土区，为保护多年冻土，主要采用片（块）石路基等主动降温措施实现在寒季对多年冻土的主动降温，两布一膜阻止地下水上渗到路基体内，避免富水区路基形成新的冻土。

（3）多年冻土区路基施工，路基检测和监测非常重要。

国道332线富水低洼多年冻土区路基施工中，通过对填料压实度的检测、填料的颗粒分析、施工过程中的路基沉降和位移、地温变化规律、冻土上限变化情况的监测，确保路基施工顺利实施，减小工后沉降。

参考文献：
[1]杨扬，刘海苹，王志刚，等. 大兴安岭地区多年冻土活动层变化规律研究［J］.黑龙江工程学院学报，2017，31（1）：15-18
[2]刘德仁，赖远明，董元宏，等. 冻土区块石夹层路基防冻胀翻浆效果试验研究［J］.岩土力学，2012，33（3）：000753-756
[3]李洪坤. 岛状冻土地区路基差异沉降处治技术研究［D］.长安大学，2012
[4]王福明，邹江山，肖来兵. 高纬度多年冻土地区公路路基施工技术［J］.交通建设与管理，2014，（12）：6-10
[5]金会军，于少鹏，吕兰芝，等．大小兴安岭多年冻土退化及其趋势初步评估［J］．冰川冻土，2006，28（4）：467 －476．
[6]中华人民共和国交通运输部. JTG/T D31-04-2012 多年冻土地区公路设计与施工技术细则［S］北京：人民交通出版社，2013
[7]中华人民共和国交通部. JTG F10-2006，公路路基施工技术规范［S］北京：人民交通出版社，2007
[8]中华人民共和国交通运输部. JTG/TD32-2012，公路土工合成材料应用技术［S］北京：人民交通出版社，2012
作者简介：赵利东，（1991.06.10-），男，汉族，内蒙古呼和浩特市武川县，本科，助理工程师，项目部副总工，研究方向：路桥施工。

宋伟瑞，（1984.10.15-），男，汉族，内蒙古乌兰察布市，本科，助理工程师，副总经济师。

研究方向：路桥施工。