伊绥高速冻土路基施工技术研究

伊绥高速冻土路基施工技术研究
作者：包美元祝清峰
来源：《中国科技博览》2013年第04期
[摘要]东北地区季节性冻土对高速公路路基施工质量带来了很大的难题，本文通过黑龙江省伊春至绥化公路工程建设项目A2合同段实际施工的案例，从土体冻涨与融沉的基本原理、冻土对路基影响的分析以及实际冻土路基施工工艺进行了详细的阐述与分析。

[关键词]高速公路冻土路基施工
中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0214-01
1 项目概况
伊绥高速公路A2合同段，起讫桩号为K30+350～K47+500，全长17.15km，路基部分总长度15km，其中整体式路基10km，分离式路基5km，包括20cm 、36cm水泥稳定碎石基层，20cm水泥砂砾+碎石基层和垫层，，面层采用AC-20、AC-16沥青混凝土。

工期29个月，其中特设A2标段K42～K44部分路段为冻土试验段。

2 路基土体受温度影响的实质
路基土体中含有不同比例的水分，在季节温度的升降时引起其体积的变化，由此引起土体自身的融沉与冻涨变形现象，其本质看来是由热学现象最终引起了力学形态变化的过程，这样的一系列变化对路基工程影响颇大。

路基土体总体看来是横垣地面的带状结构物，冻土区路堤填筑时赋予基底一定的热量，路堤土体自身重力作为附加应力将基底季节融层不同程度的压缩，其结构因物理性质和热物理性质的改变而随之被改变，最显著的是发生了压缩变形。

冻土不能直接通过地表和大气进行热交换，而是通过热量传递性能各不相同的路堤结构进行热交换，在新的热力平衡状态未形成时，路堤作为附加荷载作用在变化时的冻融界面土体，冻胀和融沉变形变化更加复杂化。

3 冻土环境变化对路基质量的负面影响
冻土环境变化会对路基稳定性和路基变形造成无法逆转的负面影响。

路基填筑引发的环境工程地质问题主要表现在两方面：一方面路堤填筑截断了地表水的径流，在上游侧路基坡脚雨季可能积水，进而可能引起坡脚发生热融成因的沉陷，导致路基纵向裂缝的产生；路基结构和周围环境改变导致的冻土天然上限的变化，改变了冻结层上水（属地下水）的径流条件，极有可能在上游引起冻胀丘等次生不良冻土现象，甚至可能导致路基下游侧的植被减少、沙化加重。

另一方面，路堤填土改变了多年冻土与大气圈的热交换条件（如地表换热条件的改变、换
热面形态的变化、填料土性与基底土性的差别及基底土压所造成的热物理性质的改变），引起原天然上限位置的变化，并可能导致多年冻土地温升高，路基基底发生融沉。

路基挖方施工即路堑施工引发的环境工程地质问题主要表现在为：首先，在地下水源丰富的地段，路堑工程对地下水通道的截流可能导致冻胀丘、冰锥的产生，对地表水径流的改变有可能导致植被减少，冻土沙化现象发生。

其次，在高含冰量冻土区，特别是地下冰层埋藏较浅时，可能引起融冻泥流和热融滑塌等二次工程病害。

由于冻涨引起的工程裂缝是最基本也是破坏性最强的病害，归根结底这种性质的工程裂缝是在融化因素起主导作用下进行时，由于路基的各个部位发生沉降变形的土层厚度不一样，路基的沉降变形差异有可能从通过冻融交界面作为地质分界面在路基外观上直接反映出来，也就是我们看到的沿路基纵向延伸的裂缝。

而在冻结因素起主导作用情况下进行时，由于地基土和填土的温度、种类、粘结力的不同导致冻土变形和强度各异，在冻土路基上的直接表现是土的寒冻劈裂裂缝。

加之年内季节更迭和多年气候循环决定了冻土病害的连续性和循环性，最终致使融沉裂缝发展，冻胀裂缝发生并加剧。

4 冻土路基施工关键点
4.1 挖方路基施工的要求技术要点
4.1.1 处于其它不良地质地段时，按下列规定施工：冰丘地段采用截水墙，保温渗沟排水等方法处理；；松软基底，两侧设反压护道；沼泽冻土地段路堤下部设隔离层和隔温层，并保护好两侧地表植被；水鼓丘较重路段，可在上游主流处设地下渗沟或将水引到一定距离外的低冰场。

路基施工时可以保护好多年冻土层为原则。

岛状多年冻土具有冻土埋深浅、厚度小、平均温度相对高、处于退化过程，路基施工时可采用挖出冻土层用粗粒换填的原则。

4.1.2 路基排水，地下水发育地段，路基边沟均有防渗措施。

路垫坡项避免设置截水沟或排水沟，修挡水埝并与坡顶距离不小于6m。

若必须修排水沟或截水沟，距挡水埝外距离不小于4m。

土质边坡加固铺砌厚度均满足保温层要求。

可用草皮铺砌，水平叠砌，锚缝嵌紧，缝隙用粘土或草皮填塞严密，连结成整体。

4.2 填方路基施工技术要点
4.2.1 基底处理，填方路基为含冰细粒土，在地下水层不是很厚的条件下，可将其挖除并用透水性材料回填压实，再进行路基填筑，当基底为排水不利的低洼沼泽路段时，需在其底部设置毛细水隔离层，厚度至少在路堤沉降后高出水面50cm，并在其上铺设反滤层。

路堤应预加沉落度，并保证在修筑路面结构之前使得路基沉降趋向于稳定状态。

4.2.2 路基填筑高度，要求达到防止翻浆与不超过路基冻胀值要求的最低填土高度；按保持冻结原则施工的路段同时满足冻土上限不下降的要求，并保证路面强度和稳定。

4.2.3 筑路材料要求，设置集中土场，确需就近解决部分土源是在路基坡脚10m以外取土，斜坡地表路堤，取土坑设在上坡一侧取土坑深度均不得超过当地冻土上限以上土层厚度的80%，坑底有坡度，积水，有出口，水能及时排出，同时取土坑的外露面，用草皮铺填。

应当选用保温隔水性能均较好的细粒土，如若采用粘性土或透水性不良土填筑路堤需控制好填土的含水量，碾压时保证其不超过最佳含水量的2%。

严禁用冻土块或草皮层等湿土填筑路基。

4.2.4 压实度控制，压实检查采用重型击实标准，成型后路床强度符合设计要求，用不小于20t的压路机或等效碾压机械进行碾压检验2～3遍，无轮迹和弹软现象。

冻土融化时所含的冰转化为水引起的下沉是很显著的，冻土产生体积收缩和孔隙减少，路基土强度迅速降低，进而引起路基的不均匀的沉陷，所以压实度是相当重要的环节。

4.2.5 路基排水的重要性，在少冰与多冰冻土地段，也应避免施工时破坏土基热流平衡。

排水沟与坡脚距离不小于2m，沼泽湿地地段不小于80m，饱冰冻土及含土冰层地段，避免修建排水沟和截水沟，修建挡水土埝，距坡脚不小6m。

当路基位于永久冻土的富冻冻土，饱冰冻土或含土冰层地段时，高含冰量冻土集中路段，严禁坡脚滞水，路侧积水，边坡应及时铺填草皮，保持路基及周围的冻土处于冻结状态，排水系统与路基坡角应保持足够距离。

5 小节
我国地大物博，不同地区的气候决定了对工程技术不同的要求，高等级公路在寒冷地区的分布数量占有相当的比重，冻土路基基本原理的分析、施工工艺的进步与施工经验的总结对此类冻土路基的稳定性与建成后交通运输的安全性提供了有力的保障，事实证明，单一的理论研究或不讲求科学的盲目摸索都是不实际的。

一个成功的建设项目要从原理分析到工程设计，从施工监理到检测维护始终贯穿，这样不但能够保证工程质量和工程进度，而且能够节省造价，对今后的类似项目起到相当意义的借鉴作用。

参考文献
[1] 武民，汪双杰，章金钊.多年冻土地区公路工程.人民交通出版社；第1版2005.11.
[2] 杨锡武.特殊路基工程.人民交通出版社；第1版2006.07.
[3] 胡长顺，黄辉华，王秉纲.高等级公路路基路面施工技术.人民交通出版社；第1版1994.10.。