凍土地區(qū)路段施工技術(shù)的幾點(diǎn)研究

摘要：凍土溫度狀態(tài)隨地區(qū)及存在條件的差異而發(fā)生變化。它主要取決于大氣溫度、海拔高度、地形、地質(zhì)和水文地質(zhì)及植被等條件。此外，環(huán)境條件的改變和人類的工程建筑活動(dòng)也直接影響其所在地段(區(qū))的凍土溫度狀態(tài)。我們要對(duì)此種情況加以重視，充分認(rèn)識(shí)到這種地質(zhì)構(gòu)造對(duì)我們公路施工所產(chǎn)生的影響，積極總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，歸納出合理的施工方法。為此，本文就這種地質(zhì)構(gòu)造對(duì)公路施工產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析討論。

關(guān)鍵詞：凍土地區(qū) 路基施工

凡含有水的松散巖石和土體，當(dāng)溫度降低到其凍結(jié)溫度時(shí)，土中孔隙水便凍結(jié)變成冰，且伴隨析冰(晶)體的產(chǎn)生，膠結(jié)了土的顆粒。各種土體中的冰析作用，將伴隨著一系列非常復(fù)雜的物理、化學(xué)及力學(xué)性質(zhì)的改變。水分遷移，孔隙溶液濃度的增大和土體不均勻變形，以及引起應(yīng)力、應(yīng)變的改變，都在改變著凍土的性質(zhì)。孔隙水結(jié)晶，松散土顆粒被膠結(jié)和外來(lái)冰侵入體的“冰劈”作用是土體性質(zhì)變化的一個(gè)重要條件。另外，由于固體土顆粒表面自由能量的作用，使凍土中的水分不能完全凍結(jié)成冰，而總是含有一定量的未凍水。隨著凍土溫度變化，未凍水一冰之比例也在改變，而溫度指標(biāo)是引起凍土性質(zhì)變化的基本條件。因此，把具有負(fù)溫度及冰，且膠結(jié)著松散巖石固體顆粒的土(巖)，稱為凍土(巖)。

1 多年凍土的成因

凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)2年以上的土層(土壤、土和巖石)稱為多年凍土。地球表面發(fā)生著包括一切傳熱形式：輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)的復(fù)雜熱交換過(guò)程。盡管地表發(fā)生的熱交換過(guò)程十分復(fù)雜，但最后都可歸結(jié)為使地表吸熱或散熱。冷半年的時(shí)候(寒季)，地表散發(fā)熱量使土逐漸冷卻。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)土的溫度降至0℃以下時(shí)，土中水就會(huì)凍結(jié)，形成凍土。如果該處地表一年中的吸熱量等于或大于散熱量，而熱半年時(shí)(暖季)，在冷半年形成的凍土就會(huì)全部融化，這類凍土就是季節(jié)性凍土。反之，如果該處地表一年中的吸熱量小于散熱量，則冷半年形成的凍土在熱半年就不會(huì)全部融化，而殘留一部分。如果長(zhǎng)時(shí)期的保持每年散熱大于吸熱這一條件，則年復(fù)一年，就能形成相當(dāng)厚度的多年凍土。

從凍土熱物理學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，凍土是在巖石圈一土壤一大氣圈系統(tǒng)熱質(zhì)交換過(guò)程中形成的。自然界許多地理地質(zhì)因素參與這一過(guò)程，影響和決定凍土的形成和發(fā)育。氣候是其中對(duì)凍土有重要作用的因素，主要有氣溫、降水、云量、日照、積雪以及冰川等。地質(zhì)構(gòu)造和地形條件對(duì)多年凍土的分布、溫度、厚度、冷生組構(gòu)、形態(tài)組合以及凍土的其他特征均有重要影響。深部地溫和地中熱流是影響多年凍土發(fā)育的下邊界條件。巖性和含水量對(duì)多年凍土厚度的形成起重要作用，主要通過(guò)導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量以及水的相變潛熱來(lái)直接影響多年凍結(jié)層的厚度。

2 凍土地段的路基施工原則

首先，在有可能出現(xiàn)多年凍土的地段我們要詳細(xì)調(diào)查凍土的類型，分布情況、地面水和地下水的水位及流向、凍土的上限下限，并采樣檢驗(yàn)土質(zhì)的含水量，將多年凍土加以正確分類，同時(shí)施工中遵循以下原則：

2.1 凍土溫度低、穩(wěn)定，宜于采取保護(hù)多年凍土的原則，凍土溫度高，不穩(wěn)定，融沉又不大時(shí)，又考慮采取破多年凍土的原則（融化原則）。

2.2 在厚層地下冰地段，一般應(yīng)采取保護(hù)多年凍土的原則，在少冰凍土和多冰凍土地段，一般可采取破壞多年凍土的原則（融化原則）。

2.3 在富冰凍土地段，當(dāng)含水量較大，或公路等級(jí)較高時(shí)，宜采取保護(hù)多年凍土原則；當(dāng)含水量較小，或公路等級(jí)較低時(shí)，也可按破壞多年凍土原則（融化原則）施工。

3 路基施工措施

凍土在我省分布廣，但所占緯度較高，因而實(shí)際施工中遇到不是很多，還有許多方法值得我們研究，但無(wú)論遇到什么情況的多年凍土，我們都要嚴(yán)格按照施工程序進(jìn)行，搞好對(duì)凍土本身物理特性的分析，進(jìn)而制訂施工方案，并且要遵循前文所提到的幾個(gè)原則，重點(diǎn)抓住保溫、排水、回填、基底處理等幾個(gè)環(huán)節(jié)，從而盡可能減少多年凍土對(duì)路基穩(wěn)定的影響，搞好我們今后的各項(xiàng)施工。

施工前應(yīng)核查沿線凍土分布、類型、凍土上下限、冰層上限、地面水、地下水以及有無(wú)其它如熱融(湖、塘)、冰丘、冰椎等不良地質(zhì)路基地段情況。施工必須嚴(yán)格遵循保護(hù)凍土的原則，使路基施工后仍處于熱學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。路基原則上均應(yīng)采取路堤型式，尤其在厚冰發(fā)育地段，并盡可能避免零填或淺挖斷面，以免造成嚴(yán)重?zé)崛诔料莸炔『Γ跞诔粱虿蝗诔恋亩嗄陜鐾恋貐^(qū)，路基施工可按融化原則進(jìn)行。路基排水與加固除滿足水力和土力條件外，還應(yīng)考慮由于施工因素如排水系統(tǒng)修筑等引起的熱力變化，不導(dǎo)致多年凍層上限的下降。

3.1 排水：當(dāng)路基位于永久凍土的富冰凍土、炮冰凍土或含土冰層地段時(shí)，必須保持路基及周圍的凍土處于凍結(jié)狀態(tài)，排水系統(tǒng)與路基坡腳應(yīng)保持足夠距離；高含冰量?jī)鐾良新范危瑖?yán)禁坡腳滯水、路側(cè)積水，邊坡應(yīng)及時(shí)鋪填草皮。在少冰與多冰凍土地段，也應(yīng)避免施工時(shí)破壞土基熱流平衡。排水溝與坡腳距離不應(yīng)小于2m；沼澤濕地地段不應(yīng)小于8cm；飽冰凍土及含土冰層地段，應(yīng)避免修建排水溝和截水溝，宜修建擋水埝(堰)，距坡腳不應(yīng)小于6m。若修建排水溝則不應(yīng)小于10m。

3.2 基底處理：填方基底為含冰過(guò)多的細(xì)粒土，且地下冰層不厚，可挖除并用滲水性土回填壓實(shí)，再填路基。當(dāng)基底為排水困難的低洼沼澤地段時(shí)，其底部應(yīng)設(shè)置毛細(xì)水隔離層，其厚度宜在路堤沉落后至少高出水面0.5m，并在其上鋪設(shè)反濾層；泥沼地段路堤基底生長(zhǎng)塔頭草時(shí)，可利用其做隔溫層。上述地段路堤應(yīng)預(yù)加沉落度，并在修筑路面結(jié)構(gòu)之前，路基沉降基本趨于穩(wěn)定。路基高度：應(yīng)達(dá)到防止翻漿與不超過(guò)路基凍脹值要求的最小填土高度；按保持凍結(jié)原則施工的路段，應(yīng)同時(shí)滿足凍土上限不下降的要求。

3.3 取土：宜設(shè)置集中取土場(chǎng)，富冰凍土、飽冰凍土及含水冰層路段，確需就近解決部分土源時(shí)，應(yīng)在路基坡腳10cm以外取土；斜坡地表路堤，取土坑應(yīng)設(shè)在上坡一側(cè)。取土坑深度均不得超過(guò)當(dāng)?shù)囟嗄陜鐾辽舷抟陨贤翆雍穸鹊?0%，坑底應(yīng)有坡度，積水應(yīng)有出口，水能及時(shí)排出，同進(jìn)取土坑的外露面，亦宜用草皮鋪填。

3.4 填料：應(yīng)選用保溫隔水性能均較好的細(xì)粒土。采用粘性土或透水性不良土填筑路堤時(shí)，要控制土的濕度，碾壓時(shí)含水量不能超過(guò)最佳含水量的±2個(gè)百分點(diǎn)。不得用凍土塊或草皮層及沼澤地含草根的濕土填筑路基。通過(guò)熱融湖(塘)路堤，水下部分必須用滲水良好的土填筑，并應(yīng)用高出最高水位0.5m。

3.5 壓實(shí)：壓實(shí)檢查應(yīng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，成型后路床強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，用不小于20t的壓路機(jī)或等效碾壓機(jī)械進(jìn)行碾壓檢驗(yàn)2～3遍，無(wú)輪跡和軟彈藥現(xiàn)象。側(cè)向靠近基底部位有飽冰凍土層且有可能融化時(shí)，宜設(shè)保溫護(hù)道和護(hù)腳。保溫材料宜就地取材。用草皮時(shí)，草根應(yīng)向上一層一層疊鋪，最外一層應(yīng)帶泥，以便拍實(shí)形成保護(hù)層；沿線兩側(cè)20m內(nèi)植被和原生地貌應(yīng)嚴(yán)加保護(hù)。

多年凍土在我省分布廣，但所占緯度較高，因而實(shí)際施工中遇到不是很多，還有許多方法值得我們研究，但無(wú)論遇到什么情況的多年凍土，我們都要嚴(yán)格按照施工程序進(jìn)行，搞好對(duì)凍土本身物理特性的分析，進(jìn)而制訂施工方案，并且要遵循前文所提到的幾個(gè)原則，重點(diǎn)抓住保溫、排水、回填、基底處理等幾個(gè)環(huán)節(jié)，從而盡可能減少多年凍土對(duì)路基穩(wěn)定的影響，搞好我們今后的各項(xiàng)施工。