高原多年凍土地區路基路面典型結構施工研究

馬亞飛

(中交一公局集團有限公司第六工程有限公司，天津 300452)

1 高原多年凍土地區路基路面典型結構施工影響因素分析

1.1 凍土工程性質影響

“凍土”是對處于0 ℃以下含有豐富低下冰的土壤、巖石的統稱。其流變性、溫感性相對較強。因此，在多年凍土地區開展道路工程項目，道路工程易受凍土特征影響，面臨凍脹、融沉威脅，出現質量與安全問題。就多年凍土路基路面工程而言，通常情況下密實度在垂直方向上依據有大到小順序排列為：路基、天然地面、地基內土；密實度在水平方向上依據有大到小順序排列為：路基路面中線位置、路基路面邊緣位置。這在一定程度上使路基易出現壓實不足現象，影響路基穩定性。與此同時，多年凍土的退化使融區呈現出不斷擴大、增多趨勢，在一定程度上加劇了多年凍土地區地面不穩定性，從而使多年凍土地區道路工程頻繁出現地質問題，影響道路建設與使用。

1.2 區域環境變化影響

凍土對氣溫、水文條件敏感性較強，因此易受氣候變化影響產生凍融作用，降低多年凍土地區地面穩定性。青藏高原作為我國多年凍土多分布主要區域(凍土面積約占全國70%)，由其氣候特征分析可知：青藏高原氣溫變化不均，平均氣溫由東南零上二十攝氏度向西北遞減至零下六攝氏度以下，年平均降水量可由2 000 mm遞減至50 mm以下，太陽輻射強度大、日溫差大、干濕分明、冬季干冷多風、夏季溫涼多雨。這在一定程度上使青藏高原多年凍土(以季節性凍土為主)地區路基路面在氣溫周期性變化下長期處在凍融狀態。即冬季與夜晚溫度下降至零攝氏度以下，路基路面所處位置的地下水分凍結、膨脹，對路基路面結構產生破壞；夏季與白日氣溫升高，地下冰逐漸融化，增加土體含水量降低土體強度，容易使土層發生變形問題，對路基路面結構產生破壞。長此以往，路基路面結構疏松，其穩定性、牢固性、可靠性降低，出現沉降、裂紋等病害。

1.3 工程施工技術影響

路基路面施工將在一定程度上改變地表性質，而多年凍土對地表條件變化較為敏感，需要在施工過程中加強凍土路基溫度場、融沉變形等研究力度，根據溫度場變化規律、融沉變形因素等分析結果，科學配置路基路面施工技術，以保證路基路面結構穩定。因此，路基路面施工技術應用的科學與準確，對多年凍土地區路基路面施工質量提升存在直接影響。例如，在穩定凍土路段適當提高路基高度可有效控制路基路面變形，但在不穩定性凍土地區則會增加路基路面沉陷、波浪、裂縫等病害發生概率。

2 高原多年凍土地區路基路面典型結構施工技術要點分析

2.1 做好路基溫度場模擬分析工作

在高原多年凍土地區路基路面工程建設過程中，由于路基溫度場與路基路面病害存在密切關聯性。需在路基路面結構設計時做好路基溫度場模擬分析工作，以探尋最適宜降溫措施，增強多年凍土路基路面熱穩定性。由于高原多年凍土地區路徑凍融作用相對復雜，涉及到的知識相對較多，包括水分遷移、熱量傳遞、冰水相變等。對此，可引入第二類溫度邊界條件、第三類溫度邊界條件，依托ABAQUS有限元軟件構建路基溫度場模型，在保證模型有效性的基礎上，對不同寬度路基(如10 m、26 m等)溫度場變化規律進行分析，深入了解路基寬度對多年凍土的影響，從而為路基路面結構設計(包括普通路基、碎石路基、隔熱層路基、復合路基等)路基寬度確定提供參考依據。例如，有學者在對青藏高原多年凍土地區路基寬度進行溫度場模擬分析時，發現隨著路基寬度不斷增加路基融深發生改變，路基結構類型不同融深變化不同，復合路基年最大融深變化幅度要小于其他路基，在高原多年凍土地區道路修筑中的實用性更強。

2.2 做好融沉效應下路面損傷規律分析工作

在路基路面結構設計過程中，為提升結構設計科學性、合理性、有效性，除加強路基溫度場分析外，也需要通過構建凍土力學本構關系模型做好多年凍土融沉效應作用下路基路面結構損傷規律分析工作，以保證所應用的施工措施一方面能夠降低路基溫度，增強路基熱穩定性，另一方面能夠改善路基不均勻變形問題，延長路基路面結構使用壽命。以青藏高原公路為例，基于路徑損傷規律分析發現路基寬度不變，隨著路基高度增加，融沉變形呈線性增加；路基高度不變，隨著路基寬度增加融沉變形呈先上升后下降趨勢變化。對此，可通過控制路基高度，適當增加路基寬度方法增強路面結構穩定性。

2.3 根據高原多年凍土類型有針對性落實施工方案

高原多年凍土地區凍土層情況不同，所應用的施工技術也不同。這就需要在施工過程中能夠在全面了解凍土層實際情況后，根據凍土層特征有針對性選擇施工工藝。例如，在少冰凍土段，基于路基溫度場模擬分析、路面損傷規律分析確定路基填筑高度超過1.8 m時，在施工過程中需利用重型壓路機進行路基加固；確定路基填筑高度小于1.8 m時，可利用局部換填法、沖擊碾壓法進行路基加固，如果該路段存在，需以厚砂礫石為主要填筑材料。在陡坡凍土段施工過程中，路基開挖需從邊坡交界位置著手，進行臺階式逐級填筑，有效控制臺階寬度，并做好土工格柵配置工作。

2.4 做好多年凍土地區路基路面病害防護與治理工作

在多年凍土地區路基路面典型結構施工過程中，針對易產生的病害需有針對性落實病害治理措施，增強路基路面結構穩定性、安全性。例如，青藏公路K3051+000路段右側積水較多，且存在較為嚴重縱向裂縫，根據裂縫形成因素，設計利用“柔性枕梁+土工膜袋”工藝進行施工，將變形土體與未變形土體有機結合，增強路基整體穩定性。

3 結 論

總而言之，高原多年凍土地區道路施工是一項綜合且復雜的工程，需要在不斷研究與實踐中汲取經驗，進行道路施工技術不斷完善與改進，以增強施工安全性、穩定性、科學性、可靠性。而路基路面工程作為道路修筑核心工程，其施工質量的高低對道路修筑整體質量與效率存在直接影響，對此建筑企業以及工作人員應立足工程實際情況，進行有針對性設計達到路基路面結構強化目的，以實現工程施工綜合效益最大化。