芻議東北多年凍土地區(qū)高速公路路基修筑 技術(shù)與對(duì)策

劉 戀 尹云漢

（1吉林省公路工程監(jiān)理有限責(zé)任公司；2吉林省公路工程監(jiān)理有限責(zé)任公司）

路基是高速公路的重要組成部分，其修筑效果將會(huì)對(duì)高速公路的運(yùn)行情況產(chǎn)生直接影響。我國東北地區(qū)冬季氣候極低而且持續(xù)時(shí)間長，因此形成了面積廣泛的多年凍土地區(qū)。隨著現(xiàn)代化建設(shè)速度的加快，對(duì)于東北多年凍土地區(qū)中高速公路的修建提上了議程，這也是促進(jìn)我國東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)振興的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。受到冰凍和融化的影響，會(huì)導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，這也是影響路基修筑順利實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)。在工程項(xiàng)目當(dāng)中，應(yīng)該以增強(qiáng)路基工程的長期穩(wěn)定性作為基本目標(biāo)，促進(jìn)高速公路使用壽命的延長，降低后期維護(hù)成本。在實(shí)際施工當(dāng)中，應(yīng)該明確建設(shè)區(qū)域的基本情況，了解多年凍土的分布特點(diǎn)，以制定針對(duì)性技術(shù)應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)要點(diǎn)的有效控制。

1 東北多年凍土地區(qū)的基本特點(diǎn)

地表水在垂直方向中的滲透效果，會(huì)受到多年凍土的影響，其長期處于過濕狀態(tài)當(dāng)中，導(dǎo)致較厚地下冰的形成。地下水會(huì)受到融凍層凍結(jié)封閉的影響而出現(xiàn)冰錐和冰丘等現(xiàn)象。多種不良工程現(xiàn)象和水文地質(zhì)現(xiàn)象等，也是影響高速公路路基施工的主要因素，比如熱熔沉陷、凍土沼澤和熱熔滑坍等等。凍土穩(wěn)定性和路基穩(wěn)定性，都會(huì)受到水分變化的影響，路基失穩(wěn)進(jìn)而引起公路病害。因此在施工中重點(diǎn)內(nèi)容也是促進(jìn)其穩(wěn)定性的增強(qiáng)，降低病害出現(xiàn)的幾率，為人們的出行提供安全保障。路基融化后的沉降量，主要受到含冰量的影響。在施工當(dāng)中，應(yīng)該對(duì)其含冰量進(jìn)行有效控制，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降問題。

2 東北多年凍土地區(qū)高速公路路基修筑技術(shù)與對(duì)策

2.1 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘察

為了能夠制定切實(shí)可行的施工技術(shù)方案，應(yīng)該提前做好相應(yīng)的勘察工作，明確東北多年凍土地區(qū)的基本情況。除了應(yīng)該對(duì)沿線的自然條件、地質(zhì)狀況、水文條件等進(jìn)行分析外，還應(yīng)該對(duì)已有公路的設(shè)計(jì)與施工方案進(jìn)行研究，明確公路在投運(yùn)后出現(xiàn)的主要病害及其原因[1]。確保外業(yè)調(diào)查的專業(yè)性，防止數(shù)據(jù)精確性和真實(shí)性受到影響，以豐富的地質(zhì)勘察資料作為基礎(chǔ)，明確凍土基本條件。為了可以有效對(duì)工程地質(zhì)條件的變化特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，還要對(duì)沿線的地表植被、降水量、冰凍構(gòu)造、風(fēng)速、凍土力學(xué)性質(zhì)和覆蓋層厚度等進(jìn)行調(diào)查。在工程地質(zhì)圖表的繪制過程中，應(yīng)該結(jié)合多種手段，包括了鉆探取樣和雷達(dá)檢測(cè)等等，在室內(nèi)試驗(yàn)當(dāng)中對(duì)凍土的上下限進(jìn)行分析，以保障路基施工方案的合理性與可行性。

2.2 保護(hù)凍土

在路線方案的設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)該明確地質(zhì)選線的基本要求，盡可能對(duì)多年凍土段進(jìn)行避讓。如果難以有效避讓，那么應(yīng)該對(duì)凍土環(huán)境條件進(jìn)行有效保護(hù)，為含水量較小顆粒較粗的富冰凍土、多冰凍土和少冰凍土路段的施工提供保障。一般路基設(shè)計(jì)方案，可以應(yīng)用于粗顆粒解凍脹性土的凍融影響較小的情況當(dāng)中。在多年凍土地區(qū)的高速公路路基修筑中，還應(yīng)該對(duì)粗顆粒土的穩(wěn)定性和摻水性能進(jìn)行把控，通常在填筑中會(huì)使用天然砂礫和碎礫石土等[2]。為了有效避免低洼濕地中的路基出現(xiàn)嚴(yán)重的凍脹問題，應(yīng)該將粗顆粒毛細(xì)隔斷層應(yīng)用于基底當(dāng)中。此外，還應(yīng)該做好相應(yīng)的排水工作，防止凍土出現(xiàn)較大面積的融化問題，降低高速公路病害發(fā)生的幾率。

2.3 保溫處理

應(yīng)該明確多年凍土地區(qū)的路基填筑高度，采取有效的保溫處理措施。保溫護(hù)坡道和護(hù)腳的應(yīng)用在路基處理中也較為常見，填筑路堤接近基底位置存在地下冰層和飽冰凍土且會(huì)出現(xiàn)融化時(shí)，應(yīng)該將保溫護(hù)坡道和護(hù)腳應(yīng)用于填方坡腳當(dāng)中。保溫措施的應(yīng)用，能夠促進(jìn)路基建設(shè)區(qū)域熱穩(wěn)定性的增強(qiáng)。對(duì)于路基高度進(jìn)行提升是其中一種有效的處理方式，也可以將隔熱材料應(yīng)用于路基當(dāng)中，促進(jìn)路堤熱阻的提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)凍土路基熱量傳輸?shù)挠行Э刂芠3]。通過多個(gè)實(shí)踐工程表面，隔熱材料在冷季施工中的應(yīng)用，能夠有效促進(jìn)路基溫度梯度的增大，而在暖季則能夠減小溫度梯度。在施工中應(yīng)該對(duì)隔熱材料的性能進(jìn)行分析，確保其具有良好的質(zhì)量，以增強(qiáng)高速公路的路基施工效果。為了充分發(fā)揮隔熱材料的性能優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該在冬季施工中防止土體溫度過高，防止路基體的熱量循環(huán)受到影響。

聚苯乙烯泡沫板和聚苯乙烯擠塑板，是當(dāng)前常見的兩種保溫材料，其保溫性能較為優(yōu)越，在高速公路路基施工中的應(yīng)用十分廣泛。尤其是在導(dǎo)熱系數(shù)和閉孔率等方面，聚苯乙烯擠塑板具有較大的優(yōu)勢(shì)，在使用中不會(huì)發(fā)生霉變而產(chǎn)生有毒物質(zhì)，增強(qiáng)其化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性。此外，在處理多年凍土地區(qū)的路基時(shí)，熱榜也是一種常用的材料，其作為一種重力無芯熱管，其工作介質(zhì)主要是無水液氨，管殼選擇了抽真空后的20號(hào)無縫鋼管[4]。其上下端分別為蒸發(fā)段和冷凝段，中間為絕熱段。凍土中的熱量會(huì)被蒸發(fā)段中的介質(zhì)吸收并釋放到空氣當(dāng)中，減少該路段的路基病害。其作為一種無源裝置具有節(jié)能高效的特點(diǎn)，而且在使用中不會(huì)產(chǎn)生噪音，具有較好的傳熱性能，而且傳熱是單向進(jìn)行。

2.4 完全清除

完全清除的處理方案，在特殊項(xiàng)目的施工中也會(huì)用到，尤其是當(dāng)高速公路項(xiàng)目具有較大投資和較長的設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)，運(yùn)用完全清除的方式能夠增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性。通常需要對(duì)多年凍土的埋藏深度進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)其低于3m時(shí)該方案能夠起到良好的處理效果[5]。以少冰凍土的砂礫層為界限對(duì)清基深度加以控制，清除方案不宜應(yīng)用于舊路幫寬的項(xiàng)目當(dāng)中，否則會(huì)對(duì)其整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2.5 復(fù)合地基

復(fù)合地基的應(yīng)用，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)舊路幫寬項(xiàng)目的路基處理，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)凍土層下地質(zhì)情況的分析，確定合理的復(fù)合地基處理深度。該處理方案在多年凍土埋藏深度超過3m時(shí)的應(yīng)用效果較好，對(duì)高含冰量的凍層進(jìn)行穿透。柔性樁在粗砂、砂礫和泥巖等條件中可以起到良好的作用，比如碎石樁等等；而剛性樁在粘性土或者較大含冰量的砂礫層中應(yīng)用較多，比如CFG樁和水泥攪拌樁等[6]。此外，以橋代路的方式通常應(yīng)用于埋深超過8m的情況當(dāng)中，能夠有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜凍土層的施工要求。

3 結(jié)語

東北多年凍土地區(qū)的氣候環(huán)境和地質(zhì)條件等都存在一定的復(fù)雜性，對(duì)于高速公路路基處理提出了更高的要求，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的調(diào)查與分析，確定合理的技術(shù)處理方案，保障施工項(xiàng)目的順利實(shí)施。保護(hù)凍土、保溫處理、完全清除和復(fù)合地基等方式，是幾種常用的地基處理方案，應(yīng)該根據(jù)其基本特點(diǎn)和施工要求進(jìn)行合理選擇，加快東北地區(qū)的高速公路建設(shè)進(jìn)程。