多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫形成機(jī)理及防治措施研究

張筆證

摘要：受凍土區(qū)土層屬性特征影響，在沉降作用下，路基工程的縱向裂縫問題較為嚴(yán)重，為此對施工縱向裂縫形成機(jī)理及防治措施進(jìn)行研究。在縱向裂縫形成機(jī)理分析階段，明確凍土區(qū)路基融沉在縱向裂縫形成階段發(fā)揮的主導(dǎo)性。在防治施工階段，當(dāng)路基施工開挖至多冰凍土層后先鋪設(shè)中砂做褥墊層，再鋪設(shè)XPS保溫板，以提高墊層的穩(wěn)定性。采用凍脹不敏感A、B組填料作為施工材料，以方格施工的方式開展分層攤鋪。碾壓夯實(shí)施工階段，采用重型振動式壓路機(jī)作為施工裝置，以兩側(cè)為施工的起始的部位，向中心縱向推進(jìn)，直至地基的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。在測試結(jié)果顯示，地基的累計沉降量和縱向裂縫擴(kuò)展深度均處于較低水平，起到了良好的防治效果。

關(guān)鍵詞：多年凍土區(qū)；路基工程施工；縱向裂縫；形成機(jī)理；防治措施

0? ?引言

對多年凍土區(qū)的地層構(gòu)成情況進(jìn)行分析，受客觀環(huán)境溫度影響，地層中的水分在低溫環(huán)境下發(fā)生凝固[1]。而在實(shí)際的存在形態(tài)方面，水文環(huán)境與土層之間形成的滲透關(guān)系，導(dǎo)致對應(yīng)的土層結(jié)構(gòu)也以凍結(jié)的形式存在[2]。由此帶來的最直接的影響就是，一旦凍結(jié)的土層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開化的情況，原有的土層體積將大大降低，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力屬性參數(shù)也將發(fā)生改變。這對于路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性而言，是十分不利的。在相同的荷載條件下，地基出現(xiàn)變形問題的概率將大大增加[3]。且在土層體積變化的作用下，縱向裂縫問題也成為了難以避免的質(zhì)量問題之一[4]。

本文對多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫形成機(jī)理及防治措施進(jìn)行研究，在客觀分析了凍土區(qū)路基縱向裂縫形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計了針對性的施工防治措施，并以實(shí)際的施工案例為基礎(chǔ)，分析驗(yàn)證了設(shè)計防治措施的應(yīng)用效果。

1? ?多年凍土區(qū)路基施工縱向裂縫形成機(jī)理

在對多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫進(jìn)行防治之前，明確凍土保護(hù)路基縱向裂縫的形成機(jī)理是極為重要的[5]。從本質(zhì)上分析，其主要是因?yàn)榈鼗鶎?yīng)環(huán)境的地層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的沉降。

對沉降產(chǎn)生的原因進(jìn)一步細(xì)化分析認(rèn)為，由于路基開挖破壞凍土上限[6]以及路基排水不暢等原因，導(dǎo)致路基土層發(fā)生熱融沉陷，從而使路基沉陷變形破壞，并由此具體表現(xiàn)為路基下沉[7]。對凍土區(qū)路基融沉的特點(diǎn)進(jìn)行分析，其主要表現(xiàn)為突然的大量下沉，并其下沉具有明顯的周期性，以持續(xù)下降的形式發(fā)展[8]。

結(jié)合上述的分析不難看出，要實(shí)現(xiàn)對多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫的有效防治，最根本的措施就是避免路基土層發(fā)生熱融沉陷。

2? ?多年凍土區(qū)路基施工縱向裂縫防治措施

2.1? ?墊層施工

當(dāng)路基施工開挖至多冰凍土層后，首先鋪設(shè)中砂做褥墊層，具體的鋪設(shè)厚度為0.05m。對褥墊層進(jìn)行精平處理后，再鋪設(shè)XPS保溫板，具體的鋪設(shè)厚度為0.lm，對應(yīng)兩層0.05m厚XPS保溫板。

在具體施工過程中，為了提高施工效率，本文對XPS板的搭接主要以平接的方式為主，在確保接縫應(yīng)密閉的前提下，使兩層保溫板層與層的接縫以錯開的形式排布。具體的施工方式如圖1所示。

按照圖1所示的方式，對保溫板層與層的接縫位置進(jìn)行施工，最大限度降低上層熱量在接縫向下傳遞的總量，緩解凍土層解凍的程度。鋪好后，繼續(xù)開展填筑路基材料的換填施工。

需要注意的是，控制鋪設(shè)及填筑長度也是極為重要的環(huán)節(jié)之一。一般情況下，對應(yīng)的尺寸參數(shù)以30.0m左右為宜。除此之外，嚴(yán)格控制XPS保溫板的性能指標(biāo)，也是保障其能夠滿足多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫防治要求的重要基礎(chǔ)，對其具體的選擇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化，具體如表1所示。

2.2? ?分層攤鋪施工

在分層攤鋪施工階段，本文采用凍脹不敏感A、B組填料。其中，細(xì)顆粒的含量控制在5.0%以內(nèi)較為合理，一般為2.0%～3.0%，對應(yīng)的滲透系數(shù)需要控制在5×10-5m/s以上。

對于不同部位填料粒度的控制，結(jié)合實(shí)際情況以及具體的應(yīng)用需求，本文進(jìn)行了差異化選擇。其中，基床底層填料和基床以下部位填料的最大粒徑分別為60mm和75mm。

在填料施工前，結(jié)合需單車運(yùn)輸填料的總量，在路基工程區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理。單車運(yùn)輸填料的總量最好與整數(shù)個格網(wǎng)的填鋪量一致。

在松鋪施工階段，對厚度的控制效果是影響壓實(shí)效果的關(guān)鍵。在對填料進(jìn)行攤鋪處理時，本文使用平地機(jī)進(jìn)行初平，初平的厚度略高出松鋪線，具體的尺度范圍為3.0cm左右。當(dāng)攤鋪平面出現(xiàn)低洼或超高情況時，及時進(jìn)行刮平處理。

此外，在開展平地機(jī)初平階段，在路肩同步進(jìn)行初步壓實(shí)，通過這樣的方式保證壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)的過程中，路肩部分不會滑坡出現(xiàn)情況。

2.3? ?碾壓夯實(shí)施工

為確保填料的密實(shí)度，滿足多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫防治要求，本文在進(jìn)行碾壓施工階段，采用重型振動式壓路機(jī)作為施工裝置。

在具體碾壓過程中，按照“先穩(wěn)后振、先快后慢、縱向到底、橫向到邊、輪跡重疊”的原則進(jìn)行，以兩側(cè)為施工的起始部位，向中心縱向推進(jìn)，采用進(jìn)退式碾壓方式。對于曲線路段地基工程的碾壓施工，以曲線內(nèi)側(cè)為施工的起始部位，向外側(cè)推進(jìn)。

需要注意的是，施工縫搭接處的碾壓是碾壓夯實(shí)施工的重點(diǎn)部位，需要確保各區(qū)段交接處具有一定長度的重疊，以此保障具體的壓實(shí)施工不會在接縫位置存在疏漏。其中，當(dāng)重疊部分的搭接方式為縱向搭接時，對應(yīng)的長度為2.5m；當(dāng)以重疊部分的搭接方式為行與行橫向搭接時，對應(yīng)的長度為40cm。

對構(gòu)造物兩側(cè)實(shí)際以2.0m為范圍，采用小型壓實(shí)機(jī)具進(jìn)行壓實(shí)處理。對于碾壓夯實(shí)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，本文以相關(guān)路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，具體如表2所示。

按照表2所示的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，按照均勻分布抽樣的方式對每個壓實(shí)層的壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)地基，確保其施工效果能夠得到多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫防治要求。

3? ?應(yīng)用測試

3.1? ?施工環(huán)境

本文以某公路路段的路基施工工程項(xiàng)目為例開展測試分析。對施工區(qū)域的凍土層構(gòu)成情況進(jìn)行分析，其主要分為飽冰凍土、富冰凍土以及多冰凍土3種類型，具體的性狀參數(shù)信息如下：

飽冰凍土（10）-1：灰褐色，成分主要為黏性土、砂，土質(zhì)不均，巖芯中可見層狀定向的冰條帶。揭露層厚約1m。

富冰凍土（10）-2：灰褐色，成分主要為黏性土、砂，土質(zhì)不均，巖芯中可見不規(guī)則走向的冰條帶，揭露層厚0.5m-3m。

多冰凍土（10）-3：黃褐色，主要在圓礫土和全風(fēng)化花崗巖中，手握有冰感，部分呈柱狀或塊狀，較堅(jiān)硬，大顆粒和小顆粒之間可見冰晶和冰膜，放置日光下會變砂土狀，揭露層厚約1～4.7m。

對施工區(qū)域的地下水情況進(jìn)行分析，其類型為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水。地下水穩(wěn)定水位為2.0～8.0m，受季節(jié)性影響變幅1～4m。地下水主要補(bǔ)給來源為地表徑流和大氣降水。地基的長度為70.0m，對應(yīng)的填方高度和基底挖深分別為6.42m和3.31m，具體的挖方量和填料總量分別為13545m3和24428m3。

3.2? ?測試結(jié)果與分析

在上述基礎(chǔ)上，對施工路段的路基縱向裂縫發(fā)展情況進(jìn)行分析，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。

結(jié)合表3所示的測試結(jié)果可以看出，采用本文設(shè)計的縱向裂縫防治施工技術(shù)，測試地基的累計沉降量明顯降低，截至施工后的35d，對應(yīng)的累計沉降量僅為10.24mm，與原有的施工方法相比，降低了20.78mm。在縱向裂縫擴(kuò)展深度方面，35d對應(yīng)的擴(kuò)展深度僅為1.16m，與原有施工方法的2.09m相比，降低了0.93m。

綜合上述測試結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫防治施工技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對縱向裂縫的有效防治，對于保障凍土區(qū)路基工程施工質(zhì)量具有良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

4? ?結(jié)束語

在具體的路基工程施工過程中，受凍土層結(jié)構(gòu)的影響，其出現(xiàn)縱向裂縫的幾率大大增加，針對于此實(shí)施針對性的防治措施，成為了保障路基工程施工效果的關(guān)鍵。本文提出的多年凍土區(qū)路基工程施工縱向裂縫防治措施，切實(shí)提高了凍土區(qū)路基工程的施工質(zhì)量，有效降低了地基的累計沉降量和縱向裂縫的拓展深度。

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