高海拔地區(qū)季節(jié)性凍土路基施工技術(shù)研究

付庭 宋家進 周龍強

中建新疆建工（集團）有限公司 新疆 烏魯木齊 830000

引言

本項目作為聯(lián)系臨夏回族自治州與甘南藏族自治州之間的重要交通樞紐，是進一步推進合作旅游鄉(xiāng)村振興工作的重大措施，進一步豐富合作城市公共路網(wǎng)的重要保障，也緩解了合作地區(qū)城市交通運輸發(fā)展的需求，進而加速合作城市交通運輸市間的一體化進程和城市化進程，有著積極的促進意義。同時，對開發(fā)沿線地區(qū)、減輕城市交通壓力、促進少數(shù)民族區(qū)域穩(wěn)定與經(jīng)濟社會發(fā)展及旅游開發(fā)具有非常重大的作用。

1 工程概況

甘肅省S232線達板至合作公路一期工程，全線均處于季節(jié)性凍土分布區(qū)，路線全長39.159km，主線共設(shè)置6座橋梁，97道涵洞，路基挖方76萬方、填方41.1萬方，平面交叉28處。路段位于甘肅省甘南州合作市。該項目所處地理位置的氣候?qū)儆跍貛Т箨懶缘陌敫珊导撅L(fēng)氣候，四季似冬，春秋緊接。冬寒夏涼，日照充沛。雨少且不均，雨季遲，易干旱。因地形復(fù)雜，高差大，不同位置氣候差異懸殊，山地氣候及其特征顯著。地處溫帶，為大陸性氣候。境內(nèi)海拔高低懸殊，地貌復(fù)雜，氣候變化大。春季回升速度緩慢，多為連陰雨雪；夏季短暫而清涼、多雨、風(fēng)暴、冰雹；秋天降溫快、多連陰雨；冬天漫長而干燥[1]。

2 季節(jié)性凍土區(qū)公路路基主要質(zhì)量病害

2.1 翻漿

路基的翻漿一般由于水分聚集在地表，尤其春融時，路面由上向下融化的水分慢慢滲入至路基，無法立即清除，而且，在春融時融化過程比較漫長，甘南地區(qū)早晚氣溫相差太大，發(fā)生了多次的凍融循環(huán)，進一步破壞了路面構(gòu)造，導(dǎo)致了路面硬度變低，最后導(dǎo)致路面承載力的減弱。該區(qū)域公路經(jīng)常在發(fā)生較大幅度的道路翻漿，同時翻漿所產(chǎn)生的鼓包通常從原車道方向傳播而來，不利于汽車的駕駛安全性，也降低了行駛舒適感。由于季節(jié)性凍土分布范圍比較集中，影響范圍也不一樣，對原有路面的冰川沖刷一般已經(jīng)到了很嚴重的地步。

2.2 凍融滑、塌和凍融泥流

凍融使土體的平衡狀況產(chǎn)生變化，當(dāng)這個作用出現(xiàn)在陡斜坡地段時，便可形成滑動、坍塌；但當(dāng)土壤熔融而變成液體時，則產(chǎn)生了泥流。因此凍融滑、塌和凍融泥流在西北地區(qū)高海拔地帶十分普遍，給基礎(chǔ)工程建設(shè)帶來了極大影響，甚至導(dǎo)致了人身傷亡。

2.3 凍融塌陷

塌陷的引起原因是土壤的強烈凍融使地表下沉。這個現(xiàn)象也常見于廣大的季節(jié)性凍土區(qū)域中，并導(dǎo)致了大規(guī)模的道路損毀、工程建筑破壞等惡性事件。

2.4 凍脹

路面形變是對路面道路危害非常重大的一種變形，此種形變的主要特征是形變量過大，且橫向?qū)挾确浅２痪ǔa(chǎn)生縱向斷裂。由于凍脹而產(chǎn)生顯著的側(cè)向撓曲，因此相比道路兩側(cè)的凍脹量，在道路中間變形是比較多的。甘南地區(qū)凍脹裂縫受凍溫影響，極易發(fā)生。剛修建好沒多久的道路路面就非常容易發(fā)生此種凍脹危害。如果隨著道路車流量不斷增大，由于凍脹而形成更寬的裂縫，將會不斷變長，嚴重地破壞了整個道路，在我國路面冰凍侵蝕中也是相當(dāng)多的。基于側(cè)向斷裂，還會產(chǎn)生縱向斷裂，極大影響人民日常生活，也不利路面的正常養(yǎng)護。

3 高海拔地區(qū)季節(jié)性凍土路基施工質(zhì)量病害預(yù)防措施

3.1 提高道路等級

為預(yù)防路基翻漿等病害，必須加強公路工程質(zhì)量管理，提高道路等級，嚴格控制路基填料的粒徑、壓實厚度與壓實量，三級公路依照二級公路質(zhì)量檢驗評定標準進行施工。并且在地下水位較高的路段，增加路基填方高度從而增大路基土體與地下水間隔可有效防止路基翻漿。如在甘肅S232項目中K62+400－K62+600段與K69+380－K69+500段，該兩段施工段位于傍山側(cè)，K62+400－K62+600段山坡水流湍急且地表流水豐富、地下滲水嚴重。除設(shè)置直徑為3m的鋼波紋管涵將水流進行有效導(dǎo)排以外，還采用了上述所提到的增加路基填方高度，將路基填方增加至18m，K69+380－K69+500施工段地表距離河溝道極近，季節(jié)性凍融極易造成路基翻漿，除設(shè)置駁岸擋土墻增強邊坡穩(wěn)定性外不受水流侵蝕沖刷外，也采用提高路基填方高度的措施，將路基填方高度增至21m，從而K62+400－K62+600與K69+380－K69+500施工段均有效地預(yù)防了路基翻漿[2]。

3.2 路基處理

在甘肅S232項目施工中局部舊路利用路段，凍融導(dǎo)致原有路床翻漿嚴重，路面受凍融影響也遭受到不同程度等級的破壞與塌陷，將該路段路床挖出或超挖至路堤后，選用透水性好且抗凍性強的填料進行路基換填來防止凍融塌陷。高度大于等于5m時，路基底應(yīng)開挖成臺階狀，寬度不小于2m，并設(shè) 4%的倒坡。基底采用石渣換填，換填厚度為80cm，基底以上采用碎、礫石土換填。高度小于5m時，基底換填采用碎礫石換填，換填厚度為80cm。必須充分碾壓與強夯法處理采空區(qū)相結(jié)合，嚴格控制壓實度。碾壓至路面結(jié)構(gòu)層以下80cm時，填料粒徑不超過10cm且壓實度不得小于95%。透水性好且抗凍性強的填料主要包括但不限于：石渣或碎、礫石，碎、礫石土，石灰土，水泥土等。

在橋頭（涵洞）路基處理中，為了減少路基在構(gòu)造物兩側(cè)產(chǎn)生的不均勻沉降，提高車輛行駛的舒適性，對橋梁、涵洞臺背兩側(cè)路基填筑需進行特殊處理。涵洞、橋梁臺背采用碎、礫石土換填，要求最大粒徑不大于100mm，壓實度不小于96%。當(dāng)橋梁的施工工序要求采用先填筑路基后施工橋臺時，其壓實機具要求同一般路基；當(dāng)施工順序采用先施工構(gòu)造物后填筑路基時，對于大型機具難以壓實的地方，宜采用小型的手扶振動夯、手扶振動壓路機薄層碾壓，以達到規(guī)定的壓實度標準。

在對橫向、縱向填挖交界處理，陡坡路基處理，低填淺挖處理，新舊路基銜接處理等施工中，對路基填料控制的同時，采用鋪設(shè)不同類型的土工格柵（如雙層聚丙烯土工格柵或雙向土工格柵等），并用錨釘進行有效的錨固，從路堤逐層鋪筑至上路床，對路基進行整體性強化，從而達到預(yù)防路基翻漿的目的。

3.3 防護支擋工程

泥流、滑坡，坍塌產(chǎn)生的剝落物會對在路面上的行人和車輛形成極大安全隱患，為將脫落物阻隔在道路范圍外側(cè)，甘肅S232項目在全線不同施工段均設(shè)置強度為C25混凝土擋土墻。依據(jù)地形、地質(zhì)、水文等現(xiàn)場實際情況，擋土墻采用強度為C25的砼進行砌筑。其基底需要控制在地面線下1.8m，沖刷線應(yīng)高于沿河沖刷路段埋深1m，根據(jù)地基承載力的要求，對于土質(zhì)地基采取換填5%水泥穩(wěn)定砂礫等處治措施，且應(yīng)滿足襟邊寬度[3]。

如果填方道路的坡腳落入河流中，為避免山洪沖擊，侵蝕道路邊坡，提高道路的安全性，護坡高度應(yīng)高出設(shè)計水位0.5m，采用強度為C25的混凝土護坡作為邊坡防護，其背面設(shè)0.15m砂礫墊層。

為了避免沿線匯水對道路邊坡的沖擊，并影響道路穩(wěn)定性，在高填方路基段落設(shè)置填方拱形骨架對路基邊坡進行防護。

由于汛期季節(jié)以及高海拔地區(qū)強降雪時，邊坡易受河流影響或沖擊，從而破壞了原有路堤土方的外觀形狀和內(nèi)部含水量，再加至凍融循環(huán)使其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了很大變化，穩(wěn)定性顯著下降，因而為確保道路的安全和附近地區(qū)不受河流的沖擊，甘肅S232項目存在上述河岸主要位于K62－K84施工段，因此設(shè)置強度為C25混凝土駁岸墻。

墻背回填料應(yīng)具有較高的長期強度和較大的透水性，宜優(yōu)先選用透水性較強的無黏性土填料，重度不小于19kNV/m2，內(nèi)摩擦角不小于35°。

3.4 路基排水

完善路基排水設(shè)施，是防止凍脹引起的路面龜裂，沉降比較可行的施工措施。

路基排水原則為：各排澇渠道的布置與銜接盡量不占用或盡量少占草場，排澇渠道的出水口要盡量引向自然溝渠；排水構(gòu)造物的選擇，本著因地制宜、因地取材的原理，能夠快速高效的清除道路“有害水”，避免降低道路的速度與穩(wěn)定性。全線橋涵路面防沖刷方案根據(jù)地質(zhì)、工程地質(zhì)要求和橋涵情況因地制宜地采用整體排澇方案。

地表水和地下水的清除屬于道路排水，側(cè)溝和其他系統(tǒng)可以有效地清除地下水，側(cè)溝中的主要材料是混凝土和漿砌石或土質(zhì)側(cè)溝。當(dāng)路塹上方的水庫較大時，在距邊坡5m的適當(dāng)位置挖一條集水溝，以提高邊坡穩(wěn)定性，迎水坡面或護坡坡腳也可設(shè)置梯形片石土垛，并通過路塹溝將水引至天然河道。各種排水溝和盲溝都能有效排放地下水，對其主要材料技術(shù)要有嚴格要求。雙向橫截面路面的路面排水，路肩設(shè)置相應(yīng)的拱坡，放在路面和路肩上，具有良好的路面排水能力，道路區(qū)域的水通過拱坡流向兩側(cè)，然后放在側(cè)溝中排出靜止水，在每個橫截面中，路面橫截面向外排水可以將水排到路基外部[4]。

路基排水主要采取以下五種方式：

3.4.1 急流槽。本工程的越嶺道路邊溝、排水溝出水口受地勢影響，在落差很大時設(shè)有急流槽，其截面型式為矩形0.4m×0.4m，急流槽C25現(xiàn)澆混凝土加固。

3.4.2 平臺排水溝，邊坡急流槽。在深挖方較長路段設(shè)置挖方平臺排水溝，將坡面水通過邊坡急流槽引至邊溝內(nèi)，再引出路基外，其斷面形式為矩形0.3m×0.3m，采用C25混凝土。邊坡急流槽嵌入挖方邊坡或護面墻內(nèi)每間隔30～50m設(shè)置一道，其斷面形式為矩形0.4m×0.4m，采用C25混凝土。

3.4.3 截水溝。對坡面匯水面積較大的路段，在挖方邊坡5m以外設(shè)置截水溝，尺寸形式主要為0.4m×0.4m、梯形斷面，內(nèi)外坡度均為1∶1，并采用C25現(xiàn)澆混凝土加固，厚度10cm。

3.4.4 盲溝。對于地下水充足路段、路基變形較嚴重路面，為使正常道路保持干燥，必須設(shè)有盲溝，縱橫向盲溝，且盲溝縱坡盡可能與正常道路縱坡斜率一致，最小不宜小于1%。橫向盲溝應(yīng)伸出路基坡腳外5m，將水引出路基外。

3.4.5 市政路段道路排水。路線K90+250 ～AK91+596.784段道路為產(chǎn)業(yè)園區(qū)道路，該地段為下坡路地段，該地段的路側(cè)均安裝有檢測井、地下排水管道、道路側(cè)向排水等裝置。具體位于路面左邊人行道下部設(shè)有側(cè)向?qū)Я鞴芎偷叵屡潘艿溃访嫖鬯?jīng)過橫向鑄鋼管進入地下排水管道，檢測井根據(jù)地下排水管線設(shè)計，從90+250處橋頭排入河道，右側(cè)路面水通過人行道下方橫向排水匯入邊坡下部排水溝，最終排入河道[5]。

4 結(jié)束語

高海拔地區(qū)季節(jié)性凍土路基施工存在翻漿、凍融、滑、塌和凍融泥流凍融塌陷、凍脹等危害，上述路基病害產(chǎn)生的根本原因是水，路基基床內(nèi)含水率超過規(guī)定標準時，路基在外部環(huán)境的影響下就會發(fā)生凍融等病害。故在施工中控制路基材料含水量，即防止地下水與地表水的滲入，即可實現(xiàn)路基工程保質(zhì)保量地建設(shè)。全文以甘肅省S232項目為例，根據(jù)高海拔地區(qū)季節(jié)性凍土路基施工，在不同復(fù)雜地形因地制宜地實施了路床表層換填碎石、鋪設(shè)不同形式土工格柵、路肩墻、路堤墻、護坡、主動防護網(wǎng)、護腳墻、駁岸墻、攔渣墻、內(nèi)擋墻、拱形骨架、急流槽、盲溝、平臺排水溝，邊坡急流槽、截水溝、園區(qū)段道路排水等形式。使得凍脹情況明顯下降，路基穩(wěn)定性大幅度提高，結(jié)合后期連續(xù)觀測，路基質(zhì)量有了較大保障。對于預(yù)防高海拔地區(qū)季節(jié)性凍土路基凍脹、融沉的病害有顯著效果。專業(yè)工程師和施工人員要群策群力，汲取案例中有效的信息加以融會貫通，仔細研討出針對季節(jié)性凍土路基的施工技術(shù)，攻克相關(guān)難題，將多種排水措施、防護工程因地制宜，綜合運用到項目中，有序開展各項工程建設(shè)。