公路多年凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)研究

2024-04-24 19:48:30段旭

工程機(jī)械與維修 2024年1期

段旭

摘要：凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)填筑一般為單層級(jí)，填筑范圍受限制，容易導(dǎo)致后期施工路基的承壓強(qiáng)度降低，為此對(duì)公路多年凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)進(jìn)行研究很有必要。簡(jiǎn)述工程概況，根據(jù)實(shí)際的填筑需求及標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行基底處理，以多層級(jí)的方式，進(jìn)行多層級(jí)填筑和攤鋪平整處理，然后進(jìn)行碾壓夯實(shí)、檢驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)5個(gè)路段進(jìn)行測(cè)定，分3個(gè)階段對(duì)凍土位置路基的填筑處理，測(cè)定得出的承壓強(qiáng)度均可以達(dá)到120kPa，說(shuō)明此種填筑技術(shù)的應(yīng)用效果更佳，填筑的范圍及路基的關(guān)聯(lián)緊密度較高，施工效果更好，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：公路凍土；路基填筑；夯實(shí)；深基坑；公路層級(jí)

0? ?引言

多年凍土實(shí)際上指的是凍結(jié)處于持續(xù)的狀態(tài)，且凍結(jié)時(shí)間在2年或2年以上的土壤及巖石[1]。公路出現(xiàn)凍土的情況較為少見(jiàn)，一般發(fā)生在西部高山、青藏高原或者東北大、小興安嶺區(qū)域地區(qū)，根據(jù)地區(qū)不同土壤凍脹程度也有所不同[2]。

多年凍土對(duì)于公路路基的填筑處理會(huì)產(chǎn)生極大影響，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致路基下設(shè)的承接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)下沉、裂縫甚至斷裂等問(wèn)題，影響后續(xù)的施工建設(shè)，埋下不可估量的安全隱患[3]。傳統(tǒng)的凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)多為單方向的，雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的填筑處理目標(biāo)，但填筑位置及體系無(wú)法精準(zhǔn)確定，施工過(guò)程中也存在較多的限制條件，阻礙填筑環(huán)節(jié)的執(zhí)行。為此本文對(duì)公路多年凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證展開(kāi)研究。

為確保最終施工結(jié)果的穩(wěn)定與安全，選定實(shí)際工程作為測(cè)定的目標(biāo)對(duì)象，明確多年凍土的區(qū)域，并將其劃分為多層級(jí)的施工處理單元。結(jié)合可能出現(xiàn)的路基防凍脹、融沉等情況，構(gòu)建更加靈活、多變的填筑方案，應(yīng)用最新的填筑技術(shù)，提高路基自身的防凍脹效果[4]。

此外，采用預(yù)估分級(jí)的方式，對(duì)多年凍土區(qū)的路基進(jìn)行沉降測(cè)定，通過(guò)XPS保溫板＋換填碎石的方式，對(duì)路基進(jìn)行加固保溫處理，更好地進(jìn)行隔水、防凍，以提高路基填筑的效率及質(zhì)量，為后續(xù)的建設(shè)施工奠定基礎(chǔ)環(huán)境[5]。

1? ?工程概況

考慮到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，采用對(duì)比的方式展開(kāi)分析。選定G工程作為測(cè)試的主要目標(biāo)對(duì)象，其樁號(hào)為DK1100+450～DK1101+300[6]。

選定的路段為多年凍土腹地，雖然公路的建設(shè)較為完整，但由于不良地質(zhì)及多年凍土導(dǎo)致建設(shè)難度增大。線路屬于低溫穩(wěn)定凍土區(qū)，經(jīng)過(guò)專業(yè)的設(shè)備及裝置探測(cè)得知，該區(qū)域路段的凍土上限為1.5～4.5m，高程值為11.35m。遵循多年凍土的保護(hù)原則，選擇該路線中的5個(gè)路段進(jìn)行測(cè)定。

其中 DK1100+450～DK1101+300段屬低溫穩(wěn)定凍土區(qū)，表層厚度大致在0.3～3.5m之間，凍土的土質(zhì)均勻、硬塑，在施工處理的過(guò)程中可測(cè)到存在凍脹、凍裂的情況[7]。3.5m以上則為特強(qiáng)凍脹區(qū)域，給路基的填筑造成了極為困難。

此外，由于凍土質(zhì)量比正常的土壤大，該路段的凍土問(wèn)題一定程度上可能會(huì)導(dǎo)致路基填筑區(qū)域出現(xiàn)移位或者下沉等問(wèn)題。施工會(huì)增加路基填筑的承載壓力，下設(shè)的承壓結(jié)構(gòu)及路基層容易出現(xiàn)偏移，再加上碎礫石過(guò)渡層和中粗砂反濾層較為薄弱，填筑工作更難執(zhí)行，為此需針對(duì)該工程的施工概況，設(shè)計(jì)具體的公路多年凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)。

2? ?多年凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1? ?基底處理

多年凍土公路路基的填筑是較為困難且繁瑣的，需要大量的專業(yè)性設(shè)備予以輔助處理，以確保施工填筑的穩(wěn)定性與安全性。

進(jìn)行施工之前，需先進(jìn)行基底處理。對(duì)凍土的位置作出標(biāo)記，將公路劃分為多個(gè)單元路段，測(cè)定出當(dāng)前的高程值為6.5m，利用重型壓路機(jī)將公路凍土的位置先進(jìn)行壓實(shí)處理。

隨即以此為基礎(chǔ)，測(cè)定路段的斜坡橫坡＜6.5m時(shí)，按設(shè)計(jì)深度翻挖公路路基位置，設(shè)定搭建一定的內(nèi)傾臺(tái)階。當(dāng)路基內(nèi)置支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時(shí)，在四周搭建輔助支撐架子，增加路基的填筑高度，確保此時(shí)的高程值在7.5m以上。接下來(lái)對(duì)填筑的相關(guān)指標(biāo)及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表1所示。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，完成對(duì)路基填筑相關(guān)指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置。然后根據(jù)當(dāng)前路基的填筑需求及標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置初始的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立起正向關(guān)系，便于數(shù)據(jù)及信息匯總整合。

2.2? ?多層級(jí)填筑和攤鋪平整處理

對(duì)路基進(jìn)行分層級(jí)填筑，同時(shí)采用攤鋪平整處理的方式，增加公路路基的穩(wěn)定性和安全性，延長(zhǎng)其使用壽命。

2.2.1? ?填筑參數(shù)確定

填筑過(guò)程中，對(duì)于凍土區(qū)段設(shè)定的壓實(shí)區(qū)域必須合理，可根據(jù)橫向全寬，在路基每邊增加大概0.5m作為預(yù)留壓實(shí)區(qū)域。

填料主要由塊石、卵石以及砂礫石等組成，需滿足防凍脹的細(xì)化性要求。這些石塊通常會(huì)經(jīng)破碎篩選，通過(guò)水洗法測(cè)定其內(nèi)置的細(xì)顆粒料含量，確定其含量小于5%之后方可使用。石料選定之后，可進(jìn)行松鋪厚度的計(jì)算，具體公式如下：

（1）

式中：G表示松鋪厚度，m表示堆疊范圍，v表示松鋪系數(shù)，n表示單元距離，u表示壓實(shí)次數(shù)。

完成對(duì)松鋪厚度的計(jì)算后，依據(jù)該數(shù)值，調(diào)整路基的壓實(shí)厚度，控制松鋪系數(shù)在1.12～1.16之間最佳。

2.2.2? ?多層級(jí)填筑處理要點(diǎn)

以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行多層級(jí)填筑處理。多層級(jí)填筑處理結(jié)構(gòu)如圖1所示。完成對(duì)多層級(jí)填筑處理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析后，以此為基礎(chǔ)，綜合填筑的要求，進(jìn)行方格網(wǎng)式處理，通過(guò)方格網(wǎng)來(lái)分層控制路基的具體填料量。

施工過(guò)程中，逐步控制攤鋪的實(shí)際厚度，保證填料壓實(shí)性。可利用推土機(jī)沿路堤初平處理，由中間向兩側(cè)壓實(shí)3～5遍，配合低墊高鏟的處理方式，將填筑位置的余料清理好，實(shí)現(xiàn)攤鋪平整的目標(biāo)。

2.3? ?碾壓夯實(shí)與檢驗(yàn)簽證

路基攤鋪整平之后，需要先檢查平整度是否滿足初始設(shè)定的要求。與此同時(shí)，通過(guò)專業(yè)的設(shè)備及裝置，計(jì)算出土體實(shí)際含水量，具體如公式（2）所示：

（2）

式中：Q表示路基實(shí)際含水量，π表示攤鋪單元值，κ表示連續(xù)振壓次數(shù)，? 表示壓實(shí)度，ψ表示轉(zhuǎn)換填筑比。

根據(jù)上述測(cè)定，完成對(duì)路基實(shí)際含水量的計(jì)算。通常情況下，在進(jìn)行碾壓夯實(shí)之前，路基填筑位置內(nèi)部的含水度不得超過(guò)2%。如果含水量過(guò)大，需要排水處理。如果含水量在2%以下，則可以進(jìn)行立即碾壓，否則要予以灑水悶料或晾曬。

碾壓過(guò)程中，一般先連續(xù)靜壓2遍，通過(guò)振壓設(shè)備再處理8～9次，待到路基完全壓實(shí)之后，進(jìn)行檢驗(yàn)簽證。此時(shí)需要對(duì)路基的壓實(shí)度進(jìn)行自檢測(cè)，如果不合格立即補(bǔ)壓。如果自檢確認(rèn)合格，則需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)及位置指標(biāo)及數(shù)值進(jìn)行分析，符合標(biāo)準(zhǔn)之后，即完成檢測(cè)簽證。

2.4? ?路拱整修

進(jìn)行路拱整修，需按照填筑的要求構(gòu)建路拱。其厚度需要進(jìn)行合理設(shè)置，結(jié)合實(shí)際的數(shù)據(jù)，按下式計(jì)算出具體值：

（3）

式中：W表示路拱厚度，和? 分別表示初始填筑空間和實(shí)際的填筑空間，o表示堆疊范圍，表示復(fù)合范圍。根據(jù)設(shè)定得出路拱厚度，同時(shí)結(jié)合實(shí)際的填筑要求，分層進(jìn)行處理。

2.5? ?注意事項(xiàng)

在進(jìn)行填筑過(guò)程中，路拱厚度的設(shè)置與調(diào)整必須與實(shí)際的建設(shè)情況進(jìn)行融合，以便構(gòu)建更加靈活、多變的填筑結(jié)構(gòu)。同時(shí)，利用設(shè)置的填筑監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采集實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和信息，根據(jù)采集采用多項(xiàng)措施進(jìn)行處理，最大程度降低路基填筑時(shí)出現(xiàn)的沉降、斷裂等問(wèn)題，消除安全隱患。

路基填筑成型后，需對(duì)路基邊坡整理，進(jìn)行取土坑布置，構(gòu)建排水通道，使水能夠順利排出，降低凍土、凍脹等問(wèn)題的形成概率。

3? ?實(shí)例效果分析

根據(jù)上述設(shè)計(jì)與市政測(cè)定，結(jié)合G工程的實(shí)際建設(shè)施工需求，對(duì)公路多年凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與驗(yàn)證研究。經(jīng)過(guò)凍土路基的填筑處理之后，最終測(cè)定的出路基承壓強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

（4）

式中：F表示路基承壓強(qiáng)度，h表示路基面積，b表示單元區(qū)域荷載值，μ表示受壓面積。根據(jù)上述設(shè)定，完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析。測(cè)試結(jié)果比對(duì)分析如圖2所示。

由圖2可知，對(duì)5個(gè)路段進(jìn)行測(cè)定，分3個(gè)階段對(duì)凍土位置路基的填筑處理，測(cè)定得出的承壓強(qiáng)度均可以達(dá)到120kPa，說(shuō)明此種填筑技術(shù)的應(yīng)用效果更佳，填筑的范圍及路基的關(guān)聯(lián)緊密度較高，施工效果更好，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

凍土區(qū)路基填筑施工技術(shù)填筑一般為單層級(jí)，填筑范圍受限制，容易導(dǎo)致后期施工路基的承壓強(qiáng)度降低。為確保最終施工結(jié)果的穩(wěn)定與安全，選定實(shí)際工程作為測(cè)定的目標(biāo)對(duì)象，明確多年凍土的區(qū)域，并將其劃分為多層級(jí)的施工處理單元。

結(jié)合可能出現(xiàn)的路基防凍脹、融沉等情況，構(gòu)建更加靈活、多變的填筑方案，應(yīng)用最新的填筑技術(shù)，提高路基自身的防凍脹效果

對(duì)5個(gè)路段進(jìn)行測(cè)定，分3個(gè)階段對(duì)凍土位置路基的填筑處理，測(cè)定得出的承壓強(qiáng)度均可以達(dá)到120kPa，說(shuō)明此種填筑技術(shù)的應(yīng)用效果更佳，填筑的范圍及路基的關(guān)聯(lián)緊密度較高，施工效果更好，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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