關于高寒區凍土路基施工的幾點看法

■馮大財 ■四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610041

國道213 線四川藏區松潘境內高海拔高寒區公路改建工程項目，是我司修筑較典型的高寒高海拔地區公路之一(海拔均高3400m，常年平均氣溫低，暖濕，冷干，晝夜溫差大，冰雪期實際最低溫度多低于-20°)，屬于多年凍土路段。該公路的優化改建對促進少數民族地區經濟發展，完善地區公路網，提高當地抗災保畜能力，維護民族團結，加強所在地區環境與生態保護等均具有重要的意義。由于多年凍土是在特定的氣候，水文和地質條件下，經過幾千年甚至上萬年的綜合因素作用而形成的，一旦遭到破壞，將造成無法逆轉的嚴重后果，故施工過程中力保凍土不融化和少擾動是進行各項施工工作的基本原則。

1 凍土概念、分類、分布地區及特點

結合對高寒高海拔區域氣候，巖土特點等各相關因素的切身認識，結合有關資料，具有負溫或零溫并含有冰的土類和巖石均為凍土。按凍結狀態持續時間分為短期凍土(從幾小時到幾晝夜者)，季節性凍土(持續時間不到一年)及多年凍土(持續時間兩年或兩年以上)。

我國凍土主要分布在青藏高原和東北部分地區、在西部地區部分高原高寒地帶分布也較廣。在長期荷載的作用下，多年凍土的抗壓強度比瞬時荷載作用要小很多;由于冰和未凍土的存在，會呈現強烈的流變性等特點。

2 凍土對道路工程的危害

從施工實際并結合相關資料發現，凍土對土的物理、力學等性質有很大不良影響。較普遍的情況的是，在開挖路基時，會使含有大量冰的凍土融解，造成邊坡坍塌、路基沉陷、路面翻漿;甚或有基底的冰丘、冰椎導致路基膨脹，使路基、路面開裂與變形，而當其融解后，路基又會發生不均勻沉陷，造成公路路面的二次破損。因此在高寒高海拔地區筑路施工，需采取特殊辦法與措施來消除或減小凍土對公路工程的危害。

而在國道213 線四川藏區松潘境內高海拔高寒區公路改建工程的建設過程中，因該區域海拔從2900m 攀升到3900m、季節性及晝夜溫差大，多年凍土分布較廣，在施工過程中尤其注重對多年凍土路基施工技術進行探究。

3 多年凍土分類

比照中華人民共和國行業標準《凍土地區建筑地基基礎設計規范》(JTJ118 -98)，多年凍土以融沉為指標，按其融沉性分類，根據土的類別、土中含水量和融沉系數，分不融沉、弱融沉、融沉、強融沉和融陷等五類。不融沉為少冰凍土，弱融沉為多冰凍土，融沉為富冰凍土，強融沉為飽冰凍土和融陷為含土冰層。

4 凍土的基本性質

(1)強度。凍土強度是指凍土抵抗破壞的能力。影響土的強度因素很多，如含水量、凍土構造、含鹽量、土的成分及負溫等。當含冰量較少時，其強度比一般暖土高不太多。當含冰量較大時，強度最大。其次，影響凍土強度的還有凍土的構造，如整體狀構造的強度較高。最后還有溫度，溫度越低，凍土強度也越高。另外，凍土鹽漬也是影響其強度的一個不可忽視的因素，鹽漬越大，凍土強度越低。

(2)融化強度。在融化狀態下，凍土抗壓、抗剪強度明顯下降，特別是含水量大的凍土，下降更明顯，這也是多年凍土地區地基融陷的重要原因。

(3)流變性。流變性是凍土的重要性質。當遇外力作用時，凍土比一般土的應力和應變隨時間變化的現象更明顯。

(4)凍脹、凍脹量和凍脹力。水由液態變成固態其體積會增大9%，當土中的水在變成冰的過程中體積膨脹到足以引起土顆粒之間相對位移時，便會導致土的體積膨脹，從而使得土體受力狀態的改變，進而導致路基工況的相應改變。

(5)融化及沉陷。據“(4)”可知，當多年凍土中的冰轉化為水時，使凍土產生體積收縮和孔隙率減少，會導致土體下沉，同時使土的強度降低，進而常常引發路基的不均勻沉陷。

5 凍土地區路基施工

凍土路基施工需要在掌握實際情況后優化施工方案、注重抓住關鍵有利凍土施工的時間段，結合凍土施工特點組織施工。

施工中嚴格遵循保護凍土，盡量少擾動凍土的原則。高寒高海拔地區公路，為了使路基施工后仍處于熱學穩定狀態，一般均采取路堤形式，尤其在厚冰發育地段。并會盡可能避免零填或淺挖斷面，以免造成重熱融沉陷等病害，對于弱融沉或不融沉的多年凍土地區，路基施工一般是按融化原則進行。路基排水與加固除滿足水力和土力條件外，還要考慮由于施工因素引起的熱力變化，導致多年凍土層上層上限的下降帶來的不利影響。

(1)施工前的準備。熟悉設計資料及當地相關水文、地質、氣候等資料，結合資料現場核實道路通過區域凍土分布區域、類型、凍土上限、冰層上限、地面水、地下水、其它不良地質情況(熱融湖(塘)、冰丘、冰椎等)。比選并優化凍土路基施工組織設計。做好凍土區域測量等前期準備等工作。

(2)填方路基。填方路基排水、基底處理、取土區域、填料、壓實對路基質量影響很大，高寒高海拔凍土地區路基更需注重上述因素的影響。

根據“多保護少擾動”原則，當路基在永久凍土的富冰凍土，飽冰凍土或含土冰層地段時，必須保持路基及周圍的凍土處于凍結狀態，故排水系統與路基坡角應保持足夠距離，高含冰量凍土集中路段，嚴禁坡腳滯水，路側積水，邊坡應及時鋪填草皮(避免在做排水設施施工時，破壞地表的天然狀態，從而擴大外界氣溫影響，導致凍土層上限的下降，影響溝渠和路基的穩定)。根據施工成功實踐，排水溝與坡腳距離不宜小于2m，沼澤濕地不宜小于8m，飽冰凍土及含土冰層地段，避免修建排水溝和截水溝。

當冰層不厚，基底為含冰過多細粒土時，先用砂礫石、碎石等透水性材料換填壓實，再填路基;當為低洼沼澤地段時，由于排水困難，底部設置毛細水隔離層，其厚度在路堤沉降后至少高出水面0.15m，并于其上鋪設反濾層。在此期間應勤測量，注意預留路基沉降高度，待路基沉降滿足設計要求后再進行路面施工。

取土場要設在遠離路基的地方，以使開挖后的取土場在出現凍土融化狀況后，也不至于對路基的穩定構成危害。取土應保證不影響路基質量，嚴格控制取土深度，以不超過最大凍深為宜，這樣做的原因是凍土層被挖走后下層的凍土會有一部分融化，這時部分融化了的冰會在取土場表面形成水層，因為水的保溫效果好，就避免了凍土的進一步融化。土被取走后，下部會有平均0.65m 左右深度的凍土融化，再下面的凍土基本為原始狀態。如果因條件所限確需就近解決部分填料時，也應在距路基坡腳10m 以外取土為宜;斜坡地表的路堤，取土場應設在上坡一側更便于保證路基施工質量。對于有坡度的坑底，要做到及時排水，保證水能及時暢通的排出。

填料不能用凍土塊、草皮層及沼澤地含草根的濕土及其它不宜作路基填料的土填筑路基，宜選用細粒土，因為其保溫隔水性能較好。當不得不用透水性差的填料(如粘土)時，應嚴控土的濕度，保證其在碾壓時的含水量不超過最佳含水量的±2%為宜。當路基通過湖塘等富水路段時，其水下部分必須用具有良好滲水性的填料，并應高出最高水位0.15m 以上。

路基應劃格分層填筑，每填筑到規定層厚均應分層碾壓，成型后的路床強度應符合設計要求，用設計或規范規定的碾壓設備(如15t 或20t 壓路機)或等效碾壓機械按規范規定碾壓工藝進行碾壓檢驗2～3遍，要求路基無輪跡及彈軟等現象。用重型擊實標準進行壓實檢查，凍土區路基應做好邊坡防護:靠近路基最底面的基底部位更可能容易有飽冰土層且易融化，故可就近取用草皮等保溫材料做保溫護道和護腳，草根應向上，然后一層一層依次序錯位疊鋪，最外一層帶泥并用鐵鍬等工具拍實形成保護層;道路沿線兩側20m 范圍內的地貌應維持原態并加強保護。

(3)挖方路基。對挖方地段路基，首先應做好防排水工作。根據實際情況，當高寒高海拔凍土區部分坡體多為透水性好的砂土或砂礫類土質時，路墊坡頂盡量避免設置圬工類截水溝或排水溝，若需設置則應特別注意做好坡體與排水設施交接處的防滲漏處理，對于地下富水路段，應設置邊溝，邊溝下并設置滲溝，滲溝溝底的坡度應適當大些，利于排水，以減少因排水不暢結冰產生凍脹對邊溝底部的擠壓損壞。

在進行路塹土質邊坡防護時，其鋪砌厚度均應滿足設計或規范對保溫層厚度的要求。如果采用草皮鋪砌防護，則應注意氣溫條件，抓住有利天氣氣候條件，結合施工計劃安排及時施做。草皮應分層水平疊砌，錯縫搭接并嵌緊，縫隙用致密的粘土或草皮填塞嚴密，使之連成整體以提高保溫效果。

當路基位于不良地質地段(如冰椎、冰丘等地段)時應修建截水墻，保溫滲溝排水等措施;富水路段的路堤(如熱融湖、塘等)其水下部分應采用滲水性好的材料如碎(礫)石、片石填充;對于松軟、易失穩類路基的基底，兩側應加設反壓護道，其填筑質量最好不低于路基本身;另外，在道路通過沼澤凍土地段時，其路堤下部應設隔離層和隔溫層，并不得破壞兩側地表植被，盡量保持其原態;對其他水流較重的路基，則可在采用在水流上游的主流處設地下滲溝或將水排到距離路基較遠的低冰場地予以處理等工程措施。

(4)不合格基底的換填施工。局部多年凍土一般都埋深較淺、厚度小、平均溫度相對高，，施工過程中可采用粗粒換填的方法處理。局部凍土路段視情況可采用換填砂礫石，礫碎石等方法處理。根據本項目的施工實踐，在換填施工時注意幾個要點:要點之一，根據多年凍土路基地區地下水位情況確定換填深度，換填深度不宜過深。這類地區地下水位一般較高，凍土上的覆蓋土層較薄(1m 左右)，換填過深就會因無覆蓋層而造成凍土的大量融化，不易保證換填的質量，一般換填0.6m 深為宜;要點之二，要確保換填時間最短。凍土會因表面覆蓋層被挖除而受到外界的溫度的影響，隨著暴露在外的時間增長而融化的厲害，所以開挖后應及時回填，做到邊開挖邊回填壓實。

6 結語

隨著公路建設向高寒高海拔地區的大力拓展，高寒高海拔地區凍土路基的工程處理技術將在很大程度上成為左右公路工程建設質量的一個普遍性的突出課題。因此，探究高寒高海拔地區凍土路基的有效處理技術，對解決此類地區道路施工的質量問題，保證路基路面的穩定性，延長道路使用壽命，降低工程成本，節約工程造價等均具有迫切的現實需要和積極的社會經濟意義，本文結合項目工程施工實踐，在此提煉總結出高寒高海拔地區公路凍土路基施工技術的幾點看法，以期作為類似工況地區道路路基的施工參考。

［1］公路改建工程設計施工圖.

［2］《凍土地區建筑地基基礎設計規范》(JTJ118 -98).