融前填筑法在高寒地區軟土路基施工中的應用

秦生君

摘 要：在青海省青南地區，受到惡劣天氣和自然條件的影響，軟土路基施工往往存在很多不便與隱患，給施工質量帶來了不可忽視的影響。本文論述了軟土路基的成因及其可能引發的病害，并從理論上分析了高寒地區軟土路基的處理方法，最后結合工程實例介紹了融前填筑法的應用，以期能夠分析、解決高寒地區軟土路基施工中存在的諸多問題。

關鍵詞：融前填筑法;高寒地區;軟土路基;工程應用

中圖分類號：U416.168 文獻標識碼：A

1 軟土路基的常見病害及成因

在青藏高原地區，軟土路基常見的病害有凍脹和翻漿兩種，其對公路破壞有著很大的影響。工程實踐表明，高原修建的路面工程普遍出現路面的開裂、短板、鼓包等現象，即使施工材料合格、施工過程規范、來年也常常會出現這些問題。針對這些病害的發生，只有充分了解其成因，才能夠合理、有效的防止其發生。

在路基中，土顆粒間的孔隙自由水由于溫度過低而發生凝結現象，受到環境溫度持續下降的影響，土顆粒分子引力與滲透壓促使著其周圍土粒的薄膜水由下向上運動。由于早晚溫差大，白天下部的流動水分持續進行移動，夜間氣溫急劇下降移動水分凝結成冰，在0℃界限附近形成具有明顯界限的冰層。大量水被匯聚進而凝結成冰，造成路基的體積膨脹，使得路面開裂、隆起，這就是凍脹的成因。發生凍脹后，受到氣候回暖等因素的影響，原有冰層開始融化，但上層融化先于下層發生，上層融化造成的大量積水無法得到有效的疏導排泄，所以路基的含水量增大，進而降低其強度。在公路路面的往復荷載作用下，極易出現翻漿。

根據以上論述可以發現，影響軟土路基病害發生的主要因素有溫度、含水量、循環荷載等。具體如下：第一，在我國寒冷地區，其0℃以下時間較長且凍結程度較大，凍脹發展的水平較高。第二，水資源豐富，地表河流、冰雪融化等可以提供大量的水源，同時毛細作用顯著的粉土等細黏土促進凍脹。第三，路面循環荷載的作用決定了翻漿發生的程度，特別是重型車輛的碾壓對于翻漿是極具影響的。所以，在設計上需要依據公路使用要求對這一情況進行充分的考慮。

2 常用的軟基處理方法

軟土路基的處理應當在凍融前完成，穩定后開展后續路基工程。其主要的處理方法如下：

2.1 片石填筑法

若原地表含水量大、土粒粒徑較細，使得土體表面出現明顯的水洼（坑），可以優先考慮片石填筑進行處理。該方法就是根據工程情況選擇大小合適的石塊直接填筑到未擾動的沼澤水洼地，以此將地表水用石塊隔離，通過縫隙排除地表水的方法。該方法可以顯著地增強地基的強度與穩定性。在工程中通常選用強度高的石料，且一般要求其粒徑較大，以達到增強承載力的目的。此外石料的填筑方向在工程中需要予以重視，一般需要根據軟弱土的下臥地層及流水方向來決定。在填筑后還需要在片石頂填筑一層反濾層，來保證填筑片石起到能夠穩定作用。該方法的特點是施工簡便、成本低廉，主要被應用于高寒路基水洼和沼澤的土基處理中。

2.2 挖除換填法

挖除換填法的基本原理就是將原有軟土土層挖除，換以承載能力高、壓縮性能差、耐久性好的材料填充，來滿足工程對土基的設計需求。該方法通常使用碎石、礦渣等材料，以期能夠形成一個可靠、穩定的持力層。該方法的特點是造價低、施工便捷、廢物利用程度高。但挖除換填法一般只用于軟弱土層較淺的工程中，開挖換填需挖多少填多少，禁止大面積開挖后裸露，擾動到永凍層。

2.3 強夯法

強夯法的主要原理是將重錘升至較高位置后使其自然下落，利用錘的自重對土基進行夯擊。夯擊過程上可分為點夯和面夯兩個階段。首先進行點夯，按梅花形布置夯位，每個夯位采用碎石樁進行加固。每進行一次夯擊就在夯位中填入碎石，以此循環直至夯擊沉降值滿足設計要求。在點夯完成后，就需要對整個工作段填入滿足設計要求厚度的碎石，隨后對整個面進行夯擊。通過強夯法處理的土層壓縮密實，其孔隙得到充分的減少，同時夯擊過程中產生的孔隙為土壤排水提供了通道，可以極大地提高土壤件有效應力，增大其承載能力。強夯法其工程適用性強，可以用于多種土基的處理。

2.4 土工合成材料加筋法

土工合成材料作為一種新型的巖土工程材料，將其合理地鋪設在路基面上，能夠有效地均勻傳遞上部荷載。并且土工合成材料的加入對于土壤抗剪變形性能有著很好的改善效果，可以增大其承載能力以及延性。此外，該法對于地基土的側移起到了很好的限制作用，能夠保障路基工程的穩定性能。

2.5 調整結構法

軟土路基的處理可以采用改變路堤結構來完成，該方法可以改變地基反力進而達成預期效果。譬如反壓護道的方法可以在不使用砂石的條件下完成處理，但該法需要耗費大量的施工場地，作用原理是在路堤兩邊分別采用可靠的加固手段，抑制土基的側移。

2.6 現有軟土地基處理方法存在的問題

1）多數方案對于施工環境有一定要求，譬如對于凍結的土基而言，需要將其融化后再進行后續施工。

2）對于處理深度有著較為嚴苛的要求，譬如以上很多方法都需要用到大型機械，而對于待處理土層較薄的情況大型機械往往難以高效發揮其效用，甚至無法開展施工。

3）對于待處理土層較厚的情況，采用某些方案工作量過大，導致建設成本過高。譬如換填法中會導致開挖量較大，開挖較深時機械不便運轉，也會擾動到永凍層。

3 基于工程實例的融前填筑法

3.1 工程概況

青海省省道224線二道溝兵站109岔口至治多段公路改建工程，該段道路屬于二治公路（索加至多彩段）中的一段，按二級公路標準設計，路基寬度為8.5 m，橋涵設計公路Ⅰ級。現有舊路路面為砂石路面，舊路路基寬度4.1 m～4.5 m，路基高度0.2 m～3.5 m。基本無排水設施，80%路段出現坑槽、沉降、翻漿等現象，路線穿越水草地沼澤等地區。由于行車的隨意性，局部路段已形成多條便道。

全線沼澤水草地和積水（湖）塘路段主要由于地下水位過高，地表排水不暢、長期積水以及多年凍土消融積水所致，表現為地表土體濕軟，水草發育，夏季降雨充沛時，尤為嚴重。

3.2 施工方案的比選

如果采用挖除換填法，則需要對原有軟弱土層進行清理，但挖除的施工需要在土基的凍結完全融化后才可進行，且該路段需要挖除的土方量較大，使得其工程成本與進度難以達成預期，故此法不適宜采用。

如果采用滾填法進行處理，同樣也需要土基的凍結完全融化，且為了保證施工機械的正常使用，其第一層的填筑厚度必須達到0.5 m。另外，應用該法對原有土基的擾動較大，易產生不均勻沉降等影響。

總結以上方法的問題，并考慮到工程環境的影響以及成本、工期目標的實現，通過對工程具體情況的分析選擇采用融前填筑法進行施工。具體而言就是采用級配合理、組成合適的石料進行填筑，填筑后通過路基自重以及上部荷載等的作用，使得路基隨著土壤凍脹融化的發展而逐步沉降，待其沉降穩定后再進行路面施工。采用該法具有以下優點：1）路基填筑的壓實度更有保障。采用融前填筑法時壓實是在未融時進行的，研究表明在合理的施工下土基與石料間的壓實度可以達到97%，相較于我國2001年的規范要求高出四個百分點以上。若采用滾填法，為滿足其壓實度采用較厚的填料往往會產生翻漿等現象，而采用較薄的填料則難以滿足沉降要求。2）可在上層結構施工前一段時間就開始路基處理，能夠節省工期，進而間接減少建設成本。

3.3 施工準備

填筑時間：時間上選在土基凍結剛開始融化時進行。并對原地面的雜物進行清理及整平。

施工材料：用于底部填筑的碎石應將其粒徑控制在8 cm

～15 cm的范圍內，主要用于隔斷軟弱土層，為了保證填筑效果還需要嚴格控制碎石的含土量。主要填料選擇干凈的中粗砂礫，為了控制項目建設材料成本，也可采用天然砂石進行填筑。

3.4 施工工藝

1）清理表層。在填筑前需要對地面清理干凈，但要注意對其上的植被不得破壞，因為植被破壞帶來的土層擾動對土壤結構有著不可忽略的影響，可能會因此造成土基的不均勻沉降。

2）第一層填筑在底部填入碎石并用重型壓路機反復碾壓，以此加強其基層的承載能力，縮短地基土層的固結進程。

3）在其上在填筑級配合適的砂礫，并采用重型壓路機壓實。經過壓實后的砂礫與先填的碎石良好的接觸壓實，能夠很好的隔離下部軟弱土層的侵入。

在本工程中采用的具體施工工藝如下：

對于積水湖塘路段，填筑路基時，地表不開挖，先直接填筑片塊石，并采用重型碾壓進行擠淤，每層厚度0.5 m，直到沉降穩定后再填筑1.0 m砂礫后，進行重型碾壓，兩側超寬填1.0 m。對于積水嚴重或淤泥較深的沼澤、水草地段，填筑路基時，地表不開挖，先直接填筑片塊石，并采用沖擊碾壓進行擠淤，每層厚度0.5 m，直到沉降穩定后再填筑1.0 m砂礫，進行重型碾壓，兩側超寬填1.0 m。對于不滿足沖擊碾壓長度的路段進行重型碾壓處理;對于一般沼澤、水草地段，填筑路基時，不開挖直接填筑砂礫進行沖擊碾壓，直至沉降穩定。

4 結束語

通過工程實例證明，融前填筑法對于高寒地區軟土路基的處理有著其他處理工藝所不具備的優勢。其可以在軟基凍結狀態下進行施工，極大地縮短了工期，且使得路基在融化過程中的沉降更為均勻。此外，由于融前填筑法施工較為便捷，沒有挖填方等高投入的施工環節，所以其在施工成本上也具有很大的優勢。綜上所述，融前填筑法在高寒地區的軟基處理上表現優異，極具推廣價值與研究前景。

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