季凍區特殊路基采用碎石土換填處理措施

趙旭東 石云方 杜世富 劉澤炬

（1 中鐵七局集團第三工程有限公司；2 東北大學資源與土木工程學院）

寒區凍土融化對公路路基會造成致命的破壞，環境溫度和公路材料都會對凍土溫度產生影響，對軟弱基層進行換填是當前處理路基問題的有效方法之一。隨著公路工程建設的廣泛開展與高速發展，凍土地區換填路基工程的數量持續增多，諸多專家學者己經意識到特殊路基處理的重要性，對其展開了豐富的討論。袁昌等[1]通過數值模擬得出凍土路基的熱量來源主要是路面吸熱，路基熱量的70%～80%向下傳至下伏凍土地基；白金泉等[2]考慮水冰相變，對比分析了塊石和填土填筑路基的熱穩定性，得出采用塊石能有效提升多年凍土上限的結論；馬敏等[3]指出采用大粒徑塊石層換填可以作為多年凍土層的路基結構，這種結構可以對凍土區路基變形情況進行有效改善。常繼峰等[4]對某完工工程的地溫環境進行觀測統計，得出凍土上限覆土厚度會影響土層受到大氣溫度影響的熱敏感程度。梁銘軒等[5]通過試驗對比了不同的溫度設置情況對碎石三維傳熱過程的影響，建議工程中可采用控制碎石層的側邊界溫度的方式提高碎石層的換熱效率。

以上實驗和模擬得出采用塊石換填路基可以有效改善凍土問題，對寒區路基建設提供了有益的參考。本文以吉林某公路工程的碎石土換填特殊路基工程為研究對象，通過分析工程概況、現場環境等因素，設計了碎石土換填處理措施，為日后相似工程提供參考。

1 項目概況

本文以長春至雙陽公路工程項目為背景，項目主線采用六車道一級公路標準，設計時速100km/h，路基寬度34.5m。本項目路基范圍內軟基具有埋深淺，厚度薄的特點，計劃以清淤換填碎石土的方式對特殊路基進行處理，特殊路基處理總長12143m，換填碎石土628135m3，換填寬度39.5～65m，換填深度0.6～1.8m。低填淺挖段路基處理，低洼段路床換填80cm 碎石土，地表積水潮濕或地下水位較高路段，路床及路床以下20cm換填碎石土。

圖1 特殊路基標準斷面示意圖

2 碎石土性能

2.1 野外調查及取樣

結合工程選用碎石土試樣，試樣大致分為微風化和風化試樣兩種。取樣點植被較少，多為雜草，未見莊稼，微風化碎石土多呈青色，有晶體分布；風化碎石土多呈黃褐色，如圖2所示。

圖2 取樣點附近碎石土情況

經野外鑒定，微風化試樣錘擊聲音清脆，感覺有力回彈震手，難擊碎，碎片有鋒利棱邊，用手難于撥斷；風化試樣錘擊聲音不清晰，感覺無力回彈震手，較易擊碎、碎片無鋒利棱邊，部分試樣可用手撥斷。

2.2 顆粒級配

根據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中T0302-2000 和《公路土工試驗規程》（JTG3430-2022）中T0115-1993，采用篩分法進行土樣的顆粒分析試驗。將試樣充分自然風干，過20mm 篩。將試樣四分法篩分散，每種試樣準備兩份，進行篩分試驗，試驗結果如表1。

表1 試樣顆粒含量

試驗測得試樣不均勻系數Cu為12.34，曲率系數Cc為3.12，級配良好。

2.3 最優含水率

碎石土試樣的含水率直接影響填筑路基的壓實效果，經過試驗測定，碎石土試樣在8%～10%含水率是擊實效果較好。

3 施工工藝及過程控制指標

特殊路基處理施工按三階段、四區段、八流程的工藝組織實施，路基換填的施工流程：清基整平→形成路拱→壓實→鋪碎石墊層→碾壓→鋪土工格室→填土。

3.1 施工準備

施工準備階段應完成以下工作：

⑴根據施工現場情況，對設計文件進行核對、調查，完成截排水設施的施工，做到臨時排水與自然溝渠相接；

⑵對已布設的水準點等設施位置進行復測，檢查其是否滿足施工要求；

⑶根據相關規范要求，下發技術交底工作，完成對作業隊伍的安排，明確作業隊伍負責的工程內容。

3.2 施工放樣

直線段每隔20m 進行一次放樣，平曲線路段每隔10m 進行一次放樣，為確保路基邊緣位置與路基中部達到相同的壓實度，坡腳處的標志樁的設置點應向外側移動50cm，用石灰對坡腳線進行實地標出。根據設計的每層松鋪厚度，在中、邊樁位置進行標志，每20m 設一處，采用木樁標志并要求木樁垂直、牢固。

3.3 地基處理

結合本項目施工范圍內軟基埋深淺、厚度薄的特點，選擇低填淺挖路基處理，低洼段路床換填80cm 碎石土，地表存在積水導致表面潮濕或地下水位較高路段，路床及路床以下20cm 換填碎石土。不良地質地段處理，對于低洼、地表潮濕、舊路邊溝積水路段，根據地質資料清表或清淤泥后，填筑碎石土至原地面線以上30cm 位置（局部地表潮濕段至原地面線以上50cm位置）。

清淤前應對施工范圍進行排水疏干，然后對初始地面的標高進行測量，并繪制出平面圖準備進行三方聯測。清淤工作以機械為主，人工輔助清淤的方式進行。采用挖掘機將路基范圍內的淤泥挖出，并用車輛將淤泥集中堆放于棄土場，施工完成后可將前期挖出的淤泥取回作為公路綠化及中央隔離帶需要使用的土。清淤過程中，應設置測量員對規定的記錄圖、表進行測量、制定，并報監理進行審批，準備清淤完成后的三方聯測。在換填范圍內，清淤完成后應對表面進行大致整平，并碾壓密實，要求原地面壓實度不小于90%。

路基填筑過程中需預先設置臨時排水溝，在路基地勢平坦的區域還需設置臨時排水溝渠，以防止邊坡被水流沖刷。并按設計要求每隔50m 修筑邊坡急流槽，將水排至路基坡腳以外2m，出水口連接天然溝渠或散排。當路拱不能自排時應進行人工疏導，保證路基范圍內無積水。

3.4 攤鋪整平

采用試驗確定干密度及透水性良好的配比的碎石土材料進行分層填筑壓實。為了保證路堤的壓實結果均勻、每層厚度、攤鋪表面的平整度符合設計要求，填料整平采用挖掘機進行初平，并安排人員，利用平地機對初平的表面進行二次整平。

為保證路基經機械碾壓后，邊緣處的壓實度可以滿足設計要求，在每層碎石土的鋪填時，參考施工放樣，在路基邊緣超填50cm。

3.5 機械碾壓

碾壓時按先兩側后中間，先慢后快，先靜壓后振動碾壓的施工操作程序進行；碾壓輪跡重疊不少于40cm，各區段縱向搭接長度不少于2m，做到無漏壓，無死角，保證壓實均勻。填至接近路基設計標高時，加強測量工作，以保證完工后的路基頂面寬度、高程、平整度符合設計及規范要求。

機械碾壓采用的方法為：22 噸壓路機碾壓8 遍，其中碾壓組合為對壓實層依次進行靜壓（碾壓行駛速度為3.8km/h）1遍、弱振（速度為3.4km/h）1遍、強振（速度為3.0km/h）3 遍、弱振2 遍、靜壓1 遍收面。松鋪系數以試驗段數據為準。

4 質量檢驗標準

填料填鋪后，應檢測填鋪整平的質量、厚度、平整度等設計標準的質量，填鋪滿足要求后可進行機械碾壓，碾壓完成后采用灌砂法對壓實度進行檢驗。檢驗要求每個壓實層至少在每1000m2范圍內設置2 個檢測點，當不足1000m2時可檢驗2 個點。壓實度的標準為：距離路面結構層80cm范圍內，壓實度應大于96%；80～150cm范圍內，壓實度應大于94%；150cm 以下，壓實度應大于93%。碾壓完成后需經監理工程師進行檢驗，確認壓實度符合要求并簽證后，可轉入下一道工序。其他質量標準如表2所示。

表2 土質路堤施工質量標準

5 結語

對于季節性凍土地區，淤泥質土等高凍脹性土會對路基產生凍脹融沉現象，并且對路面產生破壞。如果不能對此提前加以防范，將對公路運營造成繼續反復的負面影響。只有在設計施工過程中，充分考慮工程地質情況，并針對地質情況制定針對措施，才能保證公路的設計施工達到預期目標。基于以上原因，本文提出了一種適用于季節性凍土地區公路工程的特殊路基碎石土換填處理措施，希望對今后相似工程提供參考。