关于高寒区冻土路基施工的几点看法

■冯大财 ■四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610041

国道213 线四川藏区松潘境内高海拔高寒区公路改建工程项目，是我司修筑较典型的高寒高海拔地区公路之一(海拔均高3400m，常年平均气温低，暖湿，冷干，昼夜温差大，冰雪期实际最低温度多低于-20°)，属于多年冻土路段。该公路的优化改建对促进少数民族地区经济发展，完善地区公路网，提高当地抗灾保畜能力，维护民族团结，加强所在地区环境与生态保护等均具有重要的意义。由于多年冻土是在特定的气候，水文和地质条件下，经过几千年甚至上万年的综合因素作用而形成的，一旦遭到破坏，将造成无法逆转的严重后果，故施工过程中力保冻土不融化和少扰动是进行各项施工工作的基本原则。

1 冻土概念、分类、分布地区及特点

结合对高寒高海拔区域气候，岩土特点等各相关因素的切身认识，结合有关资料，具有负温或零温并含有冰的土类和岩石均为冻土。按冻结状态持续时间分为短期冻土(从几小时到几昼夜者)，季节性冻土(持续时间不到一年)及多年冻土(持续时间两年或两年以上)。

我国冻土主要分布在青藏高原和东北部分地区、在西部地区部分高原高寒地带分布也较广。在长期荷载的作用下，多年冻土的抗压强度比瞬时荷载作用要小很多;由于冰和未冻土的存在，会呈现强烈的流变性等特点。

2 冻土对道路工程的危害

从施工实际并结合相关资料发现，冻土对土的物理、力学等性质有很大不良影响。较普遍的情况的是，在开挖路基时，会使含有大量冰的冻土融解，造成边坡坍塌、路基沉陷、路面翻浆;甚或有基底的冰丘、冰椎导致路基膨胀，使路基、路面开裂与变形，而当其融解后，路基又会发生不均匀沉陷，造成公路路面的二次破损。因此在高寒高海拔地区筑路施工，需采取特殊办法与措施来消除或减小冻土对公路工程的危害。

而在国道213 线四川藏区松潘境内高海拔高寒区公路改建工程的建设过程中，因该区域海拔从2900m 攀升到3900m、季节性及昼夜温差大，多年冻土分布较广，在施工过程中尤其注重对多年冻土路基施工技术进行探究。

3 多年冻土分类

比照中华人民共和国行业标准《冻土地区建筑地基基础设计规范》(JTJ118 -98)，多年冻土以融沉为指标，按其融沉性分类，根据土的类别、土中含水量和融沉系数，分不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷等五类。不融沉为少冰冻土，弱融沉为多冰冻土，融沉为富冰冻土，强融沉为饱冰冻土和融陷为含土冰层。

4 冻土的基本性质

(1)强度。冻土强度是指冻土抵抗破坏的能力。影响土的强度因素很多，如含水量、冻土构造、含盐量、土的成分及负温等。当含冰量较少时，其强度比一般暖土高不太多。当含冰量较大时，强度最大。其次，影响冻土强度的还有冻土的构造，如整体状构造的强度较高。最后还有温度，温度越低，冻土强度也越高。另外，冻土盐渍也是影响其强度的一个不可忽视的因素，盐渍越大，冻土强度越低。

(2)融化强度。在融化状态下，冻土抗压、抗剪强度明显下降，特别是含水量大的冻土，下降更明显，这也是多年冻土地区地基融陷的重要原因。

(3)流变性。流变性是冻土的重要性质。当遇外力作用时，冻土比一般土的应力和应变随时间变化的现象更明显。

(4)冻胀、冻胀量和冻胀力。水由液态变成固态其体积会增大9%，当土中的水在变成冰的过程中体积膨胀到足以引起土颗粒之间相对位移时，便会导致土的体积膨胀，从而使得土体受力状态的改变，进而导致路基工况的相应改变。

(5)融化及沉陷。据“(4)”可知，当多年冻土中的冰转化为水时，使冻土产生体积收缩和孔隙率减少，会导致土体下沉，同时使土的强度降低，进而常常引发路基的不均匀沉陷。

5 冻土地区路基施工

冻土路基施工需要在掌握实际情况后优化施工方案、注重抓住关键有利冻土施工的时间段，结合冻土施工特点组织施工。

施工中严格遵循保护冻土，尽量少扰动冻土的原则。高寒高海拔地区公路，为了使路基施工后仍处于热学稳定状态，一般均采取路堤形式，尤其在厚冰发育地段。并会尽可能避免零填或浅挖断面，以免造成重热融沉陷等病害，对于弱融沉或不融沉的多年冻土地区，路基施工一般是按融化原则进行。路基排水与加固除满足水力和土力条件外，还要考虑由于施工因素引起的热力变化，导致多年冻土层上层上限的下降带来的不利影响。

(1)施工前的准备。熟悉设计资料及当地相关水文、地质、气候等资料，结合资料现场核实道路通过区域冻土分布区域、类型、冻土上限、冰层上限、地面水、地下水、其它不良地质情况(热融湖(塘)、冰丘、冰椎等)。比选并优化冻土路基施工组织设计。做好冻土区域测量等前期准备等工作。

(2)填方路基。填方路基排水、基底处理、取土区域、填料、压实对路基质量影响很大，高寒高海拔冻土地区路基更需注重上述因素的影响。

根据“多保护少扰动”原则，当路基在永久冻土的富冰冻土，饱冰冻土或含土冰层地段时，必须保持路基及周围的冻土处于冻结状态，故排水系统与路基坡角应保持足够距离，高含冰量冻土集中路段，严禁坡脚滞水，路侧积水，边坡应及时铺填草皮(避免在做排水设施施工时，破坏地表的天然状态，从而扩大外界气温影响，导致冻土层上限的下降，影响沟渠和路基的稳定)。根据施工成功实践，排水沟与坡脚距离不宜小于2m，沼泽湿地不宜小于8m，饱冰冻土及含土冰层地段，避免修建排水沟和截水沟。

当冰层不厚，基底为含冰过多细粒土时，先用砂砾石、碎石等透水性材料换填压实，再填路基;当为低洼沼泽地段时，由于排水困难，底部设置毛细水隔离层，其厚度在路堤沉降后至少高出水面0.15m，并于其上铺设反滤层。在此期间应勤测量，注意预留路基沉降高度，待路基沉降满足设计要求后再进行路面施工。

取土场要设在远离路基的地方，以使开挖后的取土场在出现冻土融化状况后，也不至于对路基的稳定构成危害。取土应保证不影响路基质量，严格控制取土深度，以不超过最大冻深为宜，这样做的原因是冻土层被挖走后下层的冻土会有一部分融化，这时部分融化了的冰会在取土场表面形成水层，因为水的保温效果好，就避免了冻土的进一步融化。土被取走后，下部会有平均0.65m 左右深度的冻土融化，再下面的冻土基本为原始状态。如果因条件所限确需就近解决部分填料时，也应在距路基坡脚10m 以外取土为宜;斜坡地表的路堤，取土场应设在上坡一侧更便于保证路基施工质量。对于有坡度的坑底，要做到及时排水，保证水能及时畅通的排出。

填料不能用冻土块、草皮层及沼泽地含草根的湿土及其它不宜作路基填料的土填筑路基，宜选用细粒土，因为其保温隔水性能较好。当不得不用透水性差的填料(如粘土)时，应严控土的湿度，保证其在碾压时的含水量不超过最佳含水量的±2%为宜。当路基通过湖塘等富水路段时，其水下部分必须用具有良好渗水性的填料，并应高出最高水位0.15m 以上。

路基应划格分层填筑，每填筑到规定层厚均应分层碾压，成型后的路床强度应符合设计要求，用设计或规范规定的碾压设备(如15t 或20t 压路机)或等效碾压机械按规范规定碾压工艺进行碾压检验2～3遍，要求路基无轮迹及弹软等现象。用重型击实标准进行压实检查，冻土区路基应做好边坡防护:靠近路基最底面的基底部位更可能容易有饱冰土层且易融化，故可就近取用草皮等保温材料做保温护道和护脚，草根应向上，然后一层一层依次序错位叠铺，最外一层带泥并用铁锹等工具拍实形成保护层;道路沿线两侧20m 范围内的地貌应维持原态并加强保护。

(3)挖方路基。对挖方地段路基，首先应做好防排水工作。根据实际情况，当高寒高海拔冻土区部分坡体多为透水性好的砂土或砂砾类土质时，路垫坡顶尽量避免设置圬工类截水沟或排水沟，若需设置则应特别注意做好坡体与排水设施交接处的防渗漏处理，对于地下富水路段，应设置边沟，边沟下并设置渗沟，渗沟沟底的坡度应适当大些，利于排水，以减少因排水不畅结冰产生冻胀对边沟底部的挤压损坏。

在进行路堑土质边坡防护时，其铺砌厚度均应满足设计或规范对保温层厚度的要求。如果采用草皮铺砌防护，则应注意气温条件，抓住有利天气气候条件，结合施工计划安排及时施做。草皮应分层水平叠砌，错缝搭接并嵌紧，缝隙用致密的粘土或草皮填塞严密，使之连成整体以提高保温效果。

当路基位于不良地质地段(如冰椎、冰丘等地段)时应修建截水墙，保温渗沟排水等措施;富水路段的路堤(如热融湖、塘等)其水下部分应采用渗水性好的材料如碎(砾)石、片石填充;对于松软、易失稳类路基的基底，两侧应加设反压护道，其填筑质量最好不低于路基本身;另外，在道路通过沼泽冻土地段时，其路堤下部应设隔离层和隔温层，并不得破坏两侧地表植被，尽量保持其原态;对其他水流较重的路基，则可在采用在水流上游的主流处设地下渗沟或将水排到距离路基较远的低冰场地予以处理等工程措施。

(4)不合格基底的换填施工。局部多年冻土一般都埋深较浅、厚度小、平均温度相对高，，施工过程中可采用粗粒换填的方法处理。局部冻土路段视情况可采用换填砂砾石，砾碎石等方法处理。根据本项目的施工实践，在换填施工时注意几个要点:要点之一，根据多年冻土路基地区地下水位情况确定换填深度，换填深度不宜过深。这类地区地下水位一般较高，冻土上的覆盖土层较薄(1m 左右)，换填过深就会因无覆盖层而造成冻土的大量融化，不易保证换填的质量，一般换填0.6m 深为宜;要点之二，要确保换填时间最短。冻土会因表面覆盖层被挖除而受到外界的温度的影响，随着暴露在外的时间增长而融化的厉害，所以开挖后应及时回填，做到边开挖边回填压实。

6 结语

随着公路建设向高寒高海拔地区的大力拓展，高寒高海拔地区冻土路基的工程处理技术将在很大程度上成为左右公路工程建设质量的一个普遍性的突出课题。因此，探究高寒高海拔地区冻土路基的有效处理技术，对解决此类地区道路施工的质量问题，保证路基路面的稳定性，延长道路使用寿命，降低工程成本，节约工程造价等均具有迫切的现实需要和积极的社会经济意义，本文结合项目工程施工实践，在此提炼总结出高寒高海拔地区公路冻土路基施工技术的几点看法，以期作为类似工况地区道路路基的施工参考。

［1］公路改建工程设计施工图.

［2］《冻土地区建筑地基基础设计规范》(JTJ118 -98).