多年冻土地区路基处理技术研究

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（邯郸市交通运输局公路工程一处，河北 邯郸 056002）

1 工程概况

某高速公路项目位于黑龙江省北部，路线长163km，穿越小兴安岭腹地。高速公路项目中的K0-000—K108+700 路段处于多年冻土带，属高温冻土，大部分地区的冻土厚度为3～5m，局部地区冻土最大厚度为22m，多年冻土带的热稳定性差，使该段工程路基出现失稳现象和冻融过度问题。工程沿线活动层土体为黏性土和碎石，受气候条件影响，活动层土地的冻胀性较强，造成路基不均匀沉降变形，导致路面产生大量呈纵向分布的裂缝。本工程结合采用钻探与物探进行勘探，勘探结果显示多处路段分布饱冰冻土（强融沉）、富冰冻土（融沉）、含土冰层（融陷）、少冻冰层（不融沉），需针对多年冻土分布情况采取有效的路基处理技术措施，消除高速公路路基病害。

2 多年冻土地区路基处理技术措施

2.1 地基处理技术方案

在融区路基处理中，用砂砾换填软弱土，砂砾层高于地面积水位，要求路基达到最小填土高度，防止因冻胀翻浆造成路基病害[1]；中湿路面设置天然砂砾垫层，厚度为20cm，挖方路段设置盲沟，避免冻胀、渗水造成路基病害；对饱冰冻土、含土冰层、富冰冻土、多年冻土路段的路基施工采用不同处理技术，以达到有效控制施工后沉融变形的目的。对埋深超过3m 的多年冻土，采用复合地基方案，结合采用碎石桩施工技术，夯实地基，减少沉降量；对埋深小于3m 的多年冻土，采用完全清基方案，清理到少冰冻土砂砾层为止。施作后不可清除泥炭层，直接回填砂砾，厚度为60cm，铺设两层钢塑土工格栅[2]。

2.2 埋深超过3m的多年冻土路基处理技术

2.2.1 冻土分布与碎石桩施工方案

本工程选取K10+760—K11+220 （饱冰冻土），K88+040—K88+115 （富冰冻土）、K98+650—K98+975（饱冰冻土）三段多年冻土分布路段作为试验段，采用碎石桩处理技术。

（1） K10+760—K11+220 路段分布腐殖土0.4m、粉质黏土0.5m、粉土4.1m、泥岩3.4m，其中腐殖土为季节冻土底层，冻胀等级III级。基地处理技术方案为：清基0.5m，换填砂砾0.8m，碎石桩长4.0～7.5m。

（2） K88+040—K88+115 路段分布腐殖土0.9m、粉质黏土1.1m、圆砾2.7m、碎石土5.3m，1.6m 见冻土上线，10.0m 未穿透冻土下限。基地处理技术方案为：清基0.5m，换填砂砾0.8m，碎石桩长6.0m。

（3） K98+650—K98+975 路段分布腐殖土0.8m、粉质黏土4.2m、粉质沙土3.0m，2.0m 渐冻土上限，5.5m 过多年冻土下限。基地处理技术方案为：清基0.5m，换填砂砾0.8m，碎石桩长5.0m。

2.2.2 碎石桩施工技术

结合本工程路基试验段的多年冻土分布特点，试验段采用强夯置换法，将碎石桩打到砂砾层，加速多年冻土融化，减少高速公路使用期间的沉降。施工技术如下：

（1）施工前清除地表有机质土层，检查填料各项质量指标，包括：检查填料含泥量，采用实验室测定法，要求含泥量的允许偏差不得超过3%；检查填料有机质含量，采用焙烧法，要求有机质含量的允许偏差不得超过5%[3]。测量放线，标定桩位，移动桩机就位。

（2）重锤夯击成孔，根据设计要求控制标高和孔底夯实度，孔底最后两次夯击贯入度不得超过5cm；施工中用钢尺测量桩位，要求桩位的允许偏差不得超过50mm；用水准仪检查桩顶标高，要求标高允许偏差控制在±15；使用经纬仪检查桩管垂直度，要求垂直度允许偏差不得超过1.5%。

（3）碎石桩施工要保证连续、均匀密实桩体，达到设计要求的桩长；检查桩体强度和桩周围土层的加固效果，采用原位测试检验法；在冻土加软地层起拔桩管时要重视起拔速度控制，避免淤泥进入桩管，拔管速度控制在2m/min。

（4）根据桩孔体积和填料干密度计算填料用量，实际填料量不得低于95%的计算值。采用回填工艺，每次填料量为0.08～0.10m³，填料高度为65～80cm。

（5）重锤连续夯击孔内填料4 次，测量第3、4 次的夯击贯入度，不得超过10cm，以保证成桩质量，避免公路投入使用后出现隆起缺陷；当夯击到地面部位时，降低落锤高度，采用低落距锤夯击，地面隆起部位控制在5cm以内[4]。

（6）在桩身施工后，逐段检验碎石桩加固质量，间隔28d 检查饱和黏性土加固质量，间隔7d 检查粉土、砂土、杂填土地基质量；加强桩体保护，在碎石桩完工后，在桩顶铺筑30cm 以上的砂砾褥垫层[5]；施工后检查桩体质量和桩间土层加固挤密质量。

2.3 埋深小于3m的多年冻土路基处理技术

2.3.1 冻土分布与完全清除换填砂砾施工方案

本 工 程 选 取 K10+040—K10+220、 K10+220—K10+480、K13+360—K13+530 为换填砂砾试验路段，其冻土分布与施工方案如下：

（1）K10+040—K10+220 路段冻土为少冰冻土，冻土上下限为0.3～4.0，处理方案为：清基2.8m，换填砂砾3.0m。

（2）K10+220—K10+480 路段冻土为饱冰冻土，冻土上下限为0～5.0，处理方案为：清基3.4m，换填砂砾3.6m。

（3）K13+360—K13+530 路段冻土为富冰冻土，冻土上下限为0～3.6，处理方案为：清基3.6m，换填砂砾3.8m。

2.3.2 换填砂砾施工技术

试验路段采用挖除冻土换填砂砾+土工格栅路基处理技术，具体如下：

（1）清表前砍伐冻土路基附近的灌木丛，将灌木丛集中堆放到路基外；清理路基周围垃圾、植物根系和杂物，清除深度为30cm，集中堆放、统一处理[6]。

（2）换填砂砾选用天然级配砂砾，粒径不超过100mm，含泥量控制在5%；选用单向拉伸聚乙烯土工格栅，抗拉强度不得小于60kN/m，宽幅为2m，屈服伸长率控制在12%之内，采用尼龙绳处理搭接位置，搭接处宽度在20cm以上。

（3）全部挖除冻土，深挖至不融沉层，两侧开槽坡度大于1∶0.75；清理基底，在基底铺筑大粒径石片，碾压后填筑透水性材料，采用分层填筑工艺，按照设计要求控制换填厚度，采用沉降差法检验压实度[7]。

（4）在换填砂砾过程中，换填宽度要大于路基边脚1m以上；选用重型压路机，碾压不少于6遍，保证粗细集料无明显离析。

（5）施工后检查垫层厚度、宽度和反滤层，每200m检查4处，不得小于设计值[8]。

本工程采用生长曲线法预测碎石施工技术和换填砂砾施工技术处理后的多年冻土地区路基沉降值，14d 的平均沉降值为3.18mm，28d 的平均沉降值为4.48m，84d 的平均沉降值为14.04mm，140d 的平均沉降值为20.14mm，表明上述地基处理技术能够保证多年冻土地区的路基结构稳定。

3 结语

多年冻土地区的路基施工是关系公路工程质量和使用寿命的重要分部工程，在路基施工中要考虑多年冻土地区的特殊性，根据冻土在施工路段的分布情况制定地基处理技术方案，埋深超过3m 的冻土采用碎石桩处理技术，不足3m 的冻土采用换填砂砾处理技术，以稳定路基结构，减少病害发生。