季冻区特殊路基采用碎石土换填处理措施

赵旭东 石云方 杜世富 刘泽炬

（1 中铁七局集团第三工程有限公司；2 东北大学资源与土木工程学院）

寒区冻土融化对公路路基会造成致命的破坏，环境温度和公路材料都会对冻土温度产生影响，对软弱基层进行换填是当前处理路基问题的有效方法之一。随着公路工程建设的广泛开展与高速发展，冻土地区换填路基工程的数量持续增多，诸多专家学者己经意识到特殊路基处理的重要性，对其展开了丰富的讨论。袁昌等[1]通过数值模拟得出冻土路基的热量来源主要是路面吸热，路基热量的70%～80%向下传至下伏冻土地基；白金泉等[2]考虑水冰相变，对比分析了块石和填土填筑路基的热稳定性，得出采用块石能有效提升多年冻土上限的结论；马敏等[3]指出采用大粒径块石层换填可以作为多年冻土层的路基结构，这种结构可以对冻土区路基变形情况进行有效改善。常继峰等[4]对某完工工程的地温环境进行观测统计，得出冻土上限覆土厚度会影响土层受到大气温度影响的热敏感程度。梁铭轩等[5]通过试验对比了不同的温度设置情况对碎石三维传热过程的影响，建议工程中可采用控制碎石层的侧边界温度的方式提高碎石层的换热效率。

以上实验和模拟得出采用块石换填路基可以有效改善冻土问题，对寒区路基建设提供了有益的参考。本文以吉林某公路工程的碎石土换填特殊路基工程为研究对象，通过分析工程概况、现场环境等因素，设计了碎石土换填处理措施，为日后相似工程提供参考。

1 项目概况

本文以长春至双阳公路工程项目为背景，项目主线采用六车道一级公路标准，设计时速100km/h，路基宽度34.5m。本项目路基范围内软基具有埋深浅，厚度薄的特点，计划以清淤换填碎石土的方式对特殊路基进行处理，特殊路基处理总长12143m，换填碎石土628135m³，换填宽度39.5～65m，换填深度0.6～1.8m。低填浅挖段路基处理，低洼段路床换填80cm 碎石土，地表积水潮湿或地下水位较高路段，路床及路床以下20cm换填碎石土。

图1 特殊路基标准断面示意图

2 碎石土性能

2.1 野外调查及取样

结合工程选用碎石土试样，试样大致分为微风化和风化试样两种。取样点植被较少，多为杂草，未见庄稼，微风化碎石土多呈青色，有晶体分布；风化碎石土多呈黄褐色，如图2所示。

图2 取样点附近碎石土情况

经野外鉴定，微风化试样锤击声音清脆，感觉有力回弹震手，难击碎，碎片有锋利棱边，用手难于拨断；风化试样锤击声音不清晰，感觉无力回弹震手，较易击碎、碎片无锋利棱边，部分试样可用手拨断。

2.2 颗粒级配

根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中T0302-2000 和《公路土工试验规程》（JTG3430-2022）中T0115-1993，采用筛分法进行土样的颗粒分析试验。将试样充分自然风干，过20mm 筛。将试样四分法筛分散，每种试样准备两份，进行筛分试验，试验结果如表1。

表1 试样颗粒含量

试验测得试样不均匀系数Cu为12.34，曲率系数Cc为3.12，级配良好。

2.3 最优含水率

碎石土试样的含水率直接影响填筑路基的压实效果，经过试验测定，碎石土试样在8%～10%含水率是击实效果较好。

3 施工工艺及过程控制指标

特殊路基处理施工按三阶段、四区段、八流程的工艺组织实施，路基换填的施工流程：清基整平→形成路拱→压实→铺碎石垫层→碾压→铺土工格室→填土。

3.1 施工准备

施工准备阶段应完成以下工作：

⑴根据施工现场情况，对设计文件进行核对、调查，完成截排水设施的施工，做到临时排水与自然沟渠相接；

⑵对已布设的水准点等设施位置进行复测，检查其是否满足施工要求；

⑶根据相关规范要求，下发技术交底工作，完成对作业队伍的安排，明确作业队伍负责的工程内容。

3.2 施工放样

直线段每隔20m 进行一次放样，平曲线路段每隔10m 进行一次放样，为确保路基边缘位置与路基中部达到相同的压实度，坡脚处的标志桩的设置点应向外侧移动50cm，用石灰对坡脚线进行实地标出。根据设计的每层松铺厚度，在中、边桩位置进行标志，每20m 设一处，采用木桩标志并要求木桩垂直、牢固。

3.3 地基处理

结合本项目施工范围内软基埋深浅、厚度薄的特点，选择低填浅挖路基处理，低洼段路床换填80cm 碎石土，地表存在积水导致表面潮湿或地下水位较高路段，路床及路床以下20cm 换填碎石土。不良地质地段处理，对于低洼、地表潮湿、旧路边沟积水路段，根据地质资料清表或清淤泥后，填筑碎石土至原地面线以上30cm 位置（局部地表潮湿段至原地面线以上50cm位置）。

清淤前应对施工范围进行排水疏干，然后对初始地面的标高进行测量，并绘制出平面图准备进行三方联测。清淤工作以机械为主，人工辅助清淤的方式进行。采用挖掘机将路基范围内的淤泥挖出，并用车辆将淤泥集中堆放于弃土场，施工完成后可将前期挖出的淤泥取回作为公路绿化及中央隔离带需要使用的土。清淤过程中，应设置测量员对规定的记录图、表进行测量、制定，并报监理进行审批，准备清淤完成后的三方联测。在换填范围内，清淤完成后应对表面进行大致整平，并碾压密实，要求原地面压实度不小于90%。

路基填筑过程中需预先设置临时排水沟，在路基地势平坦的区域还需设置临时排水沟渠，以防止边坡被水流冲刷。并按设计要求每隔50m 修筑边坡急流槽，将水排至路基坡脚以外2m，出水口连接天然沟渠或散排。当路拱不能自排时应进行人工疏导，保证路基范围内无积水。

3.4 摊铺整平

采用试验确定干密度及透水性良好的配比的碎石土材料进行分层填筑压实。为了保证路堤的压实结果均匀、每层厚度、摊铺表面的平整度符合设计要求，填料整平采用挖掘机进行初平，并安排人员，利用平地机对初平的表面进行二次整平。

为保证路基经机械碾压后，边缘处的压实度可以满足设计要求，在每层碎石土的铺填时，参考施工放样，在路基边缘超填50cm。

3.5 机械碾压

碾压时按先两侧后中间，先慢后快，先静压后振动碾压的施工操作程序进行；碾压轮迹重叠不少于40cm，各区段纵向搭接长度不少于2m，做到无漏压，无死角，保证压实均匀。填至接近路基设计标高时，加强测量工作，以保证完工后的路基顶面宽度、高程、平整度符合设计及规范要求。

机械碾压采用的方法为：22 吨压路机碾压8 遍，其中碾压组合为对压实层依次进行静压（碾压行驶速度为3.8km/h）1遍、弱振（速度为3.4km/h）1遍、强振（速度为3.0km/h）3 遍、弱振2 遍、静压1 遍收面。松铺系数以试验段数据为准。

4 质量检验标准

填料填铺后，应检测填铺整平的质量、厚度、平整度等设计标准的质量，填铺满足要求后可进行机械碾压，碾压完成后采用灌砂法对压实度进行检验。检验要求每个压实层至少在每1000m2范围内设置2 个检测点，当不足1000m2时可检验2 个点。压实度的标准为：距离路面结构层80cm范围内，压实度应大于96%；80～150cm范围内，压实度应大于94%；150cm 以下，压实度应大于93%。碾压完成后需经监理工程师进行检验，确认压实度符合要求并签证后，可转入下一道工序。其他质量标准如表2所示。

表2 土质路堤施工质量标准

5 结语

对于季节性冻土地区，淤泥质土等高冻胀性土会对路基产生冻胀融沉现象，并且对路面产生破坏。如果不能对此提前加以防范，将对公路运营造成继续反复的负面影响。只有在设计施工过程中，充分考虑工程地质情况，并针对地质情况制定针对措施，才能保证公路的设计施工达到预期目标。基于以上原因，本文提出了一种适用于季节性冻土地区公路工程的特殊路基碎石土换填处理措施，希望对今后相似工程提供参考。