高海拔地区季节性冻土路基施工技术研究

付庭 宋家进 周龙强

中建新疆建工（集团）有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000

引言

本项目作为联系临夏回族自治州与甘南藏族自治州之间的重要交通枢纽，是进一步推进合作旅游乡村振兴工作的重大措施，进一步丰富合作城市公共路网的重要保障，也缓解了合作地区城市交通运输发展的需求，进而加速合作城市交通运输市间的一体化进程和城市化进程，有着积极的促进意义。同时，对开发沿线地区、减轻城市交通压力、促进少数民族区域稳定与经济社会发展及旅游开发具有非常重大的作用。

1 工程概况

甘肃省S232线达板至合作公路一期工程，全线均处于季节性冻土分布区，路线全长39.159km，主线共设置6座桥梁，97道涵洞，路基挖方76万方、填方41.1万方，平面交叉28处。路段位于甘肃省甘南州合作市。该项目所处地理位置的气候属于温带大陆性的半干旱季风气候，四季似冬，春秋紧接。冬寒夏凉，日照充沛。雨少且不均，雨季迟，易干旱。因地形复杂，高差大，不同位置气候差异悬殊，山地气候及其特征显著。地处温带，为大陆性气候。境内海拔高低悬殊，地貌复杂，气候变化大。春季回升速度缓慢，多为连阴雨雪；夏季短暂而清凉、多雨、风暴、冰雹；秋天降温快、多连阴雨；冬天漫长而干燥[1]。

2 季节性冻土区公路路基主要质量病害

2.1 翻浆

路基的翻浆一般由于水分聚集在地表，尤其春融时，路面由上向下融化的水分慢慢渗入至路基，无法立即清除，而且，在春融时融化过程比较漫长，甘南地区早晚气温相差太大，发生了多次的冻融循环，进一步破坏了路面构造，导致了路面硬度变低，最后导致路面承载力的减弱。该区域公路经常在发生较大幅度的道路翻浆，同时翻浆所产生的鼓包通常从原车道方向传播而来，不利于汽车的驾驶安全性，也降低了行驶舒适感。由于季节性冻土分布范围比较集中，影响范围也不一样，对原有路面的冰川冲刷一般已经到了很严重的地步。

2.2 冻融滑、塌和冻融泥流

冻融使土体的平衡状况产生变化，当这个作用出现在陡斜坡地段时，便可形成滑动、坍塌；但当土壤熔融而变成液体时，则产生了泥流。因此冻融滑、塌和冻融泥流在西北地区高海拔地带十分普遍，给基础工程建设带来了极大影响，甚至导致了人身伤亡。

2.3 冻融塌陷

塌陷的引起原因是土壤的强烈冻融使地表下沉。这个现象也常见于广大的季节性冻土区域中，并导致了大规模的道路损毁、工程建筑破坏等恶性事件。

2.4 冻胀

路面形变是对路面道路危害非常重大的一种变形，此种形变的主要特征是形变量过大，且横向宽度非常不均，通常会产生纵向断裂。由于冻胀而产生显著的侧向挠曲，因此相比道路两侧的冻胀量，在道路中间变形是比较多的。甘南地区冻胀裂缝受冻温影响，极易发生。刚修建好没多久的道路路面就非常容易发生此种冻胀危害。如果随着道路车流量不断增大，由于冻胀而形成更宽的裂缝，将会不断变长，严重地破坏了整个道路，在我国路面冰冻侵蚀中也是相当多的。基于侧向断裂，还会产生纵向断裂，极大影响人民日常生活，也不利路面的正常养护。

3 高海拔地区季节性冻土路基施工质量病害预防措施

3.1 提高道路等级

为预防路基翻浆等病害，必须加强公路工程质量管理，提高道路等级，严格控制路基填料的粒径、压实厚度与压实量，三级公路依照二级公路质量检验评定标准进行施工。并且在地下水位较高的路段，增加路基填方高度从而增大路基土体与地下水间隔可有效防止路基翻浆。如在甘肃S232项目中K62+400－K62+600段与K69+380－K69+500段，该两段施工段位于傍山侧，K62+400－K62+600段山坡水流湍急且地表流水丰富、地下渗水严重。除设置直径为3m的钢波纹管涵将水流进行有效导排以外，还采用了上述所提到的增加路基填方高度，将路基填方增加至18m，K69+380－K69+500施工段地表距离河沟道极近，季节性冻融极易造成路基翻浆，除设置驳岸挡土墙增强边坡稳定性外不受水流侵蚀冲刷外，也采用提高路基填方高度的措施，将路基填方高度增至21m，从而K62+400－K62+600与K69+380－K69+500施工段均有效地预防了路基翻浆[2]。

3.2 路基处理

在甘肃S232项目施工中局部旧路利用路段，冻融导致原有路床翻浆严重，路面受冻融影响也遭受到不同程度等级的破坏与塌陷，将该路段路床挖出或超挖至路堤后，选用透水性好且抗冻性强的填料进行路基换填来防止冻融塌陷。高度大于等于5m时，路基底应开挖成台阶状，宽度不小于2m，并设 4%的倒坡。基底采用石渣换填，换填厚度为80cm，基底以上采用碎、砾石土换填。高度小于5m时，基底换填采用碎砾石换填，换填厚度为80cm。必须充分碾压与强夯法处理采空区相结合，严格控制压实度。碾压至路面结构层以下80cm时，填料粒径不超过10cm且压实度不得小于95%。透水性好且抗冻性强的填料主要包括但不限于：石渣或碎、砾石，碎、砾石土，石灰土，水泥土等。

在桥头（涵洞）路基处理中，为了减少路基在构造物两侧产生的不均匀沉降，提高车辆行驶的舒适性，对桥梁、涵洞台背两侧路基填筑需进行特殊处理。涵洞、桥梁台背采用碎、砾石土换填，要求最大粒径不大于100mm，压实度不小于96%。当桥梁的施工工序要求采用先填筑路基后施工桥台时，其压实机具要求同一般路基；当施工顺序采用先施工构造物后填筑路基时，对于大型机具难以压实的地方，宜采用小型的手扶振动夯、手扶振动压路机薄层碾压，以达到规定的压实度标准。

在对横向、纵向填挖交界处理，陡坡路基处理，低填浅挖处理，新旧路基衔接处理等施工中，对路基填料控制的同时，采用铺设不同类型的土工格栅（如双层聚丙烯土工格栅或双向土工格栅等），并用锚钉进行有效的锚固，从路堤逐层铺筑至上路床，对路基进行整体性强化，从而达到预防路基翻浆的目的。

3.3 防护支挡工程

泥流、滑坡，坍塌产生的剥落物会对在路面上的行人和车辆形成极大安全隐患，为将脱落物阻隔在道路范围外侧，甘肃S232项目在全线不同施工段均设置强度为C25混凝土挡土墙。依据地形、地质、水文等现场实际情况，挡土墙采用强度为C25的砼进行砌筑。其基底需要控制在地面线下1.8m，冲刷线应高于沿河冲刷路段埋深1m，根据地基承载力的要求，对于土质地基采取换填5%水泥稳定砂砾等处治措施，且应满足襟边宽度[3]。

如果填方道路的坡脚落入河流中，为避免山洪冲击，侵蚀道路边坡，提高道路的安全性，护坡高度应高出设计水位0.5m，采用强度为C25的混凝土护坡作为边坡防护，其背面设0.15m砂砾垫层。

为了避免沿线汇水对道路边坡的冲击，并影响道路稳定性，在高填方路基段落设置填方拱形骨架对路基边坡进行防护。

由于汛期季节以及高海拔地区强降雪时，边坡易受河流影响或冲击，从而破坏了原有路堤土方的外观形状和内部含水量，再加至冻融循环使其结构出现了很大变化，稳定性显著下降，因而为确保道路的安全和附近地区不受河流的冲击，甘肃S232项目存在上述河岸主要位于K62－K84施工段，因此设置强度为C25混凝土驳岸墙。

墙背回填料应具有较高的长期强度和较大的透水性，宜优先选用透水性较强的无黏性土填料，重度不小于19kNV/m2，内摩擦角不小于35°。

3.4 路基排水

完善路基排水设施，是防止冻胀引起的路面龟裂，沉降比较可行的施工措施。

路基排水原则为：各排涝渠道的布置与衔接尽量不占用或尽量少占草场，排涝渠道的出水口要尽量引向自然沟渠；排水构造物的选择，本着因地制宜、因地取材的原理，能够快速高效的清除道路“有害水”，避免降低道路的速度与稳定性。全线桥涵路面防冲刷方案根据地质、工程地质要求和桥涵情况因地制宜地采用整体排涝方案。

地表水和地下水的清除属于道路排水，侧沟和其他系统可以有效地清除地下水，侧沟中的主要材料是混凝土和浆砌石或土质侧沟。当路堑上方的水库较大时，在距边坡5m的适当位置挖一条集水沟，以提高边坡稳定性，迎水坡面或护坡坡脚也可设置梯形片石土垛，并通过路堑沟将水引至天然河道。各种排水沟和盲沟都能有效排放地下水，对其主要材料技术要有严格要求。双向横截面路面的路面排水，路肩设置相应的拱坡，放在路面和路肩上，具有良好的路面排水能力，道路区域的水通过拱坡流向两侧，然后放在侧沟中排出静止水，在每个横截面中，路面横截面向外排水可以将水排到路基外部[4]。

路基排水主要采取以下五种方式：

3.4.1 急流槽。本工程的越岭道路边沟、排水沟出水口受地势影响，在落差很大时设有急流槽，其截面型式为矩形0.4m×0.4m，急流槽C25现浇混凝土加固。

3.4.2 平台排水沟，边坡急流槽。在深挖方较长路段设置挖方平台排水沟，将坡面水通过边坡急流槽引至边沟内，再引出路基外，其断面形式为矩形0.3m×0.3m，采用C25混凝土。边坡急流槽嵌入挖方边坡或护面墙内每间隔30～50m设置一道，其断面形式为矩形0.4m×0.4m，采用C25混凝土。

3.4.3 截水沟。对坡面汇水面积较大的路段，在挖方边坡5m以外设置截水沟，尺寸形式主要为0.4m×0.4m、梯形断面，内外坡度均为1∶1，并采用C25现浇混凝土加固，厚度10cm。

3.4.4 盲沟。对于地下水充足路段、路基变形较严重路面，为使正常道路保持干燥，必须设有盲沟，纵横向盲沟，且盲沟纵坡尽可能与正常道路纵坡斜率一致，最小不宜小于1%。横向盲沟应伸出路基坡脚外5m，将水引出路基外。

3.4.5 市政路段道路排水。路线K90+250 ～AK91+596.784段道路为产业园区道路，该地段为下坡路地段，该地段的路侧均安装有检测井、地下排水管道、道路侧向排水等装置。具体位于路面左边人行道下部设有侧向导流管和地下排水管道，路面污水经过横向铸钢管进入地下排水管道，检测井根据地下排水管线设计，从90+250处桥头排入河道，右侧路面水通过人行道下方横向排水汇入边坡下部排水沟，最终排入河道[5]。

4 结束语

高海拔地区季节性冻土路基施工存在翻浆、冻融、滑、塌和冻融泥流冻融塌陷、冻胀等危害，上述路基病害产生的根本原因是水，路基基床内含水率超过规定标准时，路基在外部环境的影响下就会发生冻融等病害。故在施工中控制路基材料含水量，即防止地下水与地表水的渗入，即可实现路基工程保质保量地建设。全文以甘肃省S232项目为例，根据高海拔地区季节性冻土路基施工，在不同复杂地形因地制宜地实施了路床表层换填碎石、铺设不同形式土工格栅、路肩墙、路堤墙、护坡、主动防护网、护脚墙、驳岸墙、拦渣墙、内挡墙、拱形骨架、急流槽、盲沟、平台排水沟，边坡急流槽、截水沟、园区段道路排水等形式。使得冻胀情况明显下降，路基稳定性大幅度提高，结合后期连续观测，路基质量有了较大保障。对于预防高海拔地区季节性冻土路基冻胀、融沉的病害有显著效果。专业工程师和施工人员要群策群力，汲取案例中有效的信息加以融会贯通，仔细研讨出针对季节性冻土路基的施工技术，攻克相关难题，将多种排水措施、防护工程因地制宜，综合运用到项目中，有序开展各项工程建设。