浅谈根拉一级公路多年冻土路基施工处理方法
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【摘要】分析了根拉一级公路多年冻土的特性及对路堤、路堑施工工艺、施工中可能出现冻胀、融沉等不良地质现象做了详细论述，并指出了正确合理的选择施工工艺是解决多年冻土路基施工的技术关键。
【关键词】多年冻土；不良地质；排水挡水；施工技术
【中图分类号】U416.1+1 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0164-02
1.根拉一级公路多年冻土的特性及对公路路基的影响
根拉（根河至拉布大林）一级公路项目位于大兴安岭西北鹿，呼伦贝尔东北端，约在东经121°28′52″-120°11′31″北纬50°44′50″-50°9′42″之间。本路段多年冻土多为层状或整体构造的富冰冻土、饱冰冻土、多冰冻土与含土冰层。多年冻土的天然上限浅一般为0.2-2.6m，天然上限最大为3.0m，下限1.1-17.0m，冻土厚度较小，最大厚度约为14m。冻土总含量高，一般为35-65%，最高含水量达105%。本路段多年冻土的地温较高，处于退化阶段，极不稳定。在此种地质条件下新修建公路不仅给施工带来了很大困难，而且可能产生冻胀、融沉等不良路基病害，尤其是多年冻土具有的流变性、沉融性和冻胀性对公路建设影响严重。
2.处理原则
根据项目区内多年冻土的构造特征、平面分布状况及所处的环境条件，为保证多年冻土地区路基的稳定性和可靠性，针对不同的多年冻土工程地质条件，结合已有的多年冻土区公路建设工程经验和研究成果，处理时，对于含水量较小的路段（多冰冻土与含土冰层）尽可能优先采用预融处理方法（破坏多年冻土的原则）；对于多年冻土埋藏较深、厚度较大的路段（富冰冻土、饱冰冻土）采取“保护冻土、控制融化速率”的处理原则。
3.处理方法
结合本项目多年冻土的特征，综合“S301线黑河至黑山头公路根河至拉布大林段工程多年冻土路基处治方案专家论证意见”的要求，具体采用下述相应的特殊处理方法：
3.1 挖除换填
对于冻土厚度、埋深小于3.0m的多年冻土，采取挖除换填砂砾的处治措施。部分路段地表水、地下水极其丰富，在挖除软弱土后基底可先采用50cm后的毛石填筑，在换填毛石顶面采用冲击碾压补强压实。冲击密实后的毛石层顶面再采用砂砾分层填筑压实。换填压实至原地表后，铺设一层土工格栅。土工格栅采用单向拉伸土工格栅，设计抗拉强度≥60KN/m，极限延伸率≤20%，幅宽>2m，其搭接宽度≮20cm。
3.2 保护冻土
对于埋藏较深、厚度大于5m的富冰、饱冰多年冻土路段，应该遵从“保护冻土、控制融化速率”的处理原则。路堤填筑最好选择在不稳定融化期和稳定融化期的开始阶段，在这阶段地表接受太阳辐射能量的强度不太高，路基填土中不易储存很多热量。在冬季负温期，热量释放后，冻土上限上移，路基和多年冻土层便连结为一体，不产生融土核，可以最大限度的降低工后沉降。在7、8月份，施工条件最好，但是不宜一次性堆填高路堤。因为这一时段气温高，填土中容易积累大量热量，冬季不能很快散发，造成中间融土核，多年冻土上限不能进入路堤，不利于路基稳定。路堤较高时，应采用土工格栅或土木格室等加强措施。路堤高度不能满足保护冻土上限不变的最小高度时，可设置工业保温材料层等。
4.填筑材料
对于填筑使用的填料，如果碎石或混砂床垫层不洁，污染严重时，混入泥土量较多，遇积水则产生冻胀。当含泥量为20%-50%时，冻胀量可达10-20mm左右，在时间上从10月中旬至11月上旬冻胀基本形成。因此正确选择路堤的填料成了预防冻胀的关键，作为多年冻土地区路基的填料，各有其优缺点。岩块和粗粒土含水量要比细粒土小（细粒土的表面能大，其持水能力强）。净砂和砂砾石，两种最宜作路基填料的填料具有排水冻结性能好，在冻结季节便于开挖和运输。当路基高度较小时（应大于保护多年冻土上限不下降的最小填土高度）可在路基下部先填一部分细粒土，厚度一般不小于1.0m保证足够厚度的路堤是为了有效对冻土隔热，国外经验有采用苯乙烯泡沫隔热层、卵石隔热层等做法，以维持地下土壤处于冰冻状态。
对于填筑使用粘土质土时，施工工艺按土壤含水量来确定。春季，在解冻天所到来之前，须将取土坑上的积雪和青苔植被清除（堆放在一起），以加快土壤的融化，土料应选用保湿隔水性好的细颗粒土。采用粘性土或透水不良土壤填筑路堤时，要控制土的湿度，碾压时含水量不超过最佳含水量2个百分点，不得将冻土块或草皮层及沼泽地含草根的湿土填筑，通过热融湖（塘）的路堤，水下部分必须用渗水良好的土壤填筑，并高出最高水位0.5m。靠近基底部位有饱冰层且有可能融化时，可没保温护道和护脚，保湿材料就地取材。用草皮时，草根向上一层一层叠铺，最外一层要带泥，以便拍实形成保护层。沿线两侧20m范围内植被和原生地貌要严加保护，山区位于河滩台地、斜坡、分水岭上的路段，土壤为碎石或砾石时，采用一般方法取土筑堤，但是，考虑到冻土和湿土在挖掘上的困难，春季应预先清除苔植被，使融水沿沟流向低处，把土壤排干。若在冬季填筑冻块粘质土时，则均变形严重，根据当地已建公路施工经验得出，寒冻季节施工要较融化季节施工沉落量大2.5-3.5倍。其原因除部分是地面冻胀外，主要是粘性土冻土块无法夯实，留有较多空隙。冻土块本身一般含冰量较大，一旦融化，在荷载作用下极容易变形。因此寒冻季节路基施工仅适用于以砂卵石及碎块石等粗颗粒土填筑的路堤。
在路基填方作业时，应采用端部卸土的方法填筑，汽车、拖拉机等带轮子的设备，在前面尚未铺设足够的填料以支持它以前，严禁在坡道上进出。
5.排水及挡水系统
由于地表水的渗透是造成冻土融化、路基下沉的主要原因，因此整个排水系统应在施工过程中尽早开始，在路基主体完成的同时尽快完成。为防止地表水对公路路基产生不良地质病害，在新建公路施工过程中应建立完善的排水及挡水系统，利用新科技、新技术对冻土进行保护。结合根拉一级公路实际情况可分以下几种措施对公路路基进行保护。
5.1 在饱冰冻土及含土冰层地段，应避免修建排水沟、截水沟，宜在距坡角6m外修挡水堰，将两侧汇水挡在路基范围以外，减小因水流带来的热融影响。并采取防渗和保温措施，必要时应采取加固措施。如需设计排水沟、截水沟时，应充分考虑冻土及冰层的埋藏深度，采用宽浅的断面形式。
5.2 路堑边坡有地下水出露时，必须将水引排，并应在边坡上采取保温措施。饱冰冻土、含土冰层等含水量很大的多年冻土路堑段，为防止开挖后基底冻胀翻浆，可根据设计要求换填足够厚度的渗水性土，如：中砂、砂砾等。
6.结束语
本文对根拉一级公路多年冻土公路路基施工进行了研究，要求在路堤、路堑施工中核对好地质情况，严格按规范和设计图纸施工。对可能产生地质病害的施工工序加以细化，另外对排水及挡水系统的施工作了详细论述。以上充分证明了正确合理的选择施工工艺，是解决多年冻土公路路基施工的技术关键。关于多年冻土路基的研究目前已经取得了长足的进步，但是在许多方面仍然有待进一步的深入。
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