高原地區(qū)公路施工與管理

胡紹坤

摘要：由于在高原地區(qū)遇到了多年凍土這樣的地質(zhì)地貌，且這種地質(zhì)構(gòu)造對(duì)公路施工產(chǎn)生了很大的不利影響，因此作者積極總結(jié)多年在高原地區(qū)公路施工與管理的經(jīng)驗(yàn)，從理論和實(shí)際上論述了如何解決高原凍土地區(qū)公路施工的有效措施，為同類(lèi)工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高原地區(qū)；公路施工；施工技術(shù)；凍土

中圖分類(lèi)號(hào)：U415

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)03-0068-02

一、凍土的概述

凍土是一種特殊的土體，其成分、組構(gòu)、熱物理及物理力學(xué)性質(zhì)均有著不同于一般土的許多特點(diǎn)，在自然狀態(tài)下，凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年或三年以上的土層稱為多年凍土，而多年凍土的表層由于其在夏季融化，但冬季又凍結(jié)，屬于季節(jié)性凍土，因此在每年發(fā)生季節(jié)性的凍融過(guò)程中，將伴隨發(fā)生各種不良凍土地質(zhì)現(xiàn)象，產(chǎn)生一系列的工程地質(zhì)問(wèn)題。

二、凍土的危害

多年凍土最主要的工程地質(zhì)問(wèn)題主要表現(xiàn)為凍脹、融沉和不良凍土地質(zhì)現(xiàn)象：

1．凍脹。在低溫凍土區(qū)，活動(dòng)層厚度一般較薄，并存在雙向凍結(jié)，凍結(jié)速度較快，故凍脹相對(duì)較輕。在高溫凍土區(qū)，活動(dòng)層厚度一般較大，凍結(jié)速度也較慢，若細(xì)顆粒黏性土層中含有足夠的水分，則凍脹嚴(yán)重。用粉質(zhì)或黏性土填筑路基，凍結(jié)時(shí)水分遷移，可能在上部聚冰而產(chǎn)生凍脹。

2．融沉。在多年凍土上限附近的細(xì)顆粒土和有一定數(shù)量細(xì)顆粒土充填的粗顆粒土中，往往存在著厚層地下冰。厚層地下冰容易受到人為因素的影響而融化，由此產(chǎn)生沉降；修筑路基后改變了地表層的水熱交換條件，當(dāng)路堤很低時(shí)，凍土上限將會(huì)下降，造成地下冰融化，引起下沉；另外，修筑路基改變了水的徑流條件，若排水措施不當(dāng)造成積水，水體的熱作用使地下冰融化而導(dǎo)致融沉。

3．不良凍土地質(zhì)現(xiàn)象。指土體的凍結(jié)和融化作用所產(chǎn)生，對(duì)工程有不利影響的新形成物及中小型地形，如冰錐、凍脹丘、融凍泥流、熱融滑塌和熱融湖(塘)等現(xiàn)象；熱融滑塌、融凍泥流與熱融湖(塘)多分布在平坦的階地與高平原地區(qū)；在斜坡下的厚層地下冰融化后，土體在重力作用下，沿融凍界面移動(dòng)而彤成滑塌；熱融泥流與熱融滑坍大多發(fā)生在山岳、丘陵地區(qū)有地下冰分布的地方；熱融滑塌能使建筑物基底或邊坡失穩(wěn)。由于在高原地區(qū)遇到了多年凍土這樣的地質(zhì)地貌，且這種地質(zhì)構(gòu)造對(duì)公路施工產(chǎn)生了很大的不利影響，因此作者積極總結(jié)多年在高原地區(qū)公路施工與管理的經(jīng)驗(yàn)，從理論和實(shí)際上論述了如何解決高原凍土地區(qū)公路施工的有效措施，為同類(lèi)工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

三、在高原多年凍土地區(qū)公路施工前期應(yīng)注意的問(wèn)題

1．在多年凍土地區(qū)進(jìn)行路基施工前，應(yīng)查明沿線多年凍土的分布、類(lèi)型、凍土層上限及水文地質(zhì)等情況，對(duì)凍土沼澤、冰丘、冰錐、熱融湖(塘)地段應(yīng)詳細(xì)調(diào)查其范圍、規(guī)模、發(fā)生原因及發(fā)展趨勢(shì)等，還要了解當(dāng)?shù)貧夂蜃兓攸c(diǎn)，對(duì)多年凍土地區(qū)凍土層的影響。

2．在施工期間必須嚴(yán)格遵循其相對(duì)應(yīng)的原則，使路基施工后仍處于熱學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，路基原則上均應(yīng)采取路堤型式，尤其在厚冰發(fā)育地段，并盡可能避免零填或淺挖斷面，以免造成嚴(yán)重?zé)崛诔两档炔『?，原則具體如下：

(1)凍土溫度低、穩(wěn)定，宜于采取保護(hù)多年凍土的原則，凍土溫度高，不穩(wěn)定，融沉又不大時(shí)，又考慮采取破多年凍土的原則(融化原則)。

(2)在厚層地下冰地段，一般應(yīng)采取保護(hù)多年凍土的原則，在少冰凍土和多冰凍土地段，一般可采取破壞多年凍土的原則融化原則。

(3)在富冰凍土地段，當(dāng)含水量較大，或公路等級(jí)較高時(shí)，宜采取保護(hù)多年凍土原則：當(dāng)含水量較小，或公路等級(jí)較低時(shí)，也可按破壞多年凍土原則(融化原則)施工。

3．開(kāi)工前應(yīng)詳細(xì)核對(duì)設(shè)計(jì)文件，搜集施工地段的多年凍土工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，了解多年凍土層的巖性成份、工程類(lèi)別、季節(jié)融化層以及地表植被覆蓋情況等。

4．應(yīng)組織沿線施工調(diào)查，為土石方調(diào)配和編制施工組織設(shè)計(jì)收集資料，重點(diǎn)調(diào)查收集沿線地形、地貌、地表水體分布；多年凍土類(lèi)型及分布和溫度特點(diǎn)；各種不良凍土現(xiàn)象的發(fā)生及擬采取的工程措施；以及交通、通訊、既有工程等各項(xiàng)修建臨時(shí)工程的條件。

5．在施工測(cè)量時(shí)應(yīng)會(huì)同設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)交接標(biāo)樁及施工復(fù)測(cè)，貫通線路中線及水平，對(duì)中線控制樁要測(cè)設(shè)護(hù)樁并作記錄。邊樁根據(jù)貫通后的中線水平測(cè)設(shè)。在地形、凍土地質(zhì)條件變化處加測(cè)施工斷面。

6．在路基工程全面開(kāi)工前，應(yīng)根據(jù)填料性質(zhì)、壓實(shí)機(jī)械條件，選擇一定長(zhǎng)度的試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)，以確定填土的虛鋪厚度、壓實(shí)遍數(shù)、檢測(cè)技術(shù)及工藝參數(shù)。

四、在高原多年凍土地區(qū)公路施工期間應(yīng)注意的問(wèn)題

1．排水。當(dāng)路基位于永久凍土的富冰凍士、炮冰凍土或含土冰層地段時(shí)，必須保持路基及周?chē)膬鐾撂幱趦鼋Y(jié)狀態(tài)，排水系統(tǒng)與路基坡腳應(yīng)保持足夠距離；高含冰量?jī)鐾良新范?，?yán)禁坡腳滯水、路側(cè)積水，邊坡應(yīng)及時(shí)鋪填草皮。在少冰與多冰凍土地段，也應(yīng)避免施工時(shí)破壞土基熱流平衡。排水溝與坡腳距離不應(yīng)小于2m；沼澤濕地地段不應(yīng)小于8cm；飽冰凍土及含土冰層地段，應(yīng)避免修建排水溝和截水溝，宜修建擋水埝(堰)，距坡腳不應(yīng)小于6m。若修建排水溝則不應(yīng)小于10m。

2．取土。宜設(shè)置集中取土場(chǎng)，富冰凍土、飽冰凍土及含水冰層路段，確需就近解決部分土源時(shí)，應(yīng)在路基坡腳10m以外取土；斜坡地表路堤，取土坑應(yīng)設(shè)在上坡一側(cè)。取土坑深度均不得超過(guò)當(dāng)?shù)囟嗄陜鐾辽舷抟陨贤翆雍穸鹊?0％，坑底應(yīng)有坡度，積水應(yīng)有出口，水能及時(shí)排出，同進(jìn)取土坑的外露面，亦宜用草皮鋪填。

3．基底處理。填方基底為含冰過(guò)多的細(xì)粒土，且地下冰層不厚，可挖除并用滲水性土回填壓實(shí)，再填路基。當(dāng)基底為排水困難的低洼沼澤地段時(shí)，其底部應(yīng)設(shè)置毛細(xì)水隔離層，其厚度宜在路堤沉落后至少高出水面0.5m，并在其上鋪設(shè)反濾層；泥沼地段路堤基底生長(zhǎng)塔頭草時(shí)，可利用其做隔溫層。上述地段路堤應(yīng)預(yù)加沉落度，并在修筑路面結(jié)構(gòu)之前，路基沉降基本趨于穩(wěn)定。路基高度：應(yīng)達(dá)到防止翻漿與不超過(guò)路基凍脹值要求的最小填土高度；按保持凍結(jié)原則施工的路段，應(yīng)同時(shí)滿足凍土上限不下降的要求。

4．側(cè)向保護(hù)。對(duì)于填高不大的多年凍土，宜設(shè)置具有保溫功能的護(hù)坡道和護(hù)腳，所用材料宜因地制宜，只要不影響排水和美觀，沿線兩側(cè)20m內(nèi)厚地面植被應(yīng)嚴(yán)加保護(hù)。

5．回填材料。一般采用設(shè)置取土場(chǎng)集中取土，汽車(chē)運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)分層填筑，應(yīng)選用保溫隔水性能均較好的細(xì)粒土。采用粘性土或透水性不良土填筑路堤時(shí)，要控制土的濕度，碾壓時(shí)含水量不能超過(guò)最佳含水量的±2個(gè)百分點(diǎn)。不得用凍土塊或草皮層及沼澤地含草根的濕土填筑路基。通過(guò)熱融湖(塘)路堤，水下部分必須用滲水良好的士填筑，并應(yīng)用高出最高水位0.5m。若在富冰凍土、飽冰凍土及含土冰層路段。確需要就近解決土源時(shí)，取土位置應(yīng)距路基坡角10m以外，斜坡地表路堤取土坑應(yīng)設(shè)在上坡一側(cè)，深度不超過(guò)當(dāng)?shù)囟嗄陜鐾辽舷抟陨蟽鰧雍穸鹊?0％，同時(shí)搞好取土坑的排水，取土坑外露面亦采用草皮鋪填。材料應(yīng)選用保溫隔水性均較好的細(xì)粒土，不準(zhǔn)采用凍土塊或草皮層及沼澤地含草根的濕土填筑路基。

6．碾壓。碾壓檢查應(yīng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，成型后路床強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，用不小于20t的壓路機(jī)或等效碾壓機(jī)械進(jìn)行碾壓檢驗(yàn)2～3遍，無(wú)輪跡和軟彈藥現(xiàn)象。側(cè)向靠近基底部位有飽冰凍土層且有可能融化時(shí)，宜設(shè)保溫護(hù)道和護(hù)腳。碾壓時(shí)要控制含水量不能超過(guò)最佳含水量2個(gè)百分點(diǎn)，成型后路床強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，用不小于20t的壓路機(jī)或等效碾壓機(jī)械碾壓2～4遍，確保無(wú)輪跡和彈軟現(xiàn)象。保溫材料宜就地取材。用草皮時(shí)，草根應(yīng)向上一層一層疊鋪，最外一層應(yīng)帶泥，以便拍實(shí)形成保護(hù)層；沿線兩側(cè)20m內(nèi)植被和原生地貌應(yīng)嚴(yán)加保護(hù)。

五、結(jié)語(yǔ)

在高原地區(qū)公路施工中無(wú)論遇到什么情況的多年凍土?xí)r，我們必須充分把握凍土的工程性質(zhì)，通過(guò)優(yōu)選施工季節(jié)，優(yōu)化施工工藝，盡量減少對(duì)凍土的擾動(dòng)；并且要遵循前文所提到的幾個(gè)原則，通過(guò)增設(shè)遮陽(yáng)棚等措施保證開(kāi)挖斷面成形；通過(guò)換填保溫層或設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，合理布設(shè)排水措施，縮小凍土融化沉降范圍，使凍土經(jīng)歷冬凍、春融輪回過(guò)程重建新的熱量平衡系統(tǒng)，從而盡可能減少多年凍土對(duì)路基穩(wěn)定的影響，搞好我們今后的各項(xiàng)施工。