摘要 文章以探索惡劣氣候、復(fù)雜地質(zhì)下的公路路基處理技術(shù)為研究目的，采用以理論和實(shí)例相結(jié)合的方法，選擇位于高海拔草原地區(qū)四川甘孜理塘縣的G318國道提質(zhì)改造工程作為研究案例，采用換填法更換季節(jié)性凍土路段路基。結(jié)果顯示，案例工程采用換填法處理后，有效解決了原有凍土路基的不良地質(zhì)問題，且經(jīng)過驗(yàn)收及實(shí)時(shí)監(jiān)測，達(dá)到了預(yù)期的路基處理效果，消除了安全隱患?？梢?，對(duì)于氣候惡劣環(huán)境下的不良地質(zhì)通過換填法可取得理想的路基處理效果。

關(guān)鍵詞 高寒高海拔；草原地區(qū)；公路工程；路基換填；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）17-0086-03

0 引言

高寒高海拔草原地區(qū)的土層多為凍土層，存在凍融問題，若處理不當(dāng)則會(huì)引起路基的不均勻沉降，危及公路工程建設(shè)質(zhì)量。但凍土厚度有限，采用換填法可有效解決凍土的凍融問題，提升路基的穩(wěn)定性、承載力，保障公路工程建設(shè)質(zhì)量。基于此，該文結(jié)合實(shí)際案例對(duì)凍土換填施工技術(shù)進(jìn)行分析探討，具體如下。

1 工程概況

G318提質(zhì)改造工程理塘過境線項(xiàng)目路線，起于G318出川方向理塘隧道出口，止于理塘縣城西側(cè)，路線長11.2 km，其中新建段長6.6 km，路面整治段長2.5 km，增設(shè)的爬坡車道加寬段長2.1 km。項(xiàng)目起點(diǎn)樁號(hào)為K0+000，海拔4 091 m；止點(diǎn)樁號(hào)為K11+232.309，海拔3 953 m，項(xiàng)目平均海拔4 022 m。全線采用二級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為40 km/h，路基寬度為8.5 m。全線采用瀝青混凝土路面，汽車荷載等級(jí)為公路-I級(jí)。

2 高寒高海拔草原地區(qū)工程環(huán)境特性分析

2.1 高寒高海拔草原地區(qū)氣候特點(diǎn)

（1）高寒高海拔草原地區(qū)的氣溫普遍偏低，尤其是在冬季，氣溫常常降至零下數(shù)十?dāng)z氏度，形成嚴(yán)寒的冰雪環(huán)境。由于氣溫低，這些地區(qū)的降雪量較大，降雪期較長，積雪深厚，形成了廣袤的雪域高原。

（2）高寒高海拔草原地區(qū)的氣象狀況復(fù)雜多變，經(jīng)常出現(xiàn)極端天氣事件，如暴風(fēng)雪、雷電、冰雹等。這些地區(qū)還常常受到強(qiáng)風(fēng)的影響，風(fēng)力較大，風(fēng)向多變，給當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境帶來了更多的不確定性。

（3）該項(xiàng)目路線位于海拔4 000 m以上，盛夏季節(jié)也常常飄雪，陰坡路段積雪為患。季節(jié)性凍土主要分布在理塘縣城南沼澤地中，在理塘至海子山段也有多處病害分布，沿線分布有季節(jié)性凍土，最大凍結(jié)深度為0.8 m。凍土區(qū)地下水隨季節(jié)變化，對(duì)道路的安全性和耐久性影響較大。

2.2 不良地質(zhì)條件對(duì)路基施工的影響

不良地質(zhì)條件對(duì)路基施工的影響是一個(gè)關(guān)鍵且復(fù)雜的問題，涉及工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效益等多個(gè)方面，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：

（1）不良地質(zhì)條件對(duì)路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。軟弱地基、斷層、滑坡、泥石流、季節(jié)性凍土等地質(zhì)問題可能導(dǎo)致地基承載力不足，易發(fā)生變形和沉降。在這些地區(qū)進(jìn)行路基施工，需要采取特殊的地基處理措施，如樁基、注漿加固、換填等，以提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。此外，不良地質(zhì)條件還可能導(dǎo)致路基的不均勻沉降，進(jìn)而引發(fā)路面開裂、變形等問題，嚴(yán)重影響道路的使用性能和安全性。

（2）不良地質(zhì)條件對(duì)路基施工的質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，施工過程中的土方開挖、排水處理等作業(yè)可能面臨更大的難度。例如，在軟土地區(qū)，土方開挖可能導(dǎo)致地基失穩(wěn)和變形；在巖溶地區(qū)，排水處理可能更加困難，易引發(fā)地下水滲漏和突水突泥等問題。這些都會(huì)對(duì)路基施工的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，甚至可能導(dǎo)致工程失敗。

（3）不良地質(zhì)條件還可能對(duì)路基施工的成本和工期產(chǎn)生影響。為應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)條件帶來的挑戰(zhàn)，可能需要增加施工設(shè)備和人力投入，提高施工成本。同時(shí)，由于地質(zhì)條件的不確定性，可能導(dǎo)致施工工期延誤，給工程項(xiàng)目帶來經(jīng)濟(jì)損失并造成社會(huì)影響。

3 不良路基換填施工技術(shù)分析

該項(xiàng)目沿線不良地質(zhì)包括危巖、落石和季節(jié)性凍土。涉及路基施工的不良地質(zhì)主要為季節(jié)性凍土。季節(jié)性凍土主要分布在理塘縣城南沼澤地中，位于該項(xiàng)目新建路段（K4+600～K11+232）。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，本段場地最大凍結(jié)深度為0.8 m。據(jù)鉆探揭露，場地1.0 m深度范圍內(nèi)的土層主要為粉土和含礫黏土，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，本場地季節(jié)性凍土凍脹等級(jí)為Ⅱ～Ⅲ級(jí)，凍脹類別為弱凍脹～凍脹。

3.1 凍土換填設(shè)計(jì)方案

季節(jié)性凍土路段的路線主要以填方形式通過，場地地下水位一般為1～2 m。為保證路基不受場地季節(jié)性凍土凍融作用影響，設(shè)計(jì)采用砂礫石防凍+防滲土工布+隔水防腳的綜合處治措施進(jìn)行地基處理。由于該段地形平緩，排水條件較差且局部存在承壓地下水，設(shè)計(jì)以2.0 m中心填高為界，針對(duì)中心填高≤2.0 m的段落，在路面結(jié)構(gòu)層以下1.5 m深度范圍內(nèi)回填砂礫石，同時(shí)在底部鋪設(shè)防滲土工布等；針對(duì)中心填高大于2.0 m的段落，在路面結(jié)構(gòu)層底面以下30 cm處及兩側(cè)坡面鋪設(shè)防滲土工布，以隔絕坡面和路面雨水進(jìn)入路床。另外，考慮該段為無量河階地，局部地質(zhì)條件可能略有不同，設(shè)置預(yù)留砂礫石量，用于處理路基范圍內(nèi)潛在的暗冰、草甸及過濕黏土等特殊路段[2]。季節(jié)性凍土處理設(shè)計(jì)圖如圖1所示：

（a）

（b）

（c）

圖1 季節(jié)性凍土處理設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

圖（a）適用于凍深不小于0.8 m，中心填高（包括路面）<0.7 m及土質(zhì)挖方段的凍土路基處理，砂礫石自路面結(jié)構(gòu)層以下回填1.5m，并在地面線以下鋪設(shè)防滲土工布。

圖（b）適用于凍深不小于0.8 m，中心填高（包括路面）≥0.7 m，且＜2.0 m的填方段凍土路基處理，砂礫石自路面結(jié)構(gòu)層以下回填1.5 m，并在底部鋪設(shè)防滲土工布。

圖（c）適用于凍深不小于0.8 m，中心填高（包括路面）≥2.0 m的填方段凍土路基處理，直接在路面結(jié)構(gòu)層底面以下30 cm處及兩側(cè)坡面鋪設(shè)防滲土工布，路床范圍采用一般填料填筑，路堤外側(cè)回填20 cm厚的表土覆蓋土工材料。

對(duì)于回填的砂礫石，要求粒徑d≤0.075 mm的細(xì)顆粒含量小于5%（質(zhì)量比），同時(shí)粒徑組合應(yīng)滿足以下范圍：0.075～19 mm的顆粒占20%～40%；19～37.5 mm的顆粒占40%～60%；37.5～63 mm的顆粒占10%～30%；最大粒徑不超過63 mm。施工時(shí)應(yīng)設(shè)置試驗(yàn)段，以確定合適的碎石施工級(jí)配。

防滲土工布采用兩布一膜型，即布/膜/布結(jié)構(gòu)，要求單層布質(zhì)量≥150 g/m2，中間防滲膜厚度≥0.3 mm，總厚度≥2.4 mm，極限抗拉強(qiáng)度≥17 kN/m，極限伸長率≥30%，CBR頂破強(qiáng)度≥3.0 kN/m，撕破強(qiáng)度≥0.42 kN/m，垂直滲透系數(shù)<1 cm/s，幅寬偏差±1%，并具有防凍、抗紫外線的功能。

隔水護(hù)腳宜采用黏性土和草皮等隔水性能良好的材料填筑并夯實(shí)，缺乏以上材料時(shí)，可采用砂礫、粗顆粒土等替代，但表面應(yīng)覆蓋20 cm厚的黏性土或熟石灰漿作為保護(hù)層，以預(yù)防水分侵蝕[3]。

3.2 凍土換填施工技術(shù)

3.2.1 凍土砂礫石換填試驗(yàn)

為全面展開G318提質(zhì)改造工程理塘過境線TJ標(biāo)段路基凍土的換填施工，在K10+190至K10+390段進(jìn)行凍土換填試驗(yàn)段的施工，試驗(yàn)段長200 m，處理深度為1.5 m，換填砂礫石約3 150 m3。

（1）試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1）通過試驗(yàn)段的施工，選定滿足施工要求的壓實(shí)機(jī)具，以及壓實(shí)填料的松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、最佳含水量ω和最大干密度、最佳的機(jī)械配套，選定積極、合理、準(zhǔn)確的檢測手段。

2）通過試驗(yàn)段施工，確定采用的機(jī)型、層厚、壓實(shí)遍數(shù)，滿足壓實(shí)度指標(biāo)要求。

3）通過試驗(yàn)段施工，確定合理的壓實(shí)工藝參數(shù)和工藝流程。試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，作為該種填料使用的依據(jù)。

（2）試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)總結(jié)。

1）碾壓時(shí)填料的含水率控制在最優(yōu)含水率±2％以內(nèi)；其控制措施：在拌料前，先做原土的含水率檢測，如果含水率偏低，將在碾壓前進(jìn)行加濕；如果含水率偏大，則必須進(jìn)行晾曬；在碾壓前必須檢測含水率，如含水率偏低應(yīng)先灑水加濕，然后進(jìn)行碾壓。

2）根據(jù)最大壓實(shí)厚度不大于30 cm要求，最大松鋪厚度應(yīng)控制在36.9 cm以內(nèi)。

3）通過對(duì)壓實(shí)后填料厚度檢測，得出松鋪系數(shù)為1∶1.23；根據(jù)最大壓實(shí)厚度不大于30 cm的要求，最大松鋪厚度控制在36.9 cm以內(nèi)；每層松鋪厚度應(yīng)根據(jù)壓實(shí)厚度而調(diào)整。

4）通過壓實(shí)度檢測，可以得出：砂礫石凍土層換填的碾壓遍數(shù)應(yīng)控制在6遍。碾壓順序?yàn)椋红o壓—弱振—強(qiáng)振—強(qiáng)振—弱振—靜壓；在碾壓時(shí)壓路機(jī)的速度控制在2～4 km/h范圍內(nèi)。

5）機(jī)械組合為：推土機(jī)找平—壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。

3.2.2 凍土換填施工技術(shù)要點(diǎn)

凍土換填施工技術(shù)要點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)[4]：

（1）對(duì)基坑應(yīng)先驗(yàn)槽，消除松土，并打兩遍底夯，要求平整干凈。如有積水淤泥應(yīng)晾干，局部有軟弱土層或孔洞，應(yīng)及時(shí)挖除后用灰土分層回填夯實(shí)。

（2）灰土配合比應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范，此地基處理采用3∶7（石灰：土，體積比）。人工拌和不少于三遍，使其達(dá)到均勻，顏色一致。同時(shí)，適當(dāng)控制含水量，現(xiàn)場以手握成團(tuán)，兩指輕捏即散為宜，一般最優(yōu)含水量為14％～18％。如含水量過多或過少時(shí)，應(yīng)稍晾干或?yàn)⑺疂駶櫍缬星驁F(tuán)應(yīng)打碎，要求隨拌隨用。

（3）鋪灰應(yīng)分段分層夯實(shí)，每層虛鋪厚度為200～250 mm，用立式打夯機(jī)夯實(shí)，遍數(shù)不得少于4遍。

（4）灰土應(yīng)當(dāng)日鋪、當(dāng)日填夯實(shí)，入槽（坑）灰土不得隔日夯打。夯實(shí)后的灰土在3 d內(nèi)不得受水浸泡，并及時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)施工與基礎(chǔ)坑的回填，或在灰土表面做臨時(shí)性覆蓋，避免日曬雨淋。雨季施工時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)防雨、排水措施，以保證灰土在基槽內(nèi)積水狀態(tài)下進(jìn)行。剛打完的灰土，如突然遇雨，應(yīng)將松軟土除去，并補(bǔ)填夯實(shí)，稍受濕的灰土可在晾干后進(jìn)行補(bǔ)夯。

4 凍土換填施工現(xiàn)場管理與質(zhì)量控制措施

凍土換填施工現(xiàn)場管理與質(zhì)量控制措施主要包括以下幾個(gè)方面[5]：

（1）凍土換填施工現(xiàn)場管理需要建立完善的施工組織和管理體系，這包括明確施工目標(biāo)、制訂施工計(jì)劃、安排施工人員和設(shè)備、監(jiān)控施工進(jìn)度等。同時(shí)，還需要建立施工現(xiàn)場的安全管理制度，確保施工人員的人身安全和施工設(shè)備的正常運(yùn)行。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工規(guī)范和操作規(guī)程，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

（2）針對(duì)凍土換填施工的特點(diǎn)，需要采取特殊的質(zhì)量控制措施。在材料選擇方面，應(yīng)選用符合規(guī)范要求的換填材料，如粒徑、級(jí)配、含水率等指標(biāo)應(yīng)滿足施工要求。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制換填層的厚度和平整度，確保換填層與原有路基的緊密結(jié)合。同時(shí)，還需要采取有效的排水措施，防止凍融過程中產(chǎn)生的水分對(duì)路基造成損害。

（3）凍土換填施工還需要加強(qiáng)監(jiān)測和預(yù)警工作。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測路基的變形和沉降情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的安全隱患。同時(shí)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)和方案，確保路基施工的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

5 結(jié)語

通過對(duì)凍土路基換填施工技術(shù)的深入探討和研究，該文得出了以下結(jié)論：首先，凍土路基由于其特殊的物理和力學(xué)特性，在公路工程中需要特殊的處理措施；其次，換填施工技術(shù)作為一種有效的處理方法，可以顯著提高凍土路基的穩(wěn)定性和承載能力；最后，通過實(shí)際工程案例的驗(yàn)證，證明了換填施工技術(shù)在凍土路基中的有效性和適用性。研究成果對(duì)于凍土地區(qū)的公路工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。

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