高原多年冻土地区路基路面典型结构施工研究

马亚飞

(中交一公局集团有限公司第六工程有限公司，天津 300452)

1 高原多年冻土地区路基路面典型结构施工影响因素分析

1.1 冻土工程性质影响

“冻土”是对处于0 ℃以下含有丰富低下冰的土壤、岩石的统称。其流变性、温感性相对较强。因此，在多年冻土地区开展道路工程项目，道路工程易受冻土特征影响，面临冻胀、融沉威胁，出现质量与安全问题。就多年冻土路基路面工程而言，通常情况下密实度在垂直方向上依据有大到小顺序排列为：路基、天然地面、地基内土；密实度在水平方向上依据有大到小顺序排列为：路基路面中线位置、路基路面边缘位置。这在一定程度上使路基易出现压实不足现象，影响路基稳定性。与此同时，多年冻土的退化使融区呈现出不断扩大、增多趋势，在一定程度上加剧了多年冻土地区地面不稳定性，从而使多年冻土地区道路工程频繁出现地质问题，影响道路建设与使用。

1.2 区域环境变化影响

冻土对气温、水文条件敏感性较强，因此易受气候变化影响产生冻融作用，降低多年冻土地区地面稳定性。青藏高原作为我国多年冻土多分布主要区域(冻土面积约占全国70%)，由其气候特征分析可知：青藏高原气温变化不均，平均气温由东南零上二十摄氏度向西北递减至零下六摄氏度以下，年平均降水量可由2 000 mm递减至50 mm以下，太阳辐射强度大、日温差大、干湿分明、冬季干冷多风、夏季温凉多雨。这在一定程度上使青藏高原多年冻土(以季节性冻土为主)地区路基路面在气温周期性变化下长期处在冻融状态。即冬季与夜晚温度下降至零摄氏度以下，路基路面所处位置的地下水分冻结、膨胀，对路基路面结构产生破坏；夏季与白日气温升高，地下冰逐渐融化，增加土体含水量降低土体强度，容易使土层发生变形问题，对路基路面结构产生破坏。长此以往，路基路面结构疏松，其稳定性、牢固性、可靠性降低，出现沉降、裂纹等病害。

1.3 工程施工技术影响

路基路面施工将在一定程度上改变地表性质，而多年冻土对地表条件变化较为敏感，需要在施工过程中加强冻土路基温度场、融沉变形等研究力度，根据温度场变化规律、融沉变形因素等分析结果，科学配置路基路面施工技术，以保证路基路面结构稳定。因此，路基路面施工技术应用的科学与准确，对多年冻土地区路基路面施工质量提升存在直接影响。例如，在稳定冻土路段适当提高路基高度可有效控制路基路面变形，但在不稳定性冻土地区则会增加路基路面沉陷、波浪、裂缝等病害发生概率。

2 高原多年冻土地区路基路面典型结构施工技术要点分析

2.1 做好路基温度场模拟分析工作

在高原多年冻土地区路基路面工程建设过程中，由于路基温度场与路基路面病害存在密切关联性。需在路基路面结构设计时做好路基温度场模拟分析工作，以探寻最适宜降温措施，增强多年冻土路基路面热稳定性。由于高原多年冻土地区路径冻融作用相对复杂，涉及到的知识相对较多，包括水分迁移、热量传递、冰水相变等。对此，可引入第二类温度边界条件、第三类温度边界条件，依托ABAQUS有限元软件构建路基温度场模型，在保证模型有效性的基础上，对不同宽度路基(如10 m、26 m等)温度场变化规律进行分析，深入了解路基宽度对多年冻土的影响，从而为路基路面结构设计(包括普通路基、碎石路基、隔热层路基、复合路基等)路基宽度确定提供参考依据。例如，有学者在对青藏高原多年冻土地区路基宽度进行温度场模拟分析时，发现随着路基宽度不断增加路基融深发生改变，路基结构类型不同融深变化不同，复合路基年最大融深变化幅度要小于其他路基，在高原多年冻土地区道路修筑中的实用性更强。

2.2 做好融沉效应下路面损伤规律分析工作

在路基路面结构设计过程中，为提升结构设计科学性、合理性、有效性，除加强路基温度场分析外，也需要通过构建冻土力学本构关系模型做好多年冻土融沉效应作用下路基路面结构损伤规律分析工作，以保证所应用的施工措施一方面能够降低路基温度，增强路基热稳定性，另一方面能够改善路基不均匀变形问题，延长路基路面结构使用寿命。以青藏高原公路为例，基于路径损伤规律分析发现路基宽度不变，随着路基高度增加，融沉变形呈线性增加；路基高度不变，随着路基宽度增加融沉变形呈先上升后下降趋势变化。对此，可通过控制路基高度，适当增加路基宽度方法增强路面结构稳定性。

2.3 根据高原多年冻土类型有针对性落实施工方案

高原多年冻土地区冻土层情况不同，所应用的施工技术也不同。这就需要在施工过程中能够在全面了解冻土层实际情况后，根据冻土层特征有针对性选择施工工艺。例如，在少冰冻土段，基于路基温度场模拟分析、路面损伤规律分析确定路基填筑高度超过1.8 m时，在施工过程中需利用重型压路机进行路基加固；确定路基填筑高度小于1.8 m时，可利用局部换填法、冲击碾压法进行路基加固，如果该路段存在，需以厚砂砾石为主要填筑材料。在陡坡冻土段施工过程中，路基开挖需从边坡交界位置着手，进行台阶式逐级填筑，有效控制台阶宽度，并做好土工格栅配置工作。

2.4 做好多年冻土地区路基路面病害防护与治理工作

在多年冻土地区路基路面典型结构施工过程中，针对易产生的病害需有针对性落实病害治理措施，增强路基路面结构稳定性、安全性。例如，青藏公路K3051+000路段右侧积水较多，且存在较为严重纵向裂缝，根据裂缝形成因素，设计利用“柔性枕梁+土工膜袋”工艺进行施工，将变形土体与未变形土体有机结合，增强路基整体稳定性。

3 结 论

总而言之，高原多年冻土地区道路施工是一项综合且复杂的工程，需要在不断研究与实践中汲取经验，进行道路施工技术不断完善与改进，以增强施工安全性、稳定性、科学性、可靠性。而路基路面工程作为道路修筑核心工程，其施工质量的高低对道路修筑整体质量与效率存在直接影响，对此建筑企业以及工作人员应立足工程实际情况，进行有针对性设计达到路基路面结构强化目的，以实现工程施工综合效益最大化。