多年冻土与沼泽交替沟塘段路基施工病害隐患与防治措施

程芦东

中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000

随着大兴安岭地区冻土公路项目的增多，对于高寒地区常年冻土区公路病害隐患的研究逐渐深入。针对多年冻土的特殊路基处理措施为低温期全部挖除换填碎石或砂砾，且取得了良好的效果，但这种单纯的换填必须保证换填粒料空隙中地下水位高度，否则易引起公路冻胀与热融沉，而该湿地冻土段多处于沟塘地段，常年地下水位较高。文章以国道北京至漠河公路瓦拉干至樟岭（塔漠界）段A1标段K313+270～K313+900三面环山的沟塘低洼地段特殊路基处理为依托，针对这种特殊路基施工的病害隐患施工进行研究，并经实际验证提出了切实可行的防治措施，为后续类似施工提供了有价值的参考。

1 项目概况

国道北京至漠河公路瓦拉干至樟岭（塔漠界）段A1标段起讫桩号K299+138.75～K334+500，长35.341km，区域内河谷密集，沟塘低地土层较厚，局部有沼泽地，低洼处长期积水，由于气温低、气候严寒，多年冻土发育较为普遍，少数地块永冻深可达12m。

K313+270～K313+900处在三面环山的沟塘低洼地段，且该段地质情况复杂。K313+270～K313+450为湿地段落，需换填2.4m风化碎石；K313+450～K313+670为富冰冻土段落，需换填4.4m风化碎石，经地质钻探发现地表下0～4.2m均为Ⅳ级强融沉型富冰、饱冰冻土，且由于其层内含冰量大于透水层，一旦发生热融，路基就会发生较大沉降。K313+670～K313+900为湿地段落，需换填3.8m风化碎石。冻土、湿地段落及地表径流流向如图1所示。

图1 冻土、湿地段落及地表径流流向示意图

2 施工病害隐患分析

场区地表水主要为大气降水，受地貌影响，雨季及融雪期水量较大。场区地下水主要为孔隙潜水及冻结层内固态水。砾石层中的孔隙潜水主要由大气降水和地表水补给；固态水即多年冻土层中的冰，在气候异常情况下与上层地下水互相转化。

在地层均为透水层，且下游排水不畅的情况下，山体汇水成为此段落地下水的补给源头，即使换填透水材料，也会因地表下暗流持续进行冻土层的热传导，使换填路槽两侧的冻土层被流水融沉进而造成路基融沉。一旦地表下的暗流达到冻结条件，此时暗流已经充满路槽中换填骨料的孔隙，骨料没有了压缩空间便会受水的冻胀因素影响而造成路基冻胀。按设计图常规施工极易出现冻土病害，需对设计方案进行调整以避免施工病害隐患。孔隙潜水流向如图2所示。

图2 孔隙潜水流向示意图

3 防治思路

由于此段落前后均为湿地段落，湿地地下水对冻土影响较大，故防治思路不能局限于冻土段保温不融化，应换思路为冻土即使受地下水流作用发生融化要如何保证路基不发生融沉冻胀病害。冻土热融沉与冻胀是由路基下孔隙水导致的，想要防治冻土路基病害首要的就是控制此处地表下的孔隙地下水位。

公路工程对于水流常规的处理方式主要有三种，即截水、排水、堵水。由地形平面图发现难以对此段落进行截水，山体走势和水流流向决定了水流必须经由路基流往另一侧地势较低处排泄，无法对山体侧水流进行截水。堵水的方式主要用于泉眼类暗流，若想通过堵水的方式栓堵层间水，则需对补给侧整体施工注浆止水帷幕，注浆止水帷幕的成本高、污染严重且破坏了自然地下水系，故堵水的方式也难以采用。

4 防治方法

4.1 下游集水、疏导

经现场测量踏勘及方案比选，对此处特殊路基段落处理方式进行了完善，决定对地下水进行上游纵向渗沟暗截、基底设置多排横向盲沟暗排、下游加长疏导距离并设集水坑的方式进行施工，避免后期出现隐患。

此处下游的水流排水不畅，仅靠漫流没有明显河道排水。为了加大排水流速需提供排水坡度，沼泽地段难以进行大型设备开挖，故在冬季冻结期开挖集水坑并对下游河道梳理加长。集水坑尺寸为10m×10m，深度不小于5m（坑底深度低于路基基础深度1m以上）。

河道及集水坑梳理完成后，为保证冬季开挖的河道及集水坑边坡不会因融化而淤堵，也不会因沟内水体冻结而不能排水，在下游疏通后采用大块石回填集水坑、河道形成渗沟保证融化期排水通畅，同时石料孔隙还可对暴露的水体保温以保证石料孔隙中排水不会低温冻结。

4.2 基底设置多排横向盲沟暗排

为排除上游截水，将在路基基底对应下游疏导河道的位置开挖多排横向盲沟，盲沟尺寸为0.5m×0.5m，并外裹土工布内设D200排水管回填砂砾以保证水流通畅。

4.3 上游纵向渗沟暗截

在山体汇水侧即横向排水的上游沿路基纵向设置一条纵向渗沟对上游地层的层间水进行截排，渗沟要开挖至不融沉冻土层，这种截排的好处是即使流动水流对路基填筑范围内的冻土产生热融扰动，但由于截排的流水面低于不融沉冻土层，该层不融沉不会造成路基整体沉降。路床槽下换填碎石骨料孔隙中水位保持在一个较低水平，使槽内换填骨料孔隙水受冬季冻胀影响极小。K313+270～K313+900段落纵向盲沟示意图如图3所示。

图3 K313+270～K313+900段落纵向盲沟示意图

5 隐患防治评价

该段落于2017年12月施工完成，在施工期间对该段路基断面埋置了测温孔、沉降观测点，并进行了温度及路基沉降监测。由监测数据发现，路基处理后地下温度上升，冻土段内部温度上升，冻土出现了热融，常年冻土变为季节冻土；路基沉降值自施工后次年8月趋于稳定，该段路基隐患防治工作成功，可用于指导相似地貌状况路基施工。

6 结束语

此段落中冻土段落的实际施工成功解决了沟塘低洼地貌受丰沛地下水影响情况下多年冻土与湿地沼泽交替段落的融沉冻胀病害，再次证明了路基基础的孔隙含水率是冻土路基发生病害的关键，只要采用孔隙率大的填料填筑，并控制住基础孔隙含水率，才能有效控制冻土病害的发生，为更复杂条件下的冻土施工提供正确的思路。