多年冻土区路基工程施工纵向裂缝形成机理及防治措施研究

张笔证

摘要：受冻土区土层属性特征影响，在沉降作用下，路基工程的纵向裂缝问题较为严重，为此对施工纵向裂缝形成机理及防治措施进行研究。在纵向裂缝形成机理分析阶段，明确冻土区路基融沉在纵向裂缝形成阶段发挥的主导性。在防治施工阶段，当路基施工开挖至多冰冻土层后先铺设中砂做褥垫层，再铺设XPS保温板，以提高垫层的稳定性。采用冻胀不敏感A、B组填料作为施工材料，以方格施工的方式开展分层摊铺。碾压夯实施工阶段，采用重型振动式压路机作为施工装置，以两侧为施工的起始的部位，向中心纵向推进，直至地基的状态参数达到压实标准。在测试结果显示，地基的累计沉降量和纵向裂缝扩展深度均处于较低水平，起到了良好的防治效果。

关键词：多年冻土区；路基工程施工；纵向裂缝；形成机理；防治措施

0   引言

对多年冻土区的地层构成情况进行分析，受客观环境温度影响，地层中的水分在低温环境下发生凝固[1]。而在实际的存在形态方面，水文环境与土层之间形成的渗透关系，导致对应的土层结构也以冻结的形式存在[2]。由此带来的最直接的影响就是，一旦冻结的土层结构出现开化的情况，原有的土层体积将大大降低，地质结构的应力属性参数也将发生改变。这对于路基结构的稳定性而言，是十分不利的。在相同的荷载条件下，地基出现变形问题的概率将大大增加[3]。且在土层体积变化的作用下，纵向裂缝问题也成为了难以避免的质量问题之一[4]。

本文对多年冻土区路基工程施工纵向裂缝形成机理及防治措施进行研究，在客观分析了冻土区路基纵向裂缝形成机理的基础上，设计了针对性的施工防治措施，并以实际的施工案例为基础，分析验证了设计防治措施的应用效果。

1   多年冻土区路基施工纵向裂缝形成机理

在对多年冻土区路基工程施工纵向裂缝进行防治之前，明确冻土保护路基纵向裂缝的形成机理是极为重要的[5]。从本质上分析，其主要是因为地基对应环境的地层结构出现了不同程度的沉降。

对沉降产生的原因进一步细化分析认为，由于路基开挖破坏冻土上限[6]以及路基排水不畅等原因，导致路基土层发生热融沉陷，从而使路基沉陷变形破坏，并由此具体表现为路基下沉[7]。对冻土区路基融沉的特点进行分析，其主要表现为突然的大量下沉，并其下沉具有明显的周期性，以持续下降的形式发展[8]。

结合上述的分析不难看出，要实现对多年冻土区路基工程施工纵向裂缝的有效防治，最根本的措施就是避免路基土层发生热融沉陷。

2   多年冻土区路基施工纵向裂缝防治措施

2.1   垫层施工

当路基施工开挖至多冰冻土层后，首先铺设中砂做褥垫层，具体的铺设厚度为0.05m。对褥垫层进行精平处理后，再铺设XPS保温板，具体的铺设厚度为0.lm，对应两层0.05m厚XPS保温板。

在具体施工过程中，为了提高施工效率，本文对XPS板的搭接主要以平接的方式为主，在确保接缝应密闭的前提下，使两层保温板层与层的接缝以错开的形式排布。具体的施工方式如图1所示。

按照图1所示的方式，对保温板层与层的接缝位置进行施工，最大限度降低上层热量在接缝向下传递的总量，缓解冻土层解冻的程度。铺好后，继续开展填筑路基材料的换填施工。

需要注意的是，控制铺设及填筑长度也是极为重要的环节之一。一般情况下，对应的尺寸参数以30.0m左右为宜。除此之外，严格控制XPS保温板的性能指标，也是保障其能够满足多年冻土区路基工程施工纵向裂缝防治要求的重要基础，对其具体的选择标准进行细化，具体如表1所示。

2.2   分层摊铺施工

在分层摊铺施工阶段，本文采用冻胀不敏感A、B组填料。其中，细颗粒的含量控制在5.0%以内较为合理，一般为2.0%～3.0%，对应的渗透系数需要控制在5×10-5m/s以上。

对于不同部位填料粒度的控制，结合实际情况以及具体的应用需求，本文进行了差异化选择。其中，基床底层填料和基床以下部位填料的最大粒径分别为60mm和75mm。

在填料施工前，结合需单车运输填料的总量，在路基工程区域进行网格化处理。单车运输填料的总量最好与整数个格网的填铺量一致。

在松铺施工阶段，对厚度的控制效果是影响压实效果的关键。在对填料进行摊铺处理时，本文使用平地机进行初平，初平的厚度略高出松铺线，具体的尺度范围为3.0cm左右。当摊铺平面出现低洼或超高情况时，及时进行刮平处理。

此外，在开展平地机初平阶段，在路肩同步进行初步压实，通过这样的方式保证压路机进行压实的过程中，路肩部分不会滑坡出现情况。

2.3   碾压夯实施工

为确保填料的密实度，满足多年冻土区路基工程施工纵向裂缝防治要求，本文在进行碾压施工阶段，采用重型振动式压路机作为施工装置。

在具体碾压过程中，按照“先稳后振、先快后慢、纵向到底、横向到边、轮迹重叠”的原则进行，以两侧为施工的起始部位，向中心纵向推进，采用进退式碾压方式。对于曲线路段地基工程的碾压施工，以曲线内侧为施工的起始部位，向外侧推进。

需要注意的是，施工缝搭接处的碾压是碾压夯实施工的重点部位，需要确保各区段交接处具有一定长度的重叠，以此保障具体的压实施工不会在接縫位置存在疏漏。其中，当重叠部分的搭接方式为纵向搭接时，对应的长度为2.5m；当以重叠部分的搭接方式为行与行横向搭接时，对应的长度为40cm。

对构造物两侧实际以2.0m为范围，采用小型压实机具进行压实处理。对于碾压夯实的执行标准，本文以相关路基工程施工质量验收标准为基础，具体如表2所示。

按照表2所示的执行标准，按照均匀分布抽样的方式对每个压实层的压实系数进行检验地基，确保其施工效果能够得到多年冻土区路基工程施工纵向裂缝防治要求。

3   应用测试

3.1   施工环境

本文以某公路路段的路基施工工程项目为例开展测试分析。对施工区域的冻土层构成情况进行分析，其主要分为饱冰冻土、富冰冻土以及多冰冻土3种类型，具体的性状参数信息如下：

饱冰冻土（10）-1：灰褐色，成分主要为黏性土、砂，土质不均，岩芯中可见层状定向的冰条带。揭露层厚约1m。

富冰冻土（10）-2：灰褐色，成分主要为黏性土、砂，土质不均，岩芯中可见不规则走向的冰条带，揭露层厚0.5m-3m。

多冰冻土（10）-3：黄褐色，主要在圆砾土和全风化花岗岩中，手握有冰感，部分呈柱状或块状，较坚硬，大颗粒和小颗粒之间可见冰晶和冰膜，放置日光下会变砂土状，揭露层厚约1～4.7m。

对施工区域的地下水情况进行分析，其类型为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水。地下水稳定水位为2.0～8.0m，受季节性影响变幅1～4m。地下水主要補给来源为地表径流和大气降水。地基的长度为70.0m，对应的填方高度和基底挖深分别为6.42m和3.31m，具体的挖方量和填料总量分别为13545m3和24428m3。

3.2   测试结果与分析

在上述基础上，对施工路段的路基纵向裂缝发展情况进行分析，得到的数据结果如表3所示。

结合表3所示的测试结果可以看出，采用本文设计的纵向裂缝防治施工技术，测试地基的累计沉降量明显降低，截至施工后的35d，对应的累计沉降量仅为10.24mm，与原有的施工方法相比，降低了20.78mm。在纵向裂缝扩展深度方面，35d对应的扩展深度仅为1.16m，与原有施工方法的2.09m相比，降低了0.93m。

综合上述测试结果可以看出，本文设计的多年冻土区路基工程施工纵向裂缝防治施工技术，可以实现对纵向裂缝的有效防治，对于保障冻土区路基工程施工质量具有良好的实际应用效果。

4   结束语

在具体的路基工程施工过程中，受冻土层结构的影响，其出现纵向裂缝的几率大大增加，针对于此实施针对性的防治措施，成为了保障路基工程施工效果的关键。本文提出的多年冻土区路基工程施工纵向裂缝防治措施，切实提高了冻土区路基工程的施工质量，有效降低了地基的累计沉降量和纵向裂缝的拓展深度。

参考文献

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[2] 陆云才.西克尔水库“1.19”震后坝体裂缝成因综合分析及处理方法[J].水利科技与经济，2023，29（3）： 27-34.

[3] 朱秀清，刘民，马慧鑫，等.大掺量磨细矿渣混凝土箱涵裂缝处理方法研究与应用[J].天津农学院学报，2022，29（4）：70-74.

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