馬亞飛

(中交一公局集團(tuán)有限公司第六工程有限公司，天津 300452)

1 高原多年凍土地區(qū)路基路面典型結(jié)構(gòu)施工影響因素分析

1.1 凍土工程性質(zhì)影響

“凍土”是對(duì)處于0 ℃以下含有豐富低下冰的土壤、巖石的統(tǒng)稱。其流變性、溫感性相對(duì)較強(qiáng)。因此，在多年凍土地區(qū)開(kāi)展道路工程項(xiàng)目，道路工程易受凍土特征影響，面臨凍脹、融沉威脅，出現(xiàn)質(zhì)量與安全問(wèn)題。就多年凍土路基路面工程而言，通常情況下密實(shí)度在垂直方向上依據(jù)有大到小順序排列為：路基、天然地面、地基內(nèi)土；密實(shí)度在水平方向上依據(jù)有大到小順序排列為：路基路面中線位置、路基路面邊緣位置。這在一定程度上使路基易出現(xiàn)壓實(shí)不足現(xiàn)象，影響路基穩(wěn)定性。與此同時(shí)，多年凍土的退化使融區(qū)呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)大、增多趨勢(shì)，在一定程度上加劇了多年凍土地區(qū)地面不穩(wěn)定性，從而使多年凍土地區(qū)道路工程頻繁出現(xiàn)地質(zhì)問(wèn)題，影響道路建設(shè)與使用。

1.2 區(qū)域環(huán)境變化影響

凍土對(duì)氣溫、水文條件敏感性較強(qiáng)，因此易受氣候變化影響產(chǎn)生凍融作用，降低多年凍土地區(qū)地面穩(wěn)定性。青藏高原作為我國(guó)多年凍土多分布主要區(qū)域(凍土面積約占全國(guó)70%)，由其氣候特征分析可知：青藏高原氣溫變化不均，平均氣溫由東南零上二十?dāng)z氏度向西北遞減至零下六攝氏度以下，年平均降水量可由2 000 mm遞減至50 mm以下，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大、日溫差大、干濕分明、冬季干冷多風(fēng)、夏季溫涼多雨。這在一定程度上使青藏高原多年凍土(以季節(jié)性凍土為主)地區(qū)路基路面在氣溫周期性變化下長(zhǎng)期處在凍融狀態(tài)。即冬季與夜晚溫度下降至零攝氏度以下，路基路面所處位置的地下水分凍結(jié)、膨脹，對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞；夏季與白日氣溫升高，地下冰逐漸融化，增加土體含水量降低土體強(qiáng)度，容易使土層發(fā)生變形問(wèn)題，對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。長(zhǎng)此以往，路基路面結(jié)構(gòu)疏松，其穩(wěn)定性、牢固性、可靠性降低，出現(xiàn)沉降、裂紋等病害。

1.3 工程施工技術(shù)影響

路基路面施工將在一定程度上改變地表性質(zhì)，而多年凍土對(duì)地表?xiàng)l件變化較為敏感，需要在施工過(guò)程中加強(qiáng)凍土路基溫度場(chǎng)、融沉變形等研究力度，根據(jù)溫度場(chǎng)變化規(guī)律、融沉變形因素等分析結(jié)果，科學(xué)配置路基路面施工技術(shù)，以保證路基路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因此，路基路面施工技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)與準(zhǔn)確，對(duì)多年凍土地區(qū)路基路面施工質(zhì)量提升存在直接影響。例如，在穩(wěn)定凍土路段適當(dāng)提高路基高度可有效控制路基路面變形，但在不穩(wěn)定性凍土地區(qū)則會(huì)增加路基路面沉陷、波浪、裂縫等病害發(fā)生概率。

2 高原多年凍土地區(qū)路基路面典型結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)分析

2.1 做好路基溫度場(chǎng)模擬分析工作

在高原多年凍土地區(qū)路基路面工程建設(shè)過(guò)程中，由于路基溫度場(chǎng)與路基路面病害存在密切關(guān)聯(lián)性。需在路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)做好路基溫度場(chǎng)模擬分析工作，以探尋最適宜降溫措施，增強(qiáng)多年凍土路基路面熱穩(wěn)定性。由于高原多年凍土地區(qū)路徑凍融作用相對(duì)復(fù)雜，涉及到的知識(shí)相對(duì)較多，包括水分遷移、熱量傳遞、冰水相變等。對(duì)此，可引入第二類溫度邊界條件、第三類溫度邊界條件，依托ABAQUS有限元軟件構(gòu)建路基溫度場(chǎng)模型，在保證模型有效性的基礎(chǔ)上，對(duì)不同寬度路基(如10 m、26 m等)溫度場(chǎng)變化規(guī)律進(jìn)行分析，深入了解路基寬度對(duì)多年凍土的影響，從而為路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括普通路基、碎石路基、隔熱層路基、復(fù)合路基等)路基寬度確定提供參考依據(jù)。例如，有學(xué)者在對(duì)青藏高原多年凍土地區(qū)路基寬度進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著路基寬度不斷增加路基融深發(fā)生改變，路基結(jié)構(gòu)類型不同融深變化不同，復(fù)合路基年最大融深變化幅度要小于其他路基，在高原多年凍土地區(qū)道路修筑中的實(shí)用性更強(qiáng)。

2.2 做好融沉效應(yīng)下路面損傷規(guī)律分析工作

在路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、合理性、有效性，除加強(qiáng)路基溫度場(chǎng)分析外，也需要通過(guò)構(gòu)建凍土力學(xué)本構(gòu)關(guān)系模型做好多年凍土融沉效應(yīng)作用下路基路面結(jié)構(gòu)損傷規(guī)律分析工作，以保證所應(yīng)用的施工措施一方面能夠降低路基溫度，增強(qiáng)路基熱穩(wěn)定性，另一方面能夠改善路基不均勻變形問(wèn)題，延長(zhǎng)路基路面結(jié)構(gòu)使用壽命。以青藏高原公路為例，基于路徑損傷規(guī)律分析發(fā)現(xiàn)路基寬度不變，隨著路基高度增加，融沉變形呈線性增加；路基高度不變，隨著路基寬度增加融沉變形呈先上升后下降趨勢(shì)變化。對(duì)此，可通過(guò)控制路基高度，適當(dāng)增加路基寬度方法增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.3 根據(jù)高原多年凍土類型有針對(duì)性落實(shí)施工方案

高原多年凍土地區(qū)凍土層情況不同，所應(yīng)用的施工技術(shù)也不同。這就需要在施工過(guò)程中能夠在全面了解凍土層實(shí)際情況后，根據(jù)凍土層特征有針對(duì)性選擇施工工藝。例如，在少冰凍土段，基于路基溫度場(chǎng)模擬分析、路面損傷規(guī)律分析確定路基填筑高度超過(guò)1.8 m時(shí)，在施工過(guò)程中需利用重型壓路機(jī)進(jìn)行路基加固；確定路基填筑高度小于1.8 m時(shí)，可利用局部換填法、沖擊碾壓法進(jìn)行路基加固，如果該路段存在，需以厚砂礫石為主要填筑材料。在陡坡凍土段施工過(guò)程中，路基開(kāi)挖需從邊坡交界位置著手，進(jìn)行臺(tái)階式逐級(jí)填筑，有效控制臺(tái)階寬度，并做好土工格柵配置工作。

2.4 做好多年凍土地區(qū)路基路面病害防護(hù)與治理工作

在多年凍土地區(qū)路基路面典型結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，針對(duì)易產(chǎn)生的病害需有針對(duì)性落實(shí)病害治理措施，增強(qiáng)路基路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性。例如，青藏公路K3051+000路段右側(cè)積水較多，且存在較為嚴(yán)重縱向裂縫，根據(jù)裂縫形成因素，設(shè)計(jì)利用“柔性枕梁+土工膜袋”工藝進(jìn)行施工，將變形土體與未變形土體有機(jī)結(jié)合，增強(qiáng)路基整體穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

總而言之，高原多年凍土地區(qū)道路施工是一項(xiàng)綜合且復(fù)雜的工程，需要在不斷研究與實(shí)踐中汲取經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行道路施工技術(shù)不斷完善與改進(jìn)，以增強(qiáng)施工安全性、穩(wěn)定性、科學(xué)性、可靠性。而路基路面工程作為道路修筑核心工程，其施工質(zhì)量的高低對(duì)道路修筑整體質(zhì)量與效率存在直接影響，對(duì)此建筑企業(yè)以及工作人員應(yīng)立足工程實(shí)際情況，進(jìn)行有針對(duì)性設(shè)計(jì)達(dá)到路基路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)化目的，以實(shí)現(xiàn)工程施工綜合效益最大化。