浅析冻土路基的施工工艺

摘要：本文分析了多年冻土的特性以及多年冻土地区路基工程和桥涵基础工程所采取的设计原则，指出了施工工艺的正确选择是解决路基施工的技术关键，以及桥涵基础中的明挖基础施工技术进行了研究和总结，另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。

关键词：路基 冻土 施工工艺

一、冻土的概念

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土在不断退化。

冻土的分类：

如果土层每年散热比吸热多，冻结深度大于融化深度，多年冻土逐渐变厚，称为发展的多年冻土，处于相对稳定状态;如果土层每年吸热比散热多，地温逐年升高，多年冻土层逐渐融化变薄以至消失，处于不稳定状态，称为退化的多年冻土。

如果多年冻土在水平方向卜的分布是大片的、连续的、无融区存在的称为整体多年冻上;如果多年冻土在水平方向上的分布是分离的、中间被融区间隔的称为非整体多年冻土。

又可根据冻土的地理分布，成土过程的差异和诊断特征，可分为冰沼土和冻漠土两个土类。

二、冻土的基本性质

(一)冻土强度

冻土强度是指冻土抵抗破坏的能力。其值为在一定受力状态和工作条件下，冻土所能承受的最大应力 。根据荷载作用时间，分为瞬时强度、短期强度和长期强度。根据受力状态分为抗剪强度、抗压强度、抗拉强度、冻结强度和抗切强度。

(二)冻土融化强度

冻土融化时抗压、抗剪强度显下降，尤其是含水量大的冻土，融化后的内聚力使冻土变成具有高压缩性和稀释的土体，这也是多年冻土地区地基融陷的原因。

(三)冻土流变性

在外荷载作用下，冻土中的应力和应变随时间变化的特性称为冻土的流变性。冻土流变性是冻土的重要性质。它包括三个方面：(1)外荷载为常量时，其变形随时间延长而继续发展的性能为蠕变;(2)当应变为常数时，其应力随时间延长继续衰减的性能为应力松弛;(3)冻土的强度随作用荷载的时间延长而逐渐降低。

(四)冻土的冻胀、冻胀量、冻胀率和冻胀力

土中水冻结时相变成冰，体积增大9%，当土中水体积膨胀足以引起土颗粒之间相对位移时就形成土的体积膨胀，称为土的冻胀。 土体在冻结过程中的冻胀变形量称为冻胀量。单位冻结深度的冻胀量，即冻胀量与冻结深度之比为冻胀率。

土的冻胀受到约束产生的力称为冻胀力。冻胀力大小与约束变形有关。按其作用在基础上的方向分，垂直冻结体面平行于基础侧面的冻胀力，称为切向冻胀力;垂直冻结体而且直接作用基础底面的冻胀力，为法向冻胀力;垂直作用于基础侧面的冻胀力为水平冻胀力。

(五)冻土的融化沉陷

融化沉陷是冻土融化时所含的冰转化为水引起的下沉现象。这是由于在冻土中冰化为水，使冻土产生体积收缩和孔隙少，并使土的强度降低，由于土的强度降低，常常起路基的不均匀的沉陷。决定冻土融化下沉的因是冻土的颗粒成份、含水特征、温度状况及荷载大等。

三、多年冻土引起的不良地质现象

由多年冻土引起的特殊工程地质问题，主要有融沉、冻胀和冰椎冻胀丘、融冻泥流、热融滑坍、热融湖塘、沼泽湿地、厚层地下冰等不地质现象。融沉是指多年冻土融化，使建存多年冻土区的建筑物地基变形和破坏，主要表现为路基下沉、路基向阳侧边坡和路肩开裂及下滑路堑边坡溜塌等。冻胀是土体冻结时产生的最重要的物理一力学过程是因为水由液体变成了固体，体积膨胀增大而产生的，表现为地表的不均匀升高变形。伴随土的冻胀，在建筑基础表面将作用冻胀力，从而产生冻胀变形，严重时将引起路基的破坏。

四、多年冻土路基的施工

(一)冻土地区路基施工

1.准备阶段

施工前应核查沿线冻土分布、类型、冻土上限冰层上限、地面水、地下水以及有关其它如热融湖(塘)、冰丘、冰椎等不良地质路基地段情况。施工必须严格遵循保护冻土的原则，使路基施工后仍处于热学稳定状态。路基原则上均采取路堤形式，尤其在厚冰发育地段，并尽可能避免零填或浅挖断面，以免造成重热融沉陷等病害，弱融沉或不融沉的多年冻土地区，路基施工可按融化原则进行。路基排水与加固除满足水力和土力条件外，还用考虑由于施工因素引起的热力变化，导致多年冻土层上层上限的下降。

2.填方路基

基底处理：如果原填方基底为含冰过多的细粒土，且地下冰层不厚可挖除并用渗水性土回填压实，再填路基;当基底为排水困难的低洼沼泽地段，基底部应设置毛细水隔离层低液限粘土最好，其厚度宜在路堤沉落后到高出原地面水面0.5m，当隔离层铺设完毕之后.在其上铺设反滤层(如砂砾、中砂)，若低洼沼泽地段生长有塔头草，可利用为保温层，另外多年冻土的施工最好提前进行，并颈加沉落度，使得在路面结构修筑之前路基沉降趋于稳定。

碾压：碾压时要控制含水量不能 超过最佳含水量2个百分点，成型后路床强度应符合设计要求，用不小于 20t的压路机 或等效碾 压机械碾压 2—4遍，确保无轮迹和弹软现象。排水：当路基位于多年冻土的富冰冻土，饱冰冻土或含土冰层地段 时，要采取保护原则即：保持路基及周围冻土处于冻结状态。排水沟、边沟距坡角应足够远，含冰量很大的冻土集中段，坡脚两侧不得出现积水。在少冰与多冰冻土地段，应避免施工时破坏土基热流平衡，排水沟与坡角距离应大于2m，对于沼泽温地地段不应小于8m，饱冰冻土及含土冰层 地段则不宜修筑排水沟和截水沟.宜在距坡脚 6m以外的地方修挡水堰，将两侧汇水挡在路基范围之外，减小 因流水带来的热融影响。侧向保护：对于填高不大的多年冻土，宜设置具有保温功能的护坡道和护脚，所用材料宜因地制宜，只要不影响排水和美观，沿线两侧 20m内厚地面植被应严加保护。

3.路堑路基

路堑路基施工所遵循原则与填方路基大致相同，但要额外注意以下几点：①对于地下水位较高，出现渗水情况的地段，要注意施工中及时设置防渗结构，减小渗水的出现，路堑坡顶避免设置截水沟或排水沟，宜修筑挡水堰，距坡脚的距离还应不于小6m。②土质边坡加固铺砌厚度均应满足保温层要求。如果采用草皮铺砌应水吁叠砌，错缝嵌紧，缝隙用粘土或草皮填塞严密，连成整体，草皮要及时铺填。③饱冰冻土、含土冰层等含水量很大的多年冻土路堑路段，为防止开挖后基底冻胀翻浆。可根据需要换填足够厚度的渗水性土，如中砂、砂砾。

结论：多年冻土地区修建铁路工程技术难度大，意义深远。本文进行了多年冻土地区的铁路施工技术研究：要在施工中严格按规范和设计图施工，严格执行环境保护措施。多年冻土地区施工有效工期短，多年冻土非常娇贵，稍有破坏后果很难设想，因此要快速施工，保护冻土上限不被改变是路基施工的关键。另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。冻土路基的稳定问题仍需要进一步进行研究和探讨

参考文献：

[1]张贵生，梁波.刘德仁 青藏铁路典型工点多年冻土力学特性研究[J].岩土工程界，2007,(04).

[2]陈方哗.基础工程[M].北京：人民交通出版社,2008,(07).

[3]关国生.冻土路基的施工工艺[J].散装水泥，2005,(02).

[4]商可.论多年冻土路基的施工[J].科技信息.2010,(18).

[5]杨佳玲.谈多年冻土路基施工方法[J].活力.2004,(08).