铁路高原冻土沼泽湿地路基施工综合技术及应用

铁路高原冻土沼泽湿地路基施工综合技术及应用

邓圳

51132419870605003X

四川省成都市 610000

摘要：在高原地铁路建设工程中，冻土区沼泽湿地是较为常见的，在这一区域的施工难度较大，需要施工人员提前进行调查、试验测量，应用合理的施工技术，才能克服复杂地质环境对铁路路基稳定性造成的影响。本文以某铁路工程为例，围绕该工程的路基施工综合技术应用展开分析，以供参考。

关键词：铁路高原；冻土；沼泽湿地；路基施工

引言：近年来，随着我国铁路事业的发展，在高原冻土区陆续开发了许多新项目。但铁路工程施工受冻土、沼泽湿地的影响较大，铁路路基施工难度较大，采用怎样的施工技术克服复杂地质条件，是各施工单位要重点考虑的问题。高原冻土沼泽湿地区域，环境因素对工程施工的影响较大，会导致铁路建设投资增加，对施工技术的要求更加严格，只有在路基施工中处理好高原冻土、沼泽湿地的问题，才能保证铁路工程后续施工的顺利开展。

一、工程概况

某铁路工程建设于高原地区，行车速度为250km/h，铁路沿线多次经过沼泽湿地区域，与当地多年冻土路段结合。本工程调查发现，沼泽湿地路段的地基稳定性较差，路基施工难度较大，如果不注重对特殊地基的处理，可能导致铁路后期面临各种病害问题，影响铁路的正常运营。

工程沿线地表水系发达、河流纵横，补给来源主要为大气降水和泉水，区域内影响地下水形成和分布的因素复杂，但多年冻土层是众多因素中的主要因素。部分冻土沼泽湿地常年积水，地表有明显积水区域，水面上水草等植物厚度较大，植被覆盖率较大。部分冻土沼泽湿地为季节性积水，且许多路段位于山区斜坡，表面坑洼严重，低洼处有积水痕迹但基本干涸。

二、铁路高原冻土沼泽湿地路基施工的技术要点

（一）选择合适的施工季节

本工程所在地为高海拔的高原冻土区，全年气温较低，冬季雨雪较多，每年有效施工时间只有半年左右，施工季节选择在春季、夏季和秋季。其中夏季施工效率最高，最容易控制工程质量，但因为路基填料的温度较高，填料中贮存了大量热量，不利于保护多年冻土；春季和秋季施工条件较差，施工效率较低，路基填料容易冻结，难以控制路基压实质量，但路基填料和环境温度较低，能保护多年冻土。根据上述分析可知，施工季节对高原冻土沼泽湿地内部温度场的影响较大，可以选择在温度略低的秋季进行施工。

（二）根据沼泽湿地类型选择路基处理方式

工程区域内的沼泽湿地有无积水和少积水几种，沼泽湿地下多数为多冰或少冰的冻土。在路基填筑施工中，不开挖草皮直接填筑砂砾的方式需要进行重型碾压，直到路基沉降稳定[1]。工程区域内，沼泽湿地内积水较多的，下方一般为富冰冻土、饱和冻土或者含草冻土，草皮发育的湿地，地表下腐殖质较厚，工程性质较差，含水量较高。在路基填筑施工中，可以不对草皮进行开挖，直接填筑片块石，保持一定填筑厚度，避免发生冒泥、翻浆的问题，部分路段可能出现施工机械沉陷的问题，阻碍正常施工。填筑片块石采用冲击碾压或重型碾压挤除淤泥，待沉降稳定后再分层填筑砂砾，随后对路基实施重型碾压，两侧超宽填筑1m。

（三）路基填料选择与路基压实

路基施工过程中，施工单位对所选路基填料要预先做好试验，不能将草皮、冻土、腐殖土等作为路基的填料。施工单位要考虑路基填料的冻胀敏感性，不能使用塑性指数大于12和液限大于32的细粒土，路基填料中粉黏粒含量不能超过12%，尽量多采用碎石土、卵石土等粗颗粒土。由于毛细水会影响路基的稳定性，在路基底部需要填筑一层粗颗粒土，有效隔绝毛细水上升的通道。在路基压实的过程中，施工单位要提前修筑试验路段，确定与压实相关的参数，如含水量、碾压厚度、碾压速度、松铺厚度等。

（四）设置路基排水设施

本工程中，冻土区的沼泽湿地有着比较丰富的水资源，地表湿度较大，部分沼泽湿地存在明显积水，因此处理路基时要重点处理好水分来源。在路基地形一侧较高，或者一侧的山坡汇水面积较大时，路基周围就会有大量积水产生，长时间水对路基造成侵蚀，会导致铁路路基被冲毁。为了减少路基中渗入的水，可以在路基一侧的适当位置设置挡水埝。施工单位要严格控制好挡水埝的顶部宽度和高度，控制好挡水埝的边坡率。挡土埝下部可以开槽到多年冻土上限下的0.5m左右，埋设防水板同时将其深入挡水埝内部，通过这种方式隔绝挡水埝外地表水和冻土层上水可能造成的路基破坏问题，在有效防止水渗透的条件下，为提高高原冻土沼泽湿地区域铁路路基的稳定性创造良好条件，为铁路后续施工以及铁路稳定运行提供保障。

三、铁路高原冻土沼泽湿地路基处理施工

（一）含土冰层冻土段

路基施工过程中，如果不考虑路基高度的影响，一般可以对含土冰层冻土路段，采用热棒路基处理方式。铁路施工过程中，在面对冻土区域时，可以采用重型压路机对地基进行反复碾压，在这一环节可以不清理草皮；在遇到有水草的湿地沼泽时，可以根据路基露出高度，填筑一定量的石渣后再进行碾压，直至填料碾压下沉稳定后停止施工，保证填筑高度符合设计要求，施工时要在上方设置土工格栅

[2]；非水草沼泽区的施工中，碾压石渣的厚度尽量保持在30cm左右，在经过上述各项操作后路基基本成型，在路基两侧设置11m热棒，要求外露部分超过3m，剩余部分都采用深埋的方式，按照一定间距采用交错的方式来设置。

（二）少冰冻土段

施工单位可以根据路基填筑的高度要求，采取合适的施工手段。路段如果属于无水草湿地沼泽，冲击碾压工序要达到地面30cm，路段长度不超过1.8m的采用加强冲击碾压的方式，或者在基底采用局部换填的方式加固路基；对有水草沼泽的路段，可以换填80cm厚砂砾石，通过水草沼泽时换填50cm砂砾，使用重型压力机将换填的砂砾石压入地下，冲击碾压时可以不用清除草皮，换填和冲击碾压后，上部要填筑30cm左右的厚土渣，周边设置塑钢土工格栅。

（三）富冰冻土段

富冰冻土段的路基施工中，路基高度在2.5~2.8m之间的需要填筑的片石厚度应达到0.9~1.2m；饱和冰冻土路段对2.5m~3.1m的路基高度，片石填筑厚度要维持在0.9~1.5m左右。路基超过3.1m，填筑片石应达到1.5m厚度，如果片石中的石渣粒径较大，需要先填筑10cm厚的砂砾调平层，随后用粗颗粒土和砂砾土填筑，填筑时要控制好粗粒土和砂砾土中的粉土含量。低于2.5m的路基，可以采用基底局部换填或者加强冲击碾压的方式进行处理，对经过水草沼泽的区域，要换填一定厚度的厚砂砾；不经过水草沼泽的路段，填筑砂砾的厚度可以适当减小，随后再填筑厚石渣。

（四）浅挖、路堑冻土段

此路段在施工时，可以采用超挖换填的处理方式。开挖深度不能低于80cm，开挖后及时设置隔水设置，通常采用隔水土工布进行隔水，除了路面结构层外，其余的可以采用砂砾石换填。

（五）陡坡冻土段

陡坡冻土段可以采取台阶式逐级填筑的施工方式，台阶的挖掘需要从边坡交界处和地面线之间开始，要控制好每一层台阶的宽度，形成一定倾斜度数的斜坡，并采用砂砾、石渣等进行填筑。

（六）多年冻土段地表处理

铁路路基施工中，在施工路段路基高度与设计高度相符时，可以不用清除地基表面，直接可以在地基上施工。在路基高度不符合设计要求的情况下，要先完成对地基的清理后才能开展填筑施工，填筑要达到地面下的一定距离，具体深度要根据工程情况决定。

四、高原冻土沼泽湿地典型试验路段现场铺筑施工

本工程在路基施工前，选择一段能完整反映高原冻土沼泽湿地特征的路段，以确定最佳施工机械组合方式，控制压路机械碾压速度、碾压次数，确定科学的填料松铺厚度和松铺系数，为后期路基施工提供指导。

（一）试验路段选择

试验路段长度为220m，路段地质为冻土区沼泽湿地，地表积水较多，地基承载力较弱，属于复杂地质条件[3]。试验路段的沼泽湿地类型有富冰和饱和冰冻土段、草皮沼泽、积水沼泽等，采用片石块对基底进行处理，用砂砾料进行填筑。

（二）测量放样

在试验路段采用全站仪，每间隔20m放出路线中桩，用油气明确标注里程桩号，对纵断面和横断面高层进行测定，计算各桩号的路基填筑宽度；采用石灰放出路基边坡坡脚线。

（三）临时排水

施工前做临时排水工作，保证试验路段地表径流的畅通性。施工人员要提前清理后施工场地内的杂物、垃圾，将石、土等清运至就近弃土场，避免随意堆放影响地表径流的畅通性。

（四）路基填筑

填筑路基前，试验路段地表的草表采用不开挖的方式，结合片石填筑厚度和运输车辆的体积计算布土距离，使用石灰标注方格网。自卸式汽车将片石运输至施工现场进行铺筑施工，从一段开始铺筑，左右成排、前后成行，按照填筑计算方案面层开始倾倒填料。

（五）机械摊平

每层天票铺筑宽度需要超过路基两侧设计宽度1m，确保在碾压路堤边缘时可以达到标准的压实度。测量人员及时检查填筑厚度，严格控制填料的厚度；使用推土机进行初次平整，整平时从道路两层向中间推进，进行往返平整，机械整平不达标时采用人工整平的方式，直至路基满足工程设计要求。

（六）路基压实和检测

采用重型碾压的方式处理片块石，试验路段拟检测沉降量<3mm为填筑沉降稳定，沉降稳定后采取分层填筑砂砾的方式进行重型碾压，两层超宽填筑1.0m。片块石碾压速度遵循从慢到快的原则，最大时速≦3km/h，碾压时从两侧向中间碾压。采用25T振动压力机先进行一次静压，随后开启振动压碾压4次，再使用压路机强振压实1次、静压1次；采用水准仪对试验路段的碾压沉降量进行记录，碾压片块石时做好记录，记录结果见表1。

表1 片块石碾压次数和沉降量

摊铺砂砾层时，摊铺厚度控制在40cm左右，进料前设置网格，按自卸车装料量计算每车的卸料距离，完成卸料后用推土机推平，平地机精平，人工整平。碾压前检查松铺厚度和平整度，在符合要求后开展试压工作。砂砾碾压中，不同碾压次数对应的压实度见表2[4]。

表2 砂砾碾压次数和压实度

从试验路段的路基压实和检测可以得出结论，高原冻土沼泽湿地的路基施工中，采用片块石填筑时，片块石填筑厚度为50cm，碾压沉降小于3mm为片块石沉降稳定，最佳碾压次数为7次。片块石上方砂砾的松铺厚度不超过43cm，松铺系数为1.2，最佳碾压次数为5次。片块石和填料的碾压，要按照从两边倒中间的顺序，要尽量保证车辆的轮迹有1/3以上的重叠，对无法碾压的区域可以采用小型机械进行夯实，只有这样才能保证路基的压实度。

五、铁路冻土沼泽湿地路基施工综合技术应用

（一）施工前准备

本工程中，正式施工前要做好施工准备工作，测量放出路线中桩、边坡脚线，用石灰设置施工边界线。施工前，要根据片块石、砂砾层填筑与摊铺等施工需求，预先准备相应的施工机械，根据不同路段冻土层的特点、冻土层与沼泽湿地类型、冻土层厚度等，确定各路段的施工方案，做好详细的施工方案规划，选择合适的施工技术手段。施工前，施工单位要根据冻土沼泽湿地路基施工要求，做好清表、排水等工作。本工程各施工路段地质条件复杂，地表径流较多，部分路段位于山前斜坡和低洼地带，多数沼泽湿地为积水沼泽，冻土层以富冰冻土和饱和冻土为主，因此要预先在路基两侧的填筑边界线外设置10m以上的挡水埝[5]，随后清理区域内的碎石、肥料、垃圾，避免阻碍地表径流。

（二）路基分层填筑

将总路段划分为若干200~300m的施工单元，路基填筑时采用横断面全宽水平分层填筑，对缺少施工条件的作业单元选用半幅施工工艺。施工前，先在路基两侧设置短钢筋，短钢筋采用插立的形式，短钢筋间距为20m，使用带线标志旗连接，挂线以控制填料摊铺的厚度，避免厚度不达标影响工程进度。路基基底部清除草皮，结合现场湿地沼泽的类型、积水情况、草皮发育情况，采用片块石完成基底批注，或者直接采用砂砾填筑。先将填料运输至对应作业单元，根据填料虚铺厚度、推土间距等有针对性卸料，采用纵向卸料的形式，由挖掘机和推土机相互配合，一边填筑一边推进。为了保证路堤边缘的压实度，基底填筑宽度要超过标准宽度1m。车辆与施工机械只能在填筑完成的路基上运行，不能在路基外部的草皮或原地面行走，避免对草皮造成破坏，或者导致工程机械陷入湿地沼泽。

（三）路基整平

施工单位完成卸料后，使用推土机对路基进行初平。初平时按照挂线高度找平，从两边向中间将路基整平；无法通过机械整平的区域，需要转换为人工整平的方式。施工单位在整平路基表面后，要安排专业人员检查路基，观察路基表面是否存在凹凸点，路基厚度是否均匀，对不合理的地方要重新填筑、整平，采用人工修复方式进行处理。施工单位在平整路基后，需要在路基两侧设置4%的横向排水路拱。

（四）路基碾压夯实

施工单位分别采用振动压路机和冲压压路机，对路基分别进行重型碾压和冲击碾压，按照试验路段得出的结果确定碾压次数、速度，结合各作业单元冻土湿地沼泽的特点，灵活选择机械组合方式，保证碾压后路基填料厚度、含水量符合工程设计标准。碾压施工过程中，施工人员操作压路机沿着路线采用纵向进退式的方式进行碾压，直线段先碾压两侧后碾压中间，曲线段从内侧向外侧碾压[6]。碾压时要按照先静压后振动压、先慢速后快速的顺序，控制好碾压时的振动强度。施工单位要严格控制好两种压路机的行驶速度，并在冲击碾压完成后使用平地机对路基进行精平。

结语：综上所述，本文简要介绍了铁路高原冻土沼泽湿地的路基施工综合技术应用要点。本文认为在高原铁路冻土沼泽湿地的路基施工前，施工单位要确定好路基施工的季节，结合沼泽湿地和冻土类型，选择合适的路基处理方式，注重做好排水工作。施工单位要调查工程区域内的沼泽湿地情况和冻土情况，在划分作业单元后确定各单元内的路基施工要点。正式施工前，施工单位可以选择一个典型路段，在该路段进行施工试验，结合工程设计要求确定路基填筑、摊铺、平整、碾压等最佳施工工序，选择最佳机械组合方式、最佳碾压次数等，并将试验结果作为路基施工与检测的参考依据，为后期进行规范化施工提供指导，保证路基质量能满足工程设计要求。

参考文献

[1]彭惠,魏尧,袁堃,崔福庆.多年冻土公路路基水分迁移规律与成灾机制研究[J].公路交通科技,2023,40(03):42-50.

[2]尹玉哲.多年冻土区域沼泽湿地特性及路基施工技术[J].交通世界,2023,(07):81-83.

[3]刘婷婷.吉林省敦化地区沼泽草炭土冻胀融沉特性研究[D].吉林大学,2022.

[4]韩良庆.高寒高海拔多年冻土沼泽湿地路基施工关键技术研究[D].长安大学,2021.

[5]程芦东.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[J].工程技术研究,2021,6(06):36-37.

[6]侯小军,韩良庆,苗超.施工季节对高寒冻土沼泽湿地路基热稳定性的影响[J].交通科技,2021,(01):71-75.