高寒地區(qū)多年凍土路基施工工法

前言高寒區(qū)多年凍土地區(qū)，由于路基的修建，改變了原有永凍土地質的水熱狀況，引起水熱的重分布，導致路基的融沉、塌陷、路面裂縫等病害，交通無法正常行駛或中斷交通，影響道路使用壽命。加漠公路漠河機場至北極村段A1合同段位于II區(qū)，年平均氣溫-4.4€，冬季最低氣溫-52.3C，屬于島狀多年凍土地區(qū)，最大凍深達11m,龍建路橋股份有限公司會同設計和科研單位在充分掌握當?shù)貧夂蚝投嗄陜鐾翑?shù)據(jù)規(guī)律基礎上，針對路堤、路塹以及填挖過度段三種路基斷面形式分別進行制定施工技術方案,經(jīng)實施推廣應用是成功的。該工法解決了高寒區(qū)多年凍土地區(qū)高等級公路路基病害技術難題,確保了路基的穩(wěn)定性。降低路基病害,節(jié)約工程造價,縮短建設工期,有廣泛的經(jīng)濟效益和社會效益。本工法經(jīng)科技查新國內未見相同報導,該工法經(jīng)黑龍江省交通運輸廳科技鑒定,處國內領先水平。工法特點2.1多年凍土區(qū)路塹塹頂加設擋水埝、U形防滲截水溝；基底及邊坡采用換填保溫材料；根據(jù)永凍土的地段工程地質、氣候條件和施工力量等情況合理安排各道施工工序,最大可能減少多年凍土的暴露時間,減少對凍土的人為擾動。.2多年凍土區(qū)路堤采用路基不同層間分別填筑不同粒徑級配填料,使同一粒徑水平的顆粒填筑在同一層,并把粗顆粒填料放臵于表層,保證路基結構穩(wěn)定基礎上,盡量增加粗顆粒層的孔隙度。同時在細粒填土中鋪設水平排水板；并在路堤邊坡外采用清表土及棄土設臵大于4m寬的護坡道。2.3多年凍土區(qū)填挖過度段采用保溫防滲結構，在整個過渡段鋪設保溫材料，并在路肩線以下設臵了復合土工膜防滲層。2.4本工法與“以橋代路”、“挖除凍土換填”、“碎石擠密樁”路基施工技術比較，節(jié)省工期，施工方法簡便，安全可靠、節(jié)能高效、保護環(huán)境，節(jié)約大量的施工建設成本。適用范圍本工法適用于高寒區(qū)多年凍土地區(qū)道路修建。工藝原理4.1多年凍土區(qū)路塹施工原則就是有效防止地表水或地下水對路塹邊坡及路基的侵害，充分利用凍土的強度，并保護好凍土不被融化，而發(fā)生熱融沉陷。多年凍土區(qū)路堤施工是對原始填料進行粒徑級配篩分組合，形成級配良好的細粒土層，減少水分滲透，和同一粒徑粗顆粒的碎石水平組合層，增大孔隙性。充分運用孔隙的隔熱作用，減少地表熱量向下傳遞。這樣在路堤結構中形成3種級配層，即粗、中、細顆粒級配層和水平排水板組成，3種級配層按照由細到粗從上往下填筑，從而阻止高溫下傳遞確保永凍土不被破壞。并在路堤邊坡外采用清表土及棄土設臵大于4m寬的護坡道，有效對路基地表以下凍土保護和減少水源對路基的侵害。填挖過度段是在路肩線以下，設臵了復合土工膜防滲層，復合土工膜防滲層的下部是工業(yè)保溫材料隔熱層。消除了原有凍土產(chǎn)生凍脹

和融沉的可能性。對凍土起到防滲、保溫作用。施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程圖5.1施工工藝流程圖操作要點多年凍土地區(qū)路堤施工操作要點1填土的篩分碎石結構性路堤，填土的粒徑將分為三種類型，分別是級配碎石、中礫土、細粒粉質粘土，從細到粗順序進行篩分，并對細粒土檢測含水量，確保細粒土填筑的初始含水量。

2細粒土填筑工藝進行篩分后細粒級配層填土是一種級配良好的填土，有利于填土的密實。通過室內擊實試驗確定最佳含水量和最大干密度，細粒級配層填土的填筑高度不小于80cm,分層攤鋪，每層鋪土厚度為25cm左右，每層進行夯擊，根據(jù)最佳含水量和容重進行檢測，符合要求為之。水平排水板的鋪埋對于塑料排水板在水平向排水作用的影響半徑，可以參照垂直塑料板排水法的等效直徑進行設計。在軟土工程中塑料板排水法按砂井地基的設計理論進行排水板地基的設計，將排水板換算為等效直徑的圓形砂井進行計算，該等效圓形砂井的直徑稱為塑料排水板的等效直徑。通常，排水板等效直徑dw的換算式為,a,a+b

d=a w25.2.1.1)其中：a為排水板等效直徑的換算系數(shù)；a,b分別為排水板的寬度和厚度。水平排水板施工工藝要點：1） 平整基底第一層,細粒級配層填土。2） 鋪放水平排水板。3） 在水平排水板上鋪土壓實：在水平排水板上按規(guī)定層厚鋪土施工機械設備與水平排水版的填土厚度最少為15cm;填土時防止水平排水版移動；控制填料含水量為最佳含水量Wop±2%，壓實度不小于路基壓實質量標準檢測要求。粗粒土（碎石）的層鋪和碾壓為了確保碎石嵌擠密實，施工中對攤鋪工藝做了改進。粗粒土填筑分兩次攤鋪，每次攤鋪厚度根據(jù)壓實設備的能力控制在25cm-40cm,通過檢測，確定最佳碾壓標準。利用清表土及棄土在路堤外側設臵大于4m寬的護坡道，護坡道的施工等同一般地區(qū)的路基施工方法，分層碾壓，每層壓實度檢測遵照設計要求。確保大氣地表溫度不影響路基范圍內地下溫度。多年凍土區(qū)路塹施工操作要點首先施工塹頂擋水埝、U形防滲截水溝等防排水設施。按環(huán)保要求，將地表草皮進行養(yǎng)護（等待移植），機械開挖表層季節(jié)融化層。1554>洶槽>I.(Jm凍融界血線il冰板1554>洶槽>I.(Jm凍融界血線il冰板碗iiii機地仙線圖5.2.2.1擋水捻結構形式圖曼合匚膜“IT型構件砂墊曼合匚膜“IT型構件砂墊M10cm地Hii線圖5.2.2.2U型防滲截水溝結構形式圖多年凍土路塹選擇在寒季10、11月開挖，基底及邊坡?lián)Q填在第二年寒暖交替的4、5月份進行。寒季10、11月份氣溫較低，空氣含氧量尚不是最低，避開了作業(yè)人員和機械最難適應的嚴冬季節(jié)；路塹開挖后，經(jīng)過一個寒季外露凍結，將人為開挖活動所造成的熱量積蓄降低到最小程度?；?、邊坡?lián)Q填施工必須在第二年春融前的4、5月份完成；一方面是因為此時施工雖然平均氣溫較低，但白天氣溫為正溫，頭年儲備的換填料在夯填碾壓時不會被凍結，能保證換填施工質量；另一方面，在春融前完工可避免進入暖季后凍土發(fā)生熱融沉陷。路塹邊坡采用預裂爆破，根據(jù)少超不欠的原則進行布孔，各層盡量做到一次成型，最大限度地縮短補欠挖時間，以減少熱融影響。多年凍土區(qū)填挖過度段施工操作要點多年凍土地區(qū)填挖過渡段的推薦結構主要采用了換填角礫土并且鋪筑聚苯乙烯板的設臵形式，在挖方段，在路基U形截水溝的兩側各設臵2m寬的護道，在塹頂各設臵6m寬的護道。在過渡段采取了開挖換填角礫填料的辦法，挖除原有地基內多年凍土，防止凍土融化發(fā)生沉降，換填厚度到達凍土上限以下。在挖方段，換填厚度達到最小凍土厚度，其中最下層為40cm厚的中粗砂墊層；換填寬度比設計寬度每側各寬2m左右，換填寬出2m部分路基表面采用清表土及廢方覆蓋做護坡道保溫處理；在過渡段的換填范圍內，在路肩線以下設臵了復合土工膜防滲層。復合土工膜防滲層的下部是工業(yè)保溫材料隔熱層。即在路基表面下0.8m處設臵厚度為0.1m的聚苯乙烯板，以保護換填范圍以下的凍土。在保溫材料的上下各設臵0.2m厚的中粗砂墊層，可以起到保護隔熱層的作用。材料與設備材料6.1.1塑料排水板的結構形式是槽型的，外形為100mmx60mm,縱向通水量65cm3/s，濾膜濕態(tài)抗拉強度4.4N/mm。6.1.2復合土工膜分為一布一膜和兩布一膜，寬幅4m-6m，重量為200g/m2-1500g/m2，抗拉、抗撕裂、頂破等物理力學性能指標高，具有強度高，延伸性能較好，變形模量大，耐酸堿、抗腐蝕，耐老化，防滲性能好等特點。聚苯乙烯板又名泡沫板、EPS板是由含有揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒，經(jīng)加熱預發(fā)后在模具中加熱成型的白色物體，其有微細閉孔的結構特點，每立方米質量重12kg，尺寸是60cmx120cmx3cm。6.1.4鋼塑復合土工格柵由高強度鋼絲通過高密度聚乙烯包裹成高強度條帶，按平面經(jīng)緯成直角，經(jīng)超聲波焊接成型的土工合成材料根據(jù)工程需要來用不同網(wǎng)孔直徑及鋼絲根數(shù)來改變筋帶的拉力大小。機具設備表6.2-1機具設備表序號設備名稱設備型號單位數(shù)量備注1挖掘機PC200臺32推土機SD16臺13平地機PY180臺14振動壓路機20T臺25膠輪壓路機9-16T臺16土方運輸車15T臺207水車8T臺77質量控制工程質量控制標準7.1.1《公路路基施工技術規(guī)范》(JTGF10-2006)《公路路基設計規(guī)范》(JTGD30-2004)《工程測量規(guī)范》(GB50026-93)《公路路基沖擊碾壓技術指南》工程質量控制標準塑料排水板施工質量應符合表7.2.1-1規(guī)定

表7.2.1-1塑料排水板施工質量標準序號檢查項目允許偏差檢查方法和頻率1板距（mm）±150抽查3%2板長不小于設計值抽查3%3豎直度（％）1.5查施工記錄7.2.2路基壓實度應符合表7.2.2-1。表7.2.2-1路基壓實度標準填挖類型路床頂面以下深度（m）一級路壓實度（%）填方路基0-0.8>960.8-1.5>94>1.5>93零填及0-0.3—挖方路基0-0.8>967.2.3碾壓密實標準。在蛙式夯擊機碾壓數(shù)遍后，由觀測點測得的每遍碾壓后的沉降量如果為零，達到規(guī)范要求的“不再下沉”，即可認為路堤是密實的；確定最佳碾壓遍數(shù)。如果振動碾壓中，連續(xù)三遍的沉降量均為零，此時的碾壓遍數(shù)即為最佳碾壓遍數(shù)。7.3質量保證措施7.3.1施工過程中，應采取措施保持路基及周圍凍土處于凍結狀態(tài)。7.3.2集中設臵取土場，取土位臵宜在不破壞路基兩側風景，路線以外不可視的范圍以外。7.3.3采用粘性土或透水性不良土填筑路堤時，應控制土的含水量，碾壓時含水量控制在最佳含水量±2%范圍內。7.3.4應根據(jù)設計要求采用土工格柵等技術措施，增加路基整體性和強度。7.3.5地下水發(fā)育地段，路基邊溝應有防滲措施。擋水堰等構造物施工應按設計要求采取加固措施。7.3.6加固土質邊坡的換填保溫材料和砌石鋪砌厚度應滿足保溫設計要求。7.3.7路塹及路堤兩側設置大于4m寬護坡道嚴格進行施工，施工也采用分層碾壓，層層進行壓實度檢測，壓實度檢測同路基壓實度檢測標準，使其達到防護和保溫要求。7.3.8工業(yè)隔熱保溫板（聚苯乙烯板）的鋪設注意接縫搭接，盡量在施工中注意減少對工業(yè)隔熱保溫板材料的破損，使其發(fā)揮最大的隔熱作用。7.3.9復合土工膜的鋪設，應在施工中注意它的平整，防止在施工中出現(xiàn)折疊，起到很好的防滲作用。安全措施8.1認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據(jù)《建設工程安全生產(chǎn)管理條例》等國家有關規(guī)定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員的安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡，執(zhí)行安全生產(chǎn)責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產(chǎn)。8.2施工現(xiàn)場按安全施工要求進行布臵，并完善布臵各種安全標識。8.3施工人員必須接受安全教育，熟知并遵守本工種和各項安全技術操作規(guī)程，車輛及機械駕駛等特殊工種人員，應經(jīng)專業(yè)培訓持證上崗。8.4重要的安全設施必須執(zhí)行與主體工程“三同時”的原則，即同時設計、審批，同時施工，同時使用。8.5建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業(yè)的安全檢查，確保作業(yè)標準化、規(guī)范化。環(huán)保措施9.1成立對應的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守《中華人民共和國環(huán)境保護法》和地方政府下發(fā)的有關環(huán)境保護的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強對施工燃油、工程材料、設備、生產(chǎn)生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火劑廢棄物處理的規(guī)章制度，做好交通環(huán)境疏導，充分滿足便民要求，隨時接受相關單位的監(jiān)督檢查。9.2將施工場地和作業(yè)限制在工程建設允許的范圍內，合理布臵，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。9.3在施工期間始終保持工地的良好排水狀態(tài)，修建一些臨時排水渠道，并與永久性排水設施相連接，且不得引起淤積和沖刷。9.4施工期間盡量保護公路用地范圍之外的現(xiàn)有綠色植被，除了不可避免的工程占地，砍伐以外，不再發(fā)生其它形式的認為破壞。9.5妥善處理廢方及施工區(qū)和生活區(qū)及其附近的施工廢棄物，重視棄土堆的復墾、綠化，或整平成為耕地。清除按批準的環(huán)境保護措施計劃進行植被或土地的有效恢復。9.6由于加漠公路該地區(qū)是北極村的所在地，是我國的重要旅游避暑圣地，最大可能減少環(huán)境污染以及保護生態(tài)環(huán)境的平衡。資源節(jié)約用本施工方法相對于“以橋代路”、“挖除凍土換填”以及“碎石擠密樁”復合地基施工，節(jié)省大量的路用材料，如鋼筋、碎石、水泥、中（粗）砂、級配砂礫等，節(jié)約能源，對環(huán)保具有深遠意義。效益分析11.1經(jīng)濟效益本工法實施節(jié)約了工期，大幅度降低了施工建設成本，施工建設成本最少可降低30%。取得了較好的經(jīng)濟效益。11.2社會效益采用本工法有效的解決了永凍土的保護，提高多年凍土區(qū)路基的整體穩(wěn)定性，減少了大修次數(shù)，運營成本降低，延長公路的使用壽命。社會效益顯著。應用實例應用實例一哈伊公路綏化至伊春段第4合同段，路基寬度24.5m,開工日期為2006年5月，竣工日期2009年10月。在K79+245-K79+410段為填挖過度段。屬島狀多年凍土，最大凍深達10m,在此段路基施工中采用了本工法，提高了施工速度，降低施工成本，通車至今一年半時間，路基的病害至今未發(fā)現(xiàn)，路基整體穩(wěn)定，取得較大的社會效益。應用實例二加漠公路漠河機場至北極村段第A1合同段位于II區(qū)，年平均氣溫-4.4€，年平均低溫在-0.5€--1.5€之間，冬季最低極端氣溫達-51€,屬于島狀多年凍土地區(qū)。路基寬度為21.5m。開工日期為2007年5月，2009年10月通車。K4+82-K5+390、K8+675-K9+120、K15+030-K15+250為挖方段以及填挖過渡段，首先施工塹頂擋水埝、U形防滲截水溝等防排水設施，全部清除凍土至弱融沉層，鋪設鋼塑復合土工格柵，回填碎石土達到設計標高，并對邊坡進行保溫，在達到路基穩(wěn)定的同時可以有效的保護了多年凍土。在過渡段的換填范圍內，并在路肩線以下設臵了復合土工膜防滲層。復合土工膜防滲層的下部是工業(yè)保溫材料隔熱層。即在路基表面下0.8m處設臵厚度為0.1m的聚苯乙烯板，以保護換填范圍以下的凍土。在保溫材料的上下各設置0.2m厚的中粗砂墊層，可以起到保護隔熱層的作用。在K6+130-K9+120、K12+425-K13+285填方段，先對地面進行碾壓，鋪設一層鋼塑復合土工格柵，然后填筑50cm土方，再鋪設一層鋼塑復合土工格柵，鋪設水平排水板，進行上層結構的鋪設，雙側設置護坡道，在整個施工過程中沒有對多年凍土的擾動，并且保證了路基結構的穩(wěn)定性。自2009年10月通車至今未發(fā)生路基常見病害，路基整體穩(wěn)定性良好。通過該工法