高寒地区多年冻土路基施工工法

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1、1 前言高寒区多年冻土地区，由于路基的修建，改变了原有永冻土地质 的水热状况，引起水热的重分布，导致路基的融沉、塌陷、路面裂缝 等病害，交通无法正常行驶或中断交通，影响道路使用寿命。加漠公路漠河机场至北极村段A1合同段位于II区，年平均气温 -4.4，冬季最低气温-52.3C，属于岛状多年冻土地区，最大冻深 达11m,龙建路桥股份有限公司会同设计和科研单位在充分掌握当地 气候和多年冻土数据规律基础上，针对路堤、路堑以及填挖过度段三 种路基断面形式分别进行制定施工技术方案,经实施推广应用是成功 的。该工法解决了高寒区多年冻土地区高等级公路路基病害技术难 题,确保了路基的稳定性。降低路基病害,节约

2、工程造价,缩短建设 工期,有广泛的经济效益和社会效益。本工法经科技查新国内未见相 同报导,该工法经黑龙江省交通运输厅科技鉴定,处国内领先水平。2 工法特点2.1多年冻土区路堑堑顶加设挡水埝、U形防渗截水沟；基底及 边坡采用换填保温材料；根据永冻土的地段工程地质、气候条件和施 工力量等情况合理安排各道施工工序,最大可能减少多年冻土的暴露 时间,减少对冻土的人为扰动。2 . 2多年冻土区路堤采用路基不同层间分别填筑不同粒径级配填 料,使同一粒径水平的颗粒填筑在同一层,并把粗颗粒填料放臵于表 层,保证路基结构稳定基础上,尽量增加粗颗粒层的孔隙度。同时在 细粒填土中铺设水平排水板；并在路堤边坡外采用清

3、表土及弃土设臵 大于4m宽的护坡道。2.3 多年冻土区填挖过度段采用保温防渗结构，在整个过渡段铺 设保温材料，并在路肩线以下设臵了复合土工膜防渗层。2.4 本工法与“以桥代路”、“挖除冻土换填”、“碎石挤密桩”路 基施工技术比较，节省工期，施工方法简便，安全可靠、节能高效、 保护环境，节约大量的施工建设成本。3 适用范围本工法适用于高寒区多年冻土地区道路修建。4 工艺原理4 .1多年冻土区路堑施工原则就是有效防止地表水或地下水对路 堑边坡及路基的侵害，充分利用冻土的强度，并保护好冻土不被融化， 而发生热融沉陷。4.2 多年冻土区路堤施工是对原始填料进行粒径级配筛分组合， 形成级配良好的细粒土层

4、，减少水分渗透，和同一粒径粗颗粒的碎石 水平组合层，增大孔隙性。充分运用孔隙的隔热作用，减少地表热量 向下传递。这样在路堤结构中形成3 种级配层，即粗、中、细颗粒级 配层和水平排水板组成，3 种级配层按照由细到粗从上往下填筑，从 而阻止高温下传递确保永冻土不被破坏。并在路堤边坡外采用清表土 及弃土设臵大于 4m 宽的护坡道，有效对路基地表以下冻土保护和减 少水源对路基的侵害。填挖过度段是在路肩线以下，设臵了复合土工膜防渗层，复合土 工膜防渗层的下部是工业保温材料隔热层。消除了原有冻土产生冻胀和融沉的可能性。对冻土起到防渗、保温作用。5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程图 5.1 施工工艺

5、流程图5.2 操作要点5.2.1 多年冻土地区路堤施工操作要点1 填土的筛分碎石结构性路堤，填土的粒径将分为三种类型，分别是级配碎石、 中砾土、细粒粉质粘土，从细到粗顺序进行筛分，并对细粒土检测含 水量，确保细粒土填筑的初始含水量。2 细粒土填筑工艺进行筛分后细粒级配层填土是一种级配良好的填土，有利于填土 的密实。通过室内击实试验确定最佳含水量和最大干密度，细粒级配 层填土的填筑高度不小于80cm,分层摊铺，每层铺土厚度为25cm左 右，每层进行夯击，根据最佳含水量和容重进行检测，符合要求为之。3 水平排水板的铺埋对于塑料排水板在水平向排水作用的影响半径，可以参照垂直塑 料板排水法的等效直径进

6、行设计。在软土工程中塑料板排水法按砂井 地基的设计理论进行排水板地基的设计，将排水板换算为等效直径的 圆形砂井进行计算，该等效圆形砂井的直径称为塑料排水板的等效直 径。通常，排水板等效直径dw的换算式为, a+bd =aw25.2.1.1)其中：a为排水板等效直径的换算系数；a, b分别为排水板的 宽度和厚度。水平排水板施工工艺要点：1）平整基底第一层,细粒级配层填土。2）铺放水平排水板。3）在水平排水板上铺土压实：在水平排水板上按规定层厚铺土 施工机械设备与水平排水版的填土厚度最少为15cm;填土时防止水 平排水版移动；控制填料含水量为最佳含水量Wop 2%，压实度不小 于路基压实质量标准检

7、测要求。4 粗粒土（碎石）的层铺和碾压为了确保碎石嵌挤密实，施工中对摊铺工艺做了改进。粗粒土填筑分两次摊铺，每次摊铺厚度根据压实设备的能力控制在25cm-40cm, 通过检测，确定最佳碾压标准。5 利用清表土及弃土在路堤外侧设臵大于 4m 宽的护坡道，护坡 道的施工等同一般地区的路基施工方法，分层碾压，每层压实度检测 遵照设计要求。确保大气地表温度不影响路基范围内地下温度。5.2.2 多年冻土区路堑施工操作要点首先施工堑顶挡水埝、U形防渗截水沟等防排水设施。按环保要求，将地表草皮进行养护（等待移植），机械开挖表层季节融化层。1554洶槽I .(J m冻融界血线il冰板碗iiii机地仙线图 5.

8、2.2.1 挡水捻结构形式图曼合匚膜“IT型构件砂垫M 10 cm地Hii线图 5.2.2.2 U 型防渗截水沟结构形式图多年冻土路堑选择在寒季 10、11 月开挖，基底及边坡换填在第 二年寒暖交替的 4、5 月份进行。寒季10、11 月份气温较低，空气含 氧量尚不是最低，避开了作业人员和机械最难适应的严冬季节；路堑 开挖后，经过一个寒季外露冻结，将人为开挖活动所造成的热量积蓄 降低到最小程度。基底、边坡换填施工必须在第二年春融前的 4、5 月份完成；一方面是因为此时施工虽然平均气温较低，但白天气温为 正温，头年储备的换填料在夯填碾压时不会被冻结，能保证换填施工 质量；另一方面，在春融前完工可

9、避免进入暖季后冻土发生热融沉陷。路堑边坡采用预裂爆破，根据少超不欠的原则进行布孔，各层尽 量做到一次成型，最大限度地缩短补欠挖时间，以减少热融影响。5.2.3 多年冻土区填挖过度段施工操作要点多年冻土地区填挖过渡段的推荐结构主要采用了换填角砾土并 且铺筑聚苯乙烯板的设臵形式，在挖方段，在路基 U 形截水沟的两侧 各设置2m宽的护道，在堑顶各设置6m宽的护道。在过渡段采取了开 挖换填角砾填料的办法，挖除原有地基内多年冻土，防止冻土融化发 生沉降，换填厚度到达冻土上限以下。在挖方段，换填厚度达到最小 冻土厚度，其中最下层为 40cm 厚的中粗砂垫层；换填宽度比设计宽 度每侧各宽2m左右，换填宽出2

10、m部分路基表面采用清表土及废方覆 盖做护坡道保温处理；在过渡段的换填范围内，在路肩线以下设置了 复合土工膜防渗层。复合土工膜防渗层的下部是工业保温材料隔热 层。即在路基表面下0.8m处设置厚度为0.1m的聚苯乙烯板，以保护 换填范围以下的冻土。在保温材料的上下各设置 0.2m 厚的中粗砂垫 层，可以起到保护隔热层的作用。6 材料与设备6.1 材料6.1.1塑料排水板的结构形式是槽型的，外形为100mmx60mm, 纵向通水量65cm3/s，滤膜湿态抗拉强度4.4N/mm。6.1.2复合土工膜分为一布一膜和两布一膜，宽幅4m-6m,重量 为200g/m2-1500g/m2，抗拉、抗撕裂、顶破等物

11、理力学性能指标高， 具有强度高，延伸性能较好，变形模量大，耐酸碱、抗腐蚀，耐老化， 防渗性能好等特点。6.1.3 聚苯乙烯板又名泡沫板、 EPS 板是由含有挥发性液体发泡 剂的可发性聚苯乙烯珠粒，经加热预发后在模具中加热成型的白色物 体，其有微细闭孔的结构特点，每立方米质量重12kg，尺寸是60cm x120cm x 3cm。6. 1 .4钢塑复合土工格栅由高强度钢丝通过高密度聚乙烯包裹成 高强度条带，按平面经纬成直角，经超声波焊接成型的土工合成材料 根据工程需要来用不同网孔直径及钢丝根数来改变筋带的拉力大小。6.2 机具设备表 6.2-1 机具设备表序号设备名称设备型号单位数量备注1挖掘机P

12、C200台32推土机SD16台13平地机PY180台14振动压路机20T台25胶轮压路机9-16T台16土方运输车15T台207水车8T台77 质量控制7.1 工程质量控制标准7.1.1公路路基施工技术规范(JTG F10-2006 )7.1.2 公路路基设计规范( JTG D30-2004)7.1.3 工程测量规范( GB 50026-93)7.1.4 公路路基冲击碾压技术指南7.2 工程质量控制标准7.2.1 塑料排水板施工质量应符合表7 . 2 . 1 - 1 规定表 7.2.1-1 塑料排水板施工质量标准序号检查项目允许偏差检查方法和频率1板距（mm） 150抽查3%2板长不小于设计值

13、抽查3%3竖直度（）1.5查施工记录7.2.2路基压实度应符合表7.2.2-1。表 7.2.2-1 路基压实度标准填挖类型路床顶面以下深度（m）一级路压实度（%）填方路基0-0.8960.8-1.5941.593零填及0-0.3挖方路基0-0.8967.2.3碾压密实标准。在蛙式夯击机碾压数遍后，由观测点测得 的每遍碾压后的沉降量如果为零，达到规范要求的“不再下沉”，即 可认为路堤是密实的；确定最佳碾压遍数。如果振动碾压中，连续三 遍的沉降量均为零，此时的碾压遍数即为最佳碾压遍数。7.3质量保证措施7.3.1施工过程中，应采取措施保持路基及周围冻土处于冻结状 态。7.3.2集中设臵取土场，取土

14、位臵宜在不破坏路基两侧风景，路 线以外不可视的范围以外。7.3.3采用粘性土或透水性不良土填筑路堤时，应控制土的含水 量，碾压时含水量控制在最佳含水量2%范围内。7.3.4应根据设计要求采用土工格栅等技术措施，增加路基整体 性和强度。7.3.5地下水发育地段，路基边沟应有防渗措施。挡水堰等构造 物施工应按设计要求采取加固措施。7.3.6加固土质边坡的换填保温材料和砌石铺砌厚度应满足保温 设计要求。7.3.7路堑及路堤两侧设置大于4m宽护坡道严格进行施工，施工也采用分层碾压，层层进行压实度检测，压实度检测同路基压实度检 测标准，使其达到防护和保温要求。7.3.8工业隔热保温板（聚苯乙烯板）的铺设

15、注意接缝搭接，尽 量在施工中注意减少对工业隔热保温板材料的破损，使其发挥最大的 隔热作用。7.3.9复合土工膜的铺设，应在施工中注意它的平整，防止在施工中出现折叠，起到很好的防渗作用。8 安全措施8.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据建设工程 安全生产管理条例等国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况 和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员的安全生产管 理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安 全生产。8.2施工现场按安全施工要求进行布臵，并完善布臵各种安全标 识。8.3施工人员必须接受安全教育，熟知并遵守本工种和各项安全 技术操作规程，车辆及机械驾驶等

16、特殊工种人员，应经专业培训持证 上岗。8.4重要的安全设施必须执行与主体工程“三同时”的原则，即 同时设计、审批，同时施工，同时使用。8.5建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业的安全检查， 确保作业标准化、规范化。9 环保措施9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格 遵守中华人民共和国环境保护法和地方政府下发的有关环境保护 的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、生产生活 垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火剂废弃物处理的规章制度，做 好交通环境疏导，充分满足便民要求，随时接受相关单位的监督检查。9.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布臵， 做到

17、标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.3在施工期间始终保持工地的良好排水状态，修建一些临时排 水渠道，并与永久性排水设施相连接，且不得引起淤积和冲刷。9.4施工期间尽量保护公路用地范围之外的现有绿色植被，除了 不可避免的工程占地，砍伐以外，不再发生其它形式的认为破坏。9.5妥善处理废方及施工区和生活区及其附近的施工废弃物，重 视弃土堆的复垦、绿化，或整平成为耕地。清除按批准的环境保护措 施计划进行植被或土地的有效恢复。9.6由于加漠公路该地区是北极村的所在地，是我国的重要旅游 避暑圣地，最大可能减少环境污染以及保护生态环境的平衡。10 资源节约 用本施工方法相对于“以桥代路”、“

18、挖除冻土换填”以及 “碎 石挤密桩”复合地基施工，节省大量的路用材料，如钢筋、碎石、水 泥、中（粗）砂、级配砂砾等，节约能源，对环保具有深远意义。11 效益分析11.1经济效益 本工法实施节约了工期，大幅度降低了施工建设成本，施工建设 成本最少可降低30%。取得了较好的经济效益。11.2社会效益采用本工法有效的解决了永冻土的保护，提高多年冻土区路基的 整体稳定性，减少了大修次数，运营成本降低，延长公路的使用寿命。 社会效益显著。12 应用实例12.1 应用实例一哈伊公路绥化至伊春段第4合同段，路基宽度24.5m,开工日期 为2006年5月，竣工日期2009年10月。在K79+245-K79+4

19、10段为 填挖过度段。属岛状多年冻土，最大冻深达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，通车至今一年半时 间，路基的病害至今未发现，路基整体稳定，取得较大的社会效益。12.2 应用实例二加漠公路漠河机场至北极村段第A1合同段位于II区，年平均气 温-4.4，年平均低温在-0.5-1.5之间，冬季最低极端气温达 -51,属于岛状多年冻土地区。路基宽度为21.5m。开工日期为2007 年 5 月， 2009 年 10 月通车。 K4+82-K5+390、K8+675-K9+120、 K15+030-K15+250 为挖方段以及填挖过渡段，首先施工堑顶挡水埝、 U 形防渗

20、截水沟等防排水设施，全部清除冻土至弱融沉层，铺设钢塑 复合土工格栅，回填碎石土达到设计标高，并对边坡进行保温，在达 到路基稳定的同时可以有效的保护了多年冻土。在过渡段的换填范围 内，并在路肩线以下设臵了复合土工膜防渗层。复合土工膜防渗层的 下部是工业保温材料隔热层。即在路基表面下 0.8m 处设臵厚度为 0.1m 的聚苯乙烯板，以保护换填范围以下的冻土。在保温材料的上 下各设置0.2m厚的中粗砂垫层，可以起到保护隔热层的作用。在 K6+130-K9+120、K12+425-K13+285 填方段，先对地面进行碾 压，铺设一层钢塑复合土工格栅，然后填筑50cm 土方，再铺设一层 钢塑复合土工格栅

21、，铺设水平排水板，进行上层结构的铺设，双侧设 置护坡道，在整个施工过程中没有对多年冻土的扰动，并且保证了路 基结构的稳定性。自2009年 10 月通车至今未发生路基常见病害，路 基整体稳定性良好。通过该工法：1、多年冻土区填方路基不同层间 分别填筑不同粒径级配填料；路基底层铺设水平排水板； 2、多年 冻土区路堑采用基底及边坡换填保温措施；3、多年冻土区填挖过度 段采用保温防渗结构，在整个过渡段铺设保温材料；等关键技术的应 用，有效的保护了多年冻土，取得较大的经济和社会效益。该工法施 工特别适用高寒地区多年冻土路基施工，在高寒地区具有一定的推广 前景。12.3 应用实例三黑大公路北安至黑河改扩建

22、工程 AK2 合同段,路基宽度 24.5m, 开工日期为2008年6月，竣工日期2010年10月。K23+530-K23+890 段为填方段，此段路基基底属多年岛状冻土。最大冻深达9m,原设 计采用碎石挤密桩复合地基，保证路基稳定。在施工中，采用了此工 法,节约了施工工期,降低了工程造价。通车至今,此段路面经沉降 观测，路基两侧的最大沉降为15mm，路基中心的最大沉降量为10mm， 满足要求,路面表观平整,未发现融沉、塌陷、路面裂缝等病害。12.4 工程检测与结果评价 采用了高寒区多年冻土路基施工工法后，为了保证施工过程中路 基的整体稳定性，并及时监测各主要施工阶段引起的沉降动态数值， 龙建路桥股份有限公司专门成立了路基施工监测组对整个路基施工 进行了全过程监控量测。路基沉降监测结果显示，路基两侧的最大沉降为25mm，路基中 心的最大沉降量为15mm，满足要求，有效的控制了路基的沉降，说 明高寒区多年冻土路基施工工法可以有效的保证路基施工质量。施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，工程质量 优良率达 98%以上，无安全生产事故发生，得到了各方的好评。