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(zhì)的水熱狀況，引起水熱的重分布，導(dǎo)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(jī)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(dá)11m,龍建路橋股份有限公司會(huì)同設(shè)計(jì)和科研單位在充分掌握當(dāng)?shù)貧夂蚝投嗄陜鐾翑?shù)據(jù)規(guī)律基礎(chǔ)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(jìn)行制定施工技術(shù)方案,經(jīng)實(shí)施推廣應(yīng)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(jí)公路路基病害技術(shù)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(jià),縮短建設(shè)工期,有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本工法經(jīng)科技查新國內(nèi)未見相同報(bào)導(dǎo),該工法經(jīng)黑龍江省交通運(yùn)輸廳科技鑒定,處國內(nèi)領(lǐng)先水平。工法特點(diǎn)2.1多年凍土區(qū)路塹塹頂加設(shè)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(zhì)、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(shí)間,減少對凍土的人為擾動(dòng)。.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(jí)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定基礎(chǔ)上,盡量增加粗顆粒層的孔隙度。同時(shí)在細(xì)粒填土中鋪設(shè)水平排水板；并在路堤邊坡外采用清表土及棄土設(shè)臵大于4m寬的護(hù)坡道。2.3多年凍土區(qū)填挖過度段采用保溫防滲結(jié)構(gòu)，在整個(gè)過渡段鋪設(shè)保溫材料，并在路肩線以下設(shè)臵了復(fù)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(shù)比較，節(jié)省工期，施工方法簡便，安全可靠、節(jié)能高效、保護(hù)環(huán)境，節(jié)約大量的施工建設(shè)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(qiáng)度，并保護(hù)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(jìn)行粒徑級(jí)配篩分組合，形成級(jí)配良好的細(xì)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(yùn)用孔隙的隔熱作用，減少地表熱量向下傳遞。這樣在路堤結(jié)構(gòu)中形成3種級(jí)配層，即粗、中、細(xì)顆粒級(jí)配層和水平排水板組成，3種級(jí)配層按照由細(xì)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(shè)臵大于4m寬的護(hù)坡道，有效對路基地表以下凍土保護(hù)和減少水源對路基的侵害。填挖過度段是在路肩線以下，設(shè)臵了復(fù)合土工膜防滲層，復(fù)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(diǎn)5.1工藝流程圖5.1施工工藝流程圖操作要點(diǎn)多年凍土地區(qū)路堤施工操作要點(diǎn)1填土的篩分碎石結(jié)構(gòu)性路堤，填土的粒徑將分為三種類型，分別是級(jí)配碎石、中礫土、細(xì)粒粉質(zhì)粘土，從細(xì)到粗順序進(jìn)行篩分，并對細(xì)粒土檢測含水量，確保細(xì)粒土填筑的初始含水量。

2細(xì)粒土填筑工藝進(jìn)行篩分后細(xì)粒級(jí)配層填土是一種級(jí)配良好的填土，有利于填土的密實(shí)。通過室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水量和最大干密度，細(xì)粒級(jí)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(jìn)行夯擊，根據(jù)最佳含水量和容重進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)。在軟土工程中塑料板排水法按砂井地基的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行排水板地基的設(shè)計(jì)，將排水板換算為等效直徑的圓形砂井進(jìn)行計(jì)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(diǎn)：1） 平整基底第一層,細(xì)粒級(jí)配層填土。2） 鋪放水平排水板。3） 在水平排水板上鋪土壓實(shí)：在水平排水板上按規(guī)定層厚鋪土施工機(jī)械設(shè)備與水平排水版的填土厚度最少為15cm;填土?xí)r防止水平排水版移動(dòng)；控制填料含水量為最佳含水量Wop±2%，壓實(shí)度不小于路基壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，施工中對攤鋪工藝做了改進(jìn)。粗粒土填筑分兩次攤鋪，每次攤鋪厚度根據(jù)壓實(shí)設(shè)備的能力控制在25cm-40cm,通過檢測，確定最佳碾壓標(biāo)準(zhǔn)。利用清表土及棄土在路堤外側(cè)設(shè)臵大于4m寬的護(hù)坡道，護(hù)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(shí)度檢測遵照設(shè)計(jì)要求。確保大氣地表溫度不影響路基范圍內(nèi)地下溫度。多年凍土區(qū)路塹施工操作要點(diǎn)首先施工塹頂擋水埝、U形防滲截水溝等防排水設(shè)施。按環(huán)保要求，將地表草皮進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（等待移植），機(jī)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(jī)地仙線圖5.2.2.1擋水捻結(jié)構(gòu)形式圖曼合匚膜“IT型構(gòu)件砂墊曼合匚膜“IT型構(gòu)件砂墊M10cm地Hii線圖5.2.2.2U型防滲截水溝結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jī)械最難適應(yīng)的嚴(yán)冬季節(jié)；路塹開挖后，經(jīng)過一個(gè)寒季外露凍結(jié)，將人為開挖活動(dòng)所造成的熱量積蓄降低到最小程度?；住⑦吰?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?yàn)榇藭r(shí)施工雖然平均氣溫較低，但白天氣溫為正溫，頭年儲(chǔ)備的換填料在夯填碾壓時(shí)不會(huì)被凍結(jié)，能保證換填施工質(zhì)量；另一方面，在春融前完工可避免進(jìn)入暖季后凍土發(fā)生熱融沉陷。路塹邊坡采用預(yù)裂爆破，根據(jù)少超不欠的原則進(jìn)行布孔，各層盡量做到一次成型，最大限度地縮短補(bǔ)欠挖時(shí)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(diǎn)多年凍土地區(qū)填挖過渡段的推薦結(jié)構(gòu)主要采用了換填角礫土并且鋪筑聚苯乙烯板的設(shè)臵形式，在挖方段，在路基U形截水溝的兩側(cè)各設(shè)臵2m寬的護(hù)道，在塹頂各設(shè)臵6m寬的護(hù)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(nèi)多年凍土，防止凍土融化發(fā)生沉降，換填厚度到達(dá)凍土上限以下。在挖方段，換填厚度達(dá)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(shè)計(jì)寬度每側(cè)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(hù)坡道保溫處理；在過渡段的換填范圍內(nèi)，在路肩線以下設(shè)臵了復(fù)合土工膜防滲層。復(fù)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(shè)臵厚度為0.1m的聚苯乙烯板，以保護(hù)換填范圍以下的凍土。在保溫材料的上下各設(shè)臵0.2m厚的中粗砂墊層，可以起到保護(hù)隔熱層的作用。材料與設(shè)備材料6.1.1塑料排水板的結(jié)構(gòu)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(qiáng)度4.4N/mm。6.1.2復(fù)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(xué)性能指標(biāo)高，具有強(qiáng)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(diǎn)。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(yù)發(fā)后在模具中加熱成型的白色物體，其有微細(xì)閉孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每立方米質(zhì)量重12kg，尺寸是60cmx120cmx3cm。6.1.4鋼塑復(fù)合土工格柵由高強(qiáng)度鋼絲通過高密度聚乙烯包裹成高強(qiáng)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(jī)具設(shè)備表6.2-1機(jī)具設(shè)備表序號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)單位數(shù)量備注1挖掘機(jī)PC200臺(tái)32推土機(jī)SD16臺(tái)13平地機(jī)PY180臺(tái)14振動(dòng)壓路機(jī)20T臺(tái)25膠輪壓路機(jī)9-16T臺(tái)16土方運(yùn)輸車15T臺(tái)207水車8T臺(tái)77質(zhì)量控制工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)7.1.1《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF10-2006)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30-2004)《工程測量規(guī)范》(GB50026-93)《公路路基沖擊碾壓技術(shù)指南》工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)塑料排水板施工質(zhì)量應(yīng)符合表7.2.1-1規(guī)定

表7.2.1-1塑料排水板施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)檢查項(xiàng)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(shè)計(jì)值抽查3%3豎直度（％）1.5查施工記錄7.2.2路基壓實(shí)度應(yīng)符合表7.2.2-1。表7.2.2-1路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)填挖類型路床頂面以下深度（m）一級(jí)路壓實(shí)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)。在蛙式夯擊機(jī)碾壓數(shù)遍后，由觀測點(diǎn)測得的每遍碾壓后的沉降量如果為零，達(dá)到規(guī)范要求的“不再下沉”，即可認(rèn)為路堤是密實(shí)的；確定最佳碾壓遍數(shù)。如果振動(dòng)碾壓中，連續(xù)三遍的沉降量均為零，此時(shí)的碾壓遍數(shù)即為最佳碾壓遍數(shù)。7.3質(zhì)量保證措施7.3.1施工過程中，應(yīng)采取措施保持路基及周圍凍土處于凍結(jié)狀態(tài)。7.3.2集中設(shè)臵取土場，取土位臵宜在不破壞路基兩側(cè)風(fēng)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(shí)，應(yīng)控制土的含水量，碾壓時(shí)含水量控制在最佳含水量±2%范圍內(nèi)。7.3.4應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用土工格柵等技術(shù)措施，增加路基整體性和強(qiáng)度。7.3.5地下水發(fā)育地段，路基邊溝應(yīng)有防滲措施。擋水堰等構(gòu)造物施工應(yīng)按設(shè)計(jì)要求采取加固措施。7.3.6加固土質(zhì)邊坡的換填保溫材料和砌石鋪砌厚度應(yīng)滿足保溫設(shè)計(jì)要求。7.3.7路塹及路堤兩側(cè)設(shè)置大于4m寬護(hù)坡道嚴(yán)格進(jìn)行施工，施工也采用分層碾壓，層層進(jìn)行壓實(shí)度檢測，壓實(shí)度檢測同路基壓實(shí)度檢測標(biāo)準(zhǔn)，使其達(dá)到防護(hù)和保溫要求。7.3.8工業(yè)隔熱保溫板（聚苯乙烯板）的鋪設(shè)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(fù)合土工膜的鋪設(shè)，應(yīng)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(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，根據(jù)《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》等國家有關(guān)規(guī)定、條例，結(jié)合施工單位實(shí)際情況和工程的具體特點(diǎn)，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(luò)，執(zhí)行安全生產(chǎn)責(zé)任制，明確各級(jí)人員的職責(zé)，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(jìn)行布臵，并完善布臵各種安全標(biāo)識(shí)。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(xiàng)安全技術(shù)操作規(guī)程，車輛及機(jī)械駕駛等特殊工種人員，應(yīng)經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)持證上崗。8.4重要的安全設(shè)施必須執(zhí)行與主體工程“三同時(shí)”的原則，即同時(shí)設(shè)計(jì)、審批，同時(shí)施工，同時(shí)使用。8.5建立完善的施工安全保證體系，加強(qiáng)施工作業(yè)的安全檢查，確保作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。環(huán)保措施9.1成立對應(yīng)的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機(jī)構(gòu)，在工程施工過程中嚴(yán)格遵守《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強(qiáng)對施工燃油、工程材料、設(shè)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(dǎo)，充分滿足便民要求，隨時(shí)接受相關(guān)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(shè)允許的范圍內(nèi)，合理布臵，做到標(biāo)牌清楚、齊全，各種標(biāo)識(shí)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(shí)排水渠道，并與永久性排水設(shè)施相連接，且不得引起淤積和沖刷。9.4施工期間盡量保護(hù)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(rèn)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(fù)墾、綠化，或整平成為耕地。清除按批準(zhǔn)的環(huán)境保護(hù)措施計(jì)劃進(jìn)行植被或土地的有效恢復(fù)。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(hù)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(fù)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(jí)配砂礫等，節(jié)約能源，對環(huán)保具有深遠(yuǎn)意義。效益分析11.1經(jīng)濟(jì)效益本工法實(shí)施節(jié)約了工期，大幅度降低了施工建設(shè)成本，施工建設(shè)成本最少可降低30%。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。11.2社會(huì)效益采用本工法有效的解決了永凍土的保護(hù)，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(yùn)營成本降低，延長公路的使用壽命。社會(huì)效益顯著。應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)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(dá)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(shí)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(huì)效益。應(yīng)用實(shí)例二加漠公路漠河機(jī)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(dá)-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(shè)施，全部清除凍土至弱融沉層，鋪設(shè)鋼塑復(fù)合土工格柵，回填碎石土達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，并對邊坡進(jìn)行保溫，在達(dá)到路基穩(wěn)定的同時(shí)可以有效的保護(hù)了多年凍土。在過渡段的換填范圍內(nèi)，并在路肩線以下設(shè)臵了復(fù)合土工膜防滲層。復(fù)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(shè)臵厚度為0.1m的聚苯乙烯板，以保護(hù)換填范圍以下的凍土。在保溫材料的上下各設(shè)置0.2m厚的中粗砂墊層，可以起到保護(hù)隔熱層的作用。在K6+130-K9+120、K12+425-K13+285填方段，先對地面進(jìn)行碾壓，鋪設(shè)一層鋼塑復(fù)合土工格柵，然后填筑50cm土方，再鋪設(shè)一層鋼塑復(fù)合土工格柵，鋪設(shè)水平排水板，進(jìn)行上層結(jié)構(gòu)的鋪設(shè)，雙側(cè)設(shè)置護(hù)坡道，在整個(gè)施工過程中沒有對多年凍土的擾動(dòng)，并且保證了路基結(jié)構(gòu)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