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(chǎng)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(duì)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(guó)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(guó)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)路基地表以下凍土保護(hù)和減少水源對(duì)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(duì)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(duì)細(xì)粒土檢測(cè)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(cè)，符合要求為之。水平排水板的鋪埋對(duì)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(cè)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(duì)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(cè)，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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)點(diǎn)測(cè)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(chǎng)，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(cè)，壓實(shí)度檢測(cè)同路基壓實(shí)度檢測(cè)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(duì)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(guó)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(chǎng)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(duì)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(guó)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(guó)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(duì)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(duì)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(yíng)成本降低，延長(zhǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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