高寒地区多年冻土路基施工工法

高寒地区多年冻土路基施工工法

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I1区，年平均气温-4.4℃，冬季最低气温-52.3℃，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，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

图5.1 施工工艺流程图

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 2w a b

d α+= （5.2.1.1）

其中：α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。

图5.2.2.1 挡水捻结构形式图

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