中铁某局永冻土层路基施工技术

中铁某局永冻土层路基施工技术永冻土地区公路路基施工技术中铁某局第四工程处 2001 年 9 月目录《1、永冻土地区公路路基施工技术》项目合同 ; 《2、永冻土地区公路路基施工技术》研究报告 ; 《3、永冻土地区公路路基施工技术》测试资料 ; 《4、永冻土地区公路路基施工技术》建设单位意见 ; 《5、永冻土地区公路路基施工技术》主要参考文献。

中铁某局科技开发计划项目合同项目名称 : 301 国道博克图—牙克石段 A 合同段永冻土地区公路路基施工技术研究负责单位:中铁某局第四工程处项目负责人:起止年限 : 二 OOO 年至二 OO 一年一、研究现状及简要说明永冻土即多年冻土，在我国，多年冻土主要分布在内蒙古自治区和黑龙江省大小兴安岭一带以及青藏高原和甘肃、新疆高山区。

我国冻土力学研究开始于二十世纪六十年代，五十年代初期，道路建筑事业迅速发展，由于技术标准低，没有采用有效的防抗冻措施，致使道路的冻胀翻浆破坏大量出现，严重阻碍交通运输业的发展。

人们通过野外道路实际情况调查，因地制宜的采取换填石灰土、粉煤灰土、天然沙砾等方法处理道路的冻胀翻浆，取得了一定成绩。

近年来我国也有许多冻土工作者提出各种计算冻深、冻胀量、冻胀力的公式。

188 5 年俄国工程师斯图金伯格提出了冻土水分迁移假说，将冻胀形成同土的毛细管作用相联系。

1916-19 30 年由美国学者泰伯研究出结晶力作用下迁移理论使水分迁移理论向前跨出一大步。

”概念，将地下水、土颗粒美国学者贝斯考提出了冰析出和冻胀的土颗粒“临界尺寸性质、毛细管性质综合起来评价土的冻胀情况。

195 7 年美国学者潘纳提出一个假说，认为水冰边界上的吸力和水向生长起来的冰晶的迁移决定于土系的孔隙尺寸，他将土中水分迁移和冰析出、同土的分散程度和孔隙率紧密联系起来。

另外，也有一些学者将水分迁移变化、冰析出、土冻胀和冰结锋面的水分冷却、自由能、土水势的变化联系起来，探讨冻胀问题。

应该说，现今的研究是试验、理论并举，并都已有了长足的进步，并有相当一部分成果应用于工程实践，但是理论与实践仍未能很好的统一，缺乏相互支持，没有形成完整的永冻土地区路基施工方案，和具体的施工细则。

我处承建的 301 国道博克图至牙克石段二级公路K18900 0 — K199000 及K201000— K 217000，全长 2 6.60 9km，跨越大兴安岭，海拔高度 729 米至 1037 米。

公路沿线属于温带大陆性气候，年最高气温 36.5? ，最低气温— 46.7? ，全年无霜期仅有 137 天，冰冻深度 ? 3 米，最大积雪厚度 3 1 厘米。

公路地处零星岛状永冻土带，永冻土主要分布在山间谷地、河漫滩、阶地及阴坡植被覆盖地带，在公路里程上体现为 K190 000— K20 4000 以及 K 210000 — K213000 段内。

我处在铁路路基施工中已取得一些经验，高寒地区永冻土公路路基施工在我局尚属首次。

通过该工程的建设，总结永冻土地区公路工程的施工方案及冻土地区各种不良地质的处理技术。

二、要研究内容及关键技术一、永冻土的性质和分类; 二、保护永冻土的方案和材料; 1 三、永冻土路基的沉降情况; 四、永冻土地区不良地质的处理技术; 五、永冻土路基的边坡防护; 三、达到的目的、技术经济指标及成果形成一、通过立项研究，制定科学合理的施工方案，正确指导和控制并掌握永冻土的性质和永冻土路基工程的施工工艺及操作细则，使路基沉降量控制在设计要求范围之内; 二、总结保护永冻土的方法; 三、总结减小路基沉降量的措施; 四、编写“永冻土路基施工工艺和操作细则”; 五、提供评审文件。

四、采取的研究和试验方法一、冻土的上限测定; 二、各路段土(泥炭土、冻土、填料)的各项土工试验; 三、路基压实度、弯沉试验; 四、路基沉降观测。

五、承担单位及分工中铁某局四处负责全部方案的制定和实施。

六、分年度计划安排一、 2000 年 5 月底前应完成 : 对永冻土的性质、特征、分类、分布特点及其工程物理力学性质的学习;学习并分析产生永冻土地区路基施工的病害的原因，制定初步措施防止这些病害的发生，并指导具体施工进行处理 ;对本地区的永冻土分布情况进行现场勘察，确定本合同段内永冻土的分布里程、自然条件、类型及其特点，形成永冻土地区路基的初步施工方案。

二、 2000 年 6 月底前应完成 : 通过路基工程的具体施工，验证初步施工方案的合理性，对不足地方及时调整改正，形成较为合理的永冻土地区路基施工方案，并具体指、 2000 年 7 月底前应完成 : 2 建立健全全线的永冻土路基导施工。

三沉降观测网，并对特殊路段进行常年的沉降观测，并做好原始记录;进一步审查永冻土路基施工方案，对发现的新问题进一步分析解决，形成较为完善的永冻土路基施工细则。

四、 2000 年 9 月底前应完成 : 用实际施工验证所形成的永冻土路基施工经验和施工细则，对不足部分加以改正或补充;分析总结沉降观测数据，并根据沉降数据随时控制路基施工速度。

五、 2000 年 10 月底前应完成 : 对半年来永冻土路基施工技术 QC 小组活动的过程及成果进行阶段性总结，对半年来施工实践所获得经验教训进行分析;分析总结沉降观测数据，阶段性分析评价路基的稳定性。

六、 2000 年 11月— 200 1 年 6 月底前应完成 : 正学习并制定永冻土地区病害的防治措施，确分析并处理本合同段内的永冻土和季节性冻土的病害;定期对永冻土地段路基进行沉降观测。

七、 2001 年 6 月— 200 1 年 9 月底前应完成 : 形分析总结永冻土路基施工技术成果，成正确指导永冻土路基工程的施工工艺及施工细则。

七、经费预算表科目内容计工资及附加费人员总数折合全时人数材料及加工试验费专业仪器购置费科研业务费外协费管理费总计局资助自筹资金八、年度拨款计划款额 2000 年 2001 年年年拨款偿还 3九、主要研究人员名单姓名年龄职务、职称从事专业工作单位研究任务与分全时率工 ()冷冬 26孟庆宏 30韩广峰 28宋立立 28赵卫军 37陈培海 38仲维峰27高有权 25张艳秋 25尤春颖 27张立峰 23 十、双方签章 4十一、双方权利与义务 5永冻土地区公路路基施工技术研究研究报告研究单位:中铁某局四处2001 年 9 月一、项目的提出永冻土即多年冻土，永冻土的分布一般是受地理纬度和海拔高度控制的。

在我国，多年冻土主要分布在内蒙古自治区和黑龙江省大小兴安岭一带以及青藏高原和甘肃、新疆高山区。

在永冻土分布地带的公路路基工程属于永冻土层公路路基工程。

在永冻土地区，因气候寒冷，土质潮湿，冬春季节路面经常出现冻胀与翻浆等病害。

同时，永冻土地区还存在冰锥、冰丘、热融滑坍、热融沉陷等不良地质现象。

从永冻土地区修建的一些道路观测资料显示，在该地区修筑的道路，在经过两到三个冻融循环以后易于发生破坏。

道路路基土壤在冬季隆起乃至开裂;春季化冻时水份不能及时排出，路基承载力降低，在行车荷载作用下路面发生了弹簧、裂纹、沉陷等破坏。

这些直接影响路基的稳定性;破坏了路面的板体性;影响了行车的舒适性;降低了行车速度;增加了车辆磨损，不仅阻碍了交通，而且给当地的经济发展带来了不利影响。

因此，寻求解决高寒地区永冻土路基的病害的方法迫在眉睫。

这一方面有赖于冻土理论研究的不断进步，同时也必须通过工程实践的不断总结，形成科学合理的永冻土地区路基施工技术，实现理论与实践的良好结合，并相互支持，才能从根本上解决高寒地区永冻土路基的病害的问题。

我处承建的 301 国道博克图至牙克石段二级公路K189000 — K199000 及K20 1000— K2170 00 ，属于高纬度岛状多年冻土，在永冻土地区修建路基工程，我处在铁路路基施工中已取得一些经验，高寒地区永冻土公路路基施工在我局尚属首次。

对于本标段而言，永冻土引起的路基稳定问题和多种不良地质现象是影响工程质量和工程进度的重要因素，作为工程技术人员，认真研究永冻土地区公路路基施工技术，用科学合理的施工方法指导施工，确保工程质量和工程进度，是我们义不容辞的责任。

因此，30 1 国道项目部成立之初，我们就把永冻土地区公路路基施工技术作为我们的研究课题。

二、工程概况及特点一、工程概况我处承建的 301 国道博克图至牙克石段二级公路 K189000 —K199000 及K20 1000— K2170 00，全长 26.609 k m，主线除 K198000— K2 18 100 采用山岭级公路标准，其余采用平原微丘区二级公路标准。

重丘二路面除 K2 01400 — K205000段采用水泥混凝土路面外，其余均为沥青混凝土路面。

1 二、自然地质概况本工程跨越大兴安岭，海拔高度 729 米至 1037 米。

公路沿线属于温带大陆性气候，年最高气温36 .5? ，最低气温— 46 .7? ，全年无霜期仅有 137 天，冰冻深度 ? 3米，最大积雪厚度 31 厘米。

该段公路地处零星岛状永冻土带，永冻土主要分布在山间谷地、河漫滩、阶地及阴坡植被覆盖地带，在公路里程上体现为 K198 00 0 —K204000 以及 K210 000 — K213000 段内。

三、工程特点 1、本工程路基土石方数量大，线路长 ; 2、路基施工季节短 ( 仅有 4—5 个月的施工期，期间还有 7、 8 两个月的雨季 ); 3、季节性冻土层在冬春季节冻融过程中经常引起路面的冻胀与翻浆等病害 ; 4、冻土路段的开挖及填筑是控制路基工程进度的关键 ; 5、永冻土层特殊物理力学性质而引起的路基稳定问题，是影响本段路基施工质量的关键; 6、冻土地区还存在冰丘、冰椎、厚层地下冰、冻土沼泽等不良地质现象。

三、主要研究内容、关键技术及施工方案一、永冻土的性质和分类正确理解和认识永冻土的性质及其特征是研究永冻土、制定科学合理的永冻土施工方案的前提。

在公路路基施工前，我们首先进行了大量的地质勘查，查阅了相关资料，从而掌握了本标段内的永冻土的特征及其物理力学性质，并结合本标段内永冻土的物理力学性质及特征，综合当地有关部门多年的研究成果，对大小兴安岭永冻土的物理力学性质及特征进行了分析汇总，以便为今后类似此地区的施工提供经验性数据。

1、永冻土的概念永冻土又称多年冻土。

地表土层处于天然冻结状态持续三年或三年以上者即称为多年冻土，该地区就称为多年冻土地区。

2、永冻土的分类可采用两种方法将永冻土进行分类，即永冻土的一般分类和永冻土的工程分类。

2 永冻土的一般分类序号分类标准土的类别本标段土类别 1 形成原因后生冻土、共生冻土、多生冻土后生冻土 2 形成年代古代永冻土、近代永冻土古代永冻土 3 发展趋势持久性冻土、退化性冻土退化性冻土 4 垂直构造衔接永冻土、非衔接永冻土、层状永冻土多为衔接永冻土 5 平面分布连续的、不连续的、有岛状融区和融区内有岛状的有岛状融区和融区内有岛状的 6 地理位置高纬度永冻土、高海拔永冻土高纬度永冻土 7 冻结状态坚硬冻土、塑性冻土、松散冻土均有 8 冻土结构整体结构、层状结构、多孔结构整体结构 9 含冰量少冰、多冰、富冰、饱冰、含土冰层少冰、多冰、富冰永冻土的工程分类永冻土名土的类别总含水量融沉系数融沉等称 (w) A() 级少粗颗粒土粉粘粒含量?15 lt10 不冰粉粘粒含量gt15 lt12 融冻细砂、粉砂lt14 lt1 沉土粘性土 ltWp 多粗颗粒土粉粘粒含量?15 10—16 弱冰粉粘粒含量gt15 12—18 融冻细砂、—21 1—5 沉土粘性土 WpltWnltWp7 富粗颗粒土粉粘粒含量?15 粉砂 14 16—25 融冰粉粘粒含量gt15 18—25 冻细砂、粉砂 21—28 5—10 沉土粘性土 Wp7ltWnlt Wp15 饱粗颗粒土粉粘粒含量?15 25—48 强冰 25—48 融冻细砂、粉砂 28—45 10—25 沉土粘性土 Wp15ltWnlt Wp35 含粗颗粒土粉粘粒含量?15 〉48 融土粉粘粒含量gt15 〉48 冰细砂、粉砂〉45 〉25 陷层粘性土〉冻土的平面分布工程地质工作者经多年的地质勘查和长期观Wp35 3 3、永测的基础上，编制了《东北大小兴，安岭多年冻土分区土》并对各分区的多年冻土的自然概况和冻土特征进行了描述，具体内容如下图表: 东北大小兴安岭多年冻土分区图 4 东北大小兴安岭多年冻土分区说明表冻土分冻土分区名称年平均气温年平均地温冻土厚度冻土分布特征带名称 (?) (?) 不一般低于一般为-1.0 一般 50m 此带纬度较高，冻土厚度大，多年冻土分连 -5.0 —-2.0 —80m，有布于除大河河床及大河融区外的所有河续最低可达的超过谷台地上，厚层地下冰及裂隙冰极为发 ? 永 -4.4 100m 育，季节融化深度较小，冰椎、冰丘发育。