多年冻土区

多年冻土区（精选10篇）

多年冻土区 篇1

摘要：以G214线第二合同段路基施工为例,对换填、片块石路基、XPS板路基、热棒-XPS板复合式路基施工技术作了重点介绍,并对上述工程措施的施工工艺、质量控制要点作了详细说明。

关键词：多年冻土区,路基施工,工程措施

1 工程概况

G214线第二合同段位于青海省东南部的果洛藏族自治州玛多县和玉树藏族自治州称多县境内,包含玛多黄河桥-巴颜喀拉山段(K550+000～K589+101.914)和巴颜喀拉山段-珍秦段(K590+386.480～K620+000),全长68.6km。路线走廊带地形地貌主要为:冰川冰缘构造侵蚀中高山、冰缘水流构造侵蚀低山丘陵、冲洪积平原和侵蚀堆积河谷。

路线所经地区海拔高程在4215.2～4749.3m之间,地形地质复杂, 施工难度较大,共有38.73km穿越少冰、多冰、富冰、饱冰冻土和含土冰层等多年冻土区,且处于严重退化趋势。同时,沿线广泛分布有水草地及水草沼泽。

工程所在地区属高寒半干旱气候区,多年平均降水量100～500mm;多年平均蒸发量1250～2250mm。年平均气温-4.2℃,极端最低气温-48.1℃,极端最高气温26.6℃,最大冻结深度2.77m,平均风速3.2m/s,最大风速达30m/s,含氧量约为海平面的59%～65%,仅有0.166～0.186kg/m3。

2 路基施工技术及工艺要求

G214线新建的工程中,针对多年冻土区路基,设计单位主要遵循了三个原则:保护冻土原则、控制融化原则、破坏冻土原则。结合工程实际特点,第二合同段主要应用了换填、片块石路基、XPS板路基和热棒-XPS板复合式路基等工程措施。

2.1 换填施工

换填是把影响路基稳定性的冻土用挖掘机挖除,用稳定性好的砂砾土进行换置,体现了破坏冻土的原则,适用于少冰和多冰冻土段路基。换填施工季节最好安排在寒末、暖初,避免在暖季。必须在暖季施工时,应选择在一天中气温较低的时段施工。

施工前,应提前做好防排水,优先施工永久性的排水设施,若无永久性的排水设施,则应采取临时排水措施。同时,提前准备草席、棉被、彩条布等临时隔热、遮阳、防雨材料,避免冻土受到雨水、热量的侵蚀。

在施工组织安排上,应结合工程地质条件、施工力量划分好施工段落,做到开挖一段、换填一段。施工前,重新核查人、机、料的准备情况,力求做到快速施工、各工序紧密连接,以尽量减少对冻土的扰动。

2.2 片、块石通风路堤

在路基中设置片、块石后,在暖季,外部气温较高,密度较低,路基内部温度较低,密度较高,不发生对流,起到了隔热层的作用;而在寒季,则相反,路基内部和外部发生对流效应。因此,片、块石路基能起到防止热量侵入和增加路基基底的冷储量的作用。这种工程措施主要适用于富冰、饱冰冻土区。片、块石层厚度受路基高度控制,一般富冰冻土地区120cm,饱冰冻土地区150cm。

片块石宜选用强度不小于30MPa的弱风化或未风化新鲜硬质岩石,粒径范围15～30cm,最小边长不小于15cm,长细比不大于3,且压碎值不大于25%。

片、块石路基填筑前,必须先做好排水措施,特别是汇水段,以防地表水流入片石层。片石通风路基采用倾填方式填筑,填筑高度较设计标高高约10～15cm(10～15cm为预留压实沉降量),并用机械、人工整平。压实采用重型振动压路机,碾压时,直线路段应先两侧后中间,曲线段应先内侧后外侧,进行反复碾压,碾压遍数一般不少于6～8次。压路机的线压力应小于片石的抗压强度,避免片块石被压碎。片、块石层施工完成后,先在片石层上全宽范围内填筑厚20cm、粒径范围在5～10cm的碎石整平层,再在碎石层上填筑30cm厚砂砾层,最后采用重型振动压路机压实。若反滤层及上部结构暂时不施工,则需用蓬布或彩条布覆盖片石全宽及片石边坡,以防止上部填料滑入空隙,影响通风效果。

2.3 XPS板路基

在零填浅挖、路堑或路基高度受到限制的富冰、饱冰冻土地段,为确保多年冻土路基的稳定,在路基中使用挤塑聚苯乙烯泡沫材料(XPS)板,这种材料具有导热系数小、热阻高的特点,通过增大路基热阻、减少大气(太阳)热量传入路基下部的多年冻土,延缓冻土退化,起到了保护多年冻土的作用。

XPS板技术要求:抗压强度不低于0.6MPa,导热系数不大于0.030W/m·℃,容重不小于45kg/m3。对XPS材料随机抽样检验,把好材料质量关,本项目采用的XPS板单层厚4cm,宽度8.4m,埋设在路面结构层下30cm处。

XPS板路基的最好的施工季节是冬季,如果冬季无法施工,应避开最大融深季节,且尽量安排在一天中气温较低的时段,以减少蓄热。雨雪天不宜铺设保温板和浇注接缝。

铺设下垫层时,采用洁净的中粗砂,含泥量小于5%,砂中不得含有杂草、垃圾及粒径大于1cm的石块等杂质。下垫层应平整坚实,除压实质量必须满足规范要求,表面不得有高低坑洼和机械印痕。XPS板应边铺边浇注,接缝应按照设计要求交错,接缝处应连续浇注,不能留有间隙。在曲线上,XPS板应采用直向积累集中拼缝的方法铺设。在XPS板铺设完成并检查无误后,方能进行板上卸料及上部结构的铺筑。卸料时,施工机械不能直接碾压XPS板,先自卸汽车将填料卸在路段的一端,用铲车将路料按照预留压实厚度向前将过剩的填料推运,随后用平地机整平,最后用压路机压实。

2.4 热棒-XPS板复合式路基

单一的工程措施,在具体使用时大多数都有较强的时效性。XPS板暖季能明显减少路基下伏土体吸热,冷季却不利于外界冷量传入路基体;热棒暖季基本不发挥作用,冷季却可因地温比气温高,发生对流换热作用,起到主动冷却路基的作用,因此,XPS板-热棒复合式路基是一种比较理想的组合,适用于多年冻土区含土冰层路段。

本项目热棒技术要求为:Φ83×5mm;在工作温度为-5℃时,其传热能力不低于6kW,工作温度-60～-50℃时,工作压力为0～2.2MPa;可靠工作时间不低于20年,热棒纵向间距为4m,横向相互错开。

热棒运至工地后, 应进行外观检查和产品质量抽查, 其结构、形状、规格及工作性能应符合设计要求。热棒存放场地应紧靠施工现场, 尽量缩短热棒的搬运距离,减少二次搬运,热棒应远离火源, 为防止阳光直射, 可用隔热材料进行遮盖。

热棒安装前应制定专项施工组织安排,应做好各项施工准备工作。首先按照设计放桩、确定孔位,钻机就位,钻进方法原则上采用干钻,按设计要求钻成斜孔或垂直孔。钻孔直径应比热棒管壳直径大5～8cm,孔深比设计深度深10～20cm,孔同侧的间距按设计要求布置。钻孔完成后,应进行成孔检查,并清理干净钻孔中的泥浆、孔周边的泥土和杂物。符合要求后, 用吊装设备将热棒吊起插入钻孔中定位,经垂直度检查合格后固定。热棒安装后所有热棒的高度差不大于2cm,路基同侧的热棒应在同一平面内, 误差度不大于2cm。回填钻孔间隙采用水中沉砂法。固定热棒的支架在灌孔填砂充分冻结后方可拆除,填砂回冻时间一般在5～7d。热棒安装设计为斜插式时,还要结合工件的强度、刚度、稳定性等选择最合理的起吊点,在搬运、吊装过程中要采取相应的保护措施,防止使其变形、损坏。吊装绳索宜采用尼龙绳吊索,同时在绳扣处应用软质垫片保护,安装过程中应防止碰撞、摩擦棒身。

3 结语

多年冻土地区公路工程建设难度大,意义深远。G214线多处经过多年冻土区地段,换填、片块石路基、XPS板路基、热棒-XPS板复合式路基等工程措施能起到积极的作用,但上述各种措施的适用性不同,工程效果也有很大差异,如何在施工中认真领会、贯彻设计意图、控制好施工质量、确保路基的稳定, 还需进一步的总结和探索。

参考文献

[1]汪双杰,李祝龙,章金钊.多年冻土地区公路修筑技术[M]北京:人民交通出版社.2008.

[2]章金钊,霍明.多年冻土地区公路路基稳定技术问题与对策[M].北京:人民交通出版社,2008.

[3]樊凯.多年冻土地区特殊路基设计与施工技术研究[D].长安大学硕士学位论文,西安:2009.

多年冻土区 篇2

多年冻土地区路基施工

在我国有很多地区都是冻土地区,大多在边远地区.解决冻土地区的`施工技术问题,保证工程质量,是关系到公路在冻土地区的运输安全,对实施国家西部大开发具有极其重要的意义.本文通过冻土区路基工程施工实践,对冻土区路基施工技术及质量控制措施进行了总结.

作 者：崔巨良 李德学 作者单位：河南省交通建设工程有限公司,河南郑州,450052刊 名：科技风英文刊名：TECHNOLOGY TREND年，卷(期)：“”(9)分类号：U4关键词：多年冻土区 路基施工技术 路基工程

多年冻土区 篇3

【关键词】多年冻土；不良地质；排水挡水；施工技术

【中图分类号】U416.1+1 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0164-02

1.根拉一级公路多年冻土的特性及对公路路基的影响

根拉（根河至拉布大林）一级公路项目位于大兴安岭西北鹿，呼伦贝尔东北端，约在东经121°28′52″-120°11′31″北纬50°44′50″-50°9′42″之间。本路段多年冻土多为层状或整体构造的富冰冻土、饱冰冻土、多冰冻土与含土冰层。多年冻土的天然上限浅一般为0.2-2.6m，天然上限最大为3.0m，下限1.1-17.0m，冻土厚度较小，最大厚度约为14m。冻土总含量高，一般为35-65%，最高含水量达105%。本路段多年冻土的地温较高，处于退化阶段，极不稳定。在此种地质条件下新修建公路不仅给施工带来了很大困难，而且可能产生冻胀、融沉等不良路基病害，尤其是多年冻土具有的流变性、沉融性和冻胀性对公路建设影响严重。

2.处理原则

根据项目区内多年冻土的构造特征、平面分布状况及所处的环境条件，為保证多年冻土地区路基的稳定性和可靠性，针对不同的多年冻土工程地质条件，结合已有的多年冻土区公路建设工程经验和研究成果，处理时，对于含水量较小的路段（多冰冻土与含土冰层）尽可能优先采用预融处理方法（破坏多年冻土的原则）；对于多年冻土埋藏较深、厚度较大的路段（富冰冻土、饱冰冻土）采取“保护冻土、控制融化速率”的处理原则。

3.处理方法

结合本项目多年冻土的特征，综合“S301线黑河至黑山头公路根河至拉布大林段工程多年冻土路基处治方案专家论证意见”的要求，具体采用下述相应的特殊处理方法：

3.1 挖除换填

对于冻土厚度、埋深小于3.0m的多年冻土，采取挖除换填砂砾的处治措施。部分路段地表水、地下水极其丰富，在挖除软弱土后基底可先采用50cm后的毛石填筑，在换填毛石顶面采用冲击碾压补强压实。冲击密实后的毛石层顶面再采用砂砾分层填筑压实。换填压实至原地表后，铺设一层土工格栅。土工格栅采用单向拉伸土工格栅，设计抗拉强度≥60KN/m，极限延伸率≤20%，幅宽>2m，其搭接宽度≮20cm。

3.2 保护冻土

对于埋藏较深、厚度大于5m的富冰、饱冰多年冻土路段，应该遵从“保护冻土、控制融化速率”的处理原则。路堤填筑最好选择在不稳定融化期和稳定融化期的开始阶段，在这阶段地表接受太阳辐射能量的强度不太高，路基填土中不易储存很多热量。在冬季负温期，热量释放后，冻土上限上移，路基和多年冻土层便连结为一体，不产生融土核，可以最大限度的降低工后沉降。在7、8月份，施工条件最好，但是不宜一次性堆填高路堤。因为这一时段气温高，填土中容易积累大量热量，冬季不能很快散发，造成中间融土核，多年冻土上限不能进入路堤，不利于路基稳定。路堤较高时，应采用土工格栅或土木格室等加强措施。路堤高度不能满足保护冻土上限不变的最小高度时，可设置工业保温材料层等。

4.填筑材料

对于填筑使用的填料，如果碎石或混砂床垫层不洁，污染严重时，混入泥土量较多，遇积水则产生冻胀。当含泥量为20%-50%时，冻胀量可达10-20mm左右，在时间上从10月中旬至11月上旬冻胀基本形成。因此正确选择路堤的填料成了预防冻胀的关键，作为多年冻土地区路基的填料，各有其优缺点。岩块和粗粒土含水量要比细粒土小（细粒土的表面能大，其持水能力强）。净砂和砂砾石，两种最宜作路基填料的填料具有排水冻结性能好，在冻结季节便于开挖和运输。当路基高度较小时（应大于保护多年冻土上限不下降的最小填土高度）可在路基下部先填一部分细粒土，厚度一般不小于1.0m保证足够厚度的路堤是为了有效对冻土隔热，国外经验有采用苯乙烯泡沫隔热层、卵石隔热层等做法，以维持地下土壤处于冰冻状态。

对于填筑使用粘土质土时，施工工艺按土壤含水量来确定。春季，在解冻天所到来之前，须将取土坑上的积雪和青苔植被清除（堆放在一起），以加快土壤的融化，土料应选用保湿隔水性好的细颗粒土。采用粘性土或透水不良土壤填筑路堤时，要控制土的湿度，碾压时含水量不超过最佳含水量2个百分点，不得将冻土块或草皮层及沼泽地含草根的湿土填筑，通过热融湖（塘）的路堤，水下部分必须用渗水良好的土壤填筑，并高出最高水位0.5m。靠近基底部位有饱冰层且有可能融化时，可没保温护道和护脚，保湿材料就地取材。用草皮时，草根向上一层一层叠铺，最外一层要带泥，以便拍实形成保护层。沿线两侧20m范围内植被和原生地貌要严加保护，山区位于河滩台地、斜坡、分水岭上的路段，土壤为碎石或砾石时，采用一般方法取土筑堤，但是，考虑到冻土和湿土在挖掘上的困难，春季应预先清除苔植被，使融水沿沟流向低处，把土壤排干。若在冬季填筑冻块粘质土时，则均变形严重，根据当地已建公路施工经验得出，寒冻季节施工要较融化季节施工沉落量大2.5-3.5倍。其原因除部分是地面冻胀外，主要是粘性土冻土块无法夯实，留有较多空隙。冻土块本身一般含冰量较大，一旦融化，在荷载作用下极容易变形。因此寒冻季节路基施工仅适用于以砂卵石及碎块石等粗颗粒土填筑的路堤。

在路基填方作业时，应采用端部卸土的方法填筑，汽车、拖拉机等带轮子的设备，在前面尚未铺设足够的填料以支持它以前，严禁在坡道上进出。

5.排水及挡水系统

由于地表水的渗透是造成冻土融化、路基下沉的主要原因，因此整个排水系统应在施工过程中尽早开始，在路基主体完成的同时尽快完成。为防止地表水对公路路基产生不良地质病害，在新建公路施工过程中应建立完善的排水及挡水系统，利用新科技、新技术对冻土进行保护。结合根拉一级公路实际情况可分以下几种措施对公路路基进行保护。

5.1 在饱冰冻土及含土冰层地段，应避免修建排水沟、截水沟，宜在距坡角6m外修挡水堰，将两侧汇水挡在路基范围以外，减小因水流带来的热融影响。并采取防渗和保温措施，必要时应采取加固措施。如需设计排水沟、截水沟时，应充分考虑冻土及冰层的埋藏深度，采用宽浅的断面形式。

5.2 路堑边坡有地下水出露时，必须将水引排，并应在边坡上采取保温措施。饱冰冻土、含土冰层等含水量很大的多年冻土路堑段，为防止开挖后基底冻胀翻浆，可根据设计要求换填足够厚度的渗水性土，如：中砂、砂砾等。

6.结束语

本文对根拉一级公路多年冻土公路路基施工进行了研究，要求在路堤、路堑施工中核对好地质情况，严格按规范和设计图纸施工。对可能产生地质病害的施工工序加以细化，另外对排水及挡水系统的施工作了详细论述。以上充分证明了正确合理的选择施工工艺，是解决多年冻土公路路基施工的技术关键。关于多年冻土路基的研究目前已经取得了长足的进步，但是在许多方面仍然有待进一步的深入。

参考文献

[1]李成.青藏铁路冻土工程有关问题的探讨[J].铁道勘察，2007，（3）：84—86

[2]冉理.青藏铁路多年冻土工程的探索与实践[J].铁道工程学报，2007，（1）：32—39

[3]张贵生，梁波，刘德仁.大兴安岭北部多年冻土地区路基沉陷研究[J].冰川冻土，1999，21（2）：155—158

[4]苏建林.公路工程施工技术[M].人民交通出版社，2002：77

[5]宋国荣.牙林线育林段冻土路基病害整治探讨[J].甘肃科技，2005，2（21）：80-82

多年冻土区 篇4

1 桥涵的主要形式

(1)我国的多年冻土地区由于它有着非常广泛的面积,并且涵洞的数量也非常多,这也就突显了一个问题,那就是地质条件会存在很大的差异性,由此可见,施工桥涵的关键因素就是对它的设计问题。在近些年以来,由于我们多见的桥涵病害具有很多的属性,所以在选用材料时必须要应用那些具有较强变形能力的结构,从而可以满足设计的要求。从另一方面我们也可以看出,在多年的冻土地区,其自然环境是相对较为恶劣的,并且属高寒地区,所以在施工桥涵的过程当中必须要减少劳动强度,更多的要应用机械化设备,把预制进行集中的拼装化处理,所以,我们在桥涵施工时可以应用拼装式的混凝土结构,从而可以达到设计的要求。在目前条件下,由于我国对这种桥涵结构已经积极的进行分析研究了,同时也应用在了一些设计施工当中,得到了良好的效果,也积累了一定的经验.其中我们所应用的波纹管涵洞所表现出来的特点就是非常的具有柔性,可以应用在变形较大的地基当中,结构简单,它所破坏的范围也是较小的,并且施工也非常的简便,但是如果应用这种结构时,在进行回填作业时的要求会相对的较困难,如果当地基发生下沉时,它就会导致排水功能的阻碍,如果要是把它埋入地下处理,由于长期会受到水以及土壤的侵蚀从而导致发生损坏现象,会存在一定的风险。

(2)由于在冻土地区一般很少建设桥梁结构的工程,所以从以往来看,并没有全面的了解冻土地区的地形结构,桥涵施工是否可以适应冻胀以及发生融沉的问题,所以我们在对其进行设计时,最好应用简支梁桥跨的结构,所以在施工以前必须要合理的确定桥涵的主要形式,施工的工期、造价以及它是否具有良好的耐久性等方面,都要进行全面的探究。我们在设计桥梁孔跨式样时,必须要了解桥涵的性能是否会受到冻土的限制,确定桩的深度,所以我们可以看了,只有较少的桥墩才能减少桩数,同时也可以减少对冻土的扰动性,有利于方便施工,也可以保护环境,可以达到预期的效果。

2 设计桥涵的支架

我们在应用简支梁施工设计时,由于它会长期的受到恶劣环境条件的影响,造成变应力的持续恶化,从而是这就会导致混凝土的强度受损,降低了它的安全性,如果是在温度极低的条件下出现冻裂现象时,就极易产生损伤,安全得不到保障。

(1)地桥涵施工时,我们可以应用后张法的设计进行施工,由于混凝土梁管道会有压浆的现象,所以再和简支梁共同作用时会产生一定的关系,对此,我们经过长期的试验探析出如果是应用压浆技术进而可以有效的提高桥梁的耐久性,并且这种效果是非常明显的。由于压浆浆液所存在的水灰比是非常小的,所以它可以降低水的收缩力以及它的密度,再由管道进行真空处理后,这也会促使浆体进行不断的流动,并且填回空隙当中,当全部抽出水泥浆中气泡时,这也就提高了浆体的密实度,由此我们可以看出,在应用这种此工艺时它可以保障管道达到一定的密实度,也可以避免发生冻裂病害,提高桥涵的耐久性。

(2)如果我们应用一般的支梁支座时,由于施工量会较大,并且在养护方面也存在一定的困难,所以在最新研制支座当中,我们可以应用圆柱式的钢支座,它具有良好的密封性,并且它的高度也较低,所以它的受力是非常好的,经深入的分析研究我们可以看出这种支座可以达到免维护的效果。

3 施工方法

如果在冻土地区进行涵洞的施工时,由于工程会较为分散,并且数量较大、所以在施工时我们为了可以降低对冻土的破坏,可以把涵洞作为施工基础,再通过预制拼装的设计方法,这样不但可以减少劳动强度,也可以大范围的应用机械设备,对环境也起到了一个保护的作用。

(1)从我国冻土地区的环境条件可以看出,一年当中只有暖和寒季两种季节,所以如果要进行施工作业时,其条件就会受到很大的限制,如果是在寒季进行施工,那么不利于施工人员的因素就较多,所以暖季是最为适宜的,但是我们也可以看出,施工条件受限所以就必须要根据涵洞地基的具体情况而定,必须要选择土质干燥,地段良好的月份进行施工作业,一般情况下,如果地表是较为湿润和松软的,那么在选择地段时应在含冰量大的范围之内,这就应该选择在两个季节相互交替的时间进行作业,由于在这个时期的地表沼泽化,地下冰也较厚,便于施工。然而,不管是选用哪种方法,都必须要降低暴露基坑的时间,有效合理的安排涵洞施工的具体时间,从而提高施工质量。

(2)由于高原地区的环境相对是较为恶劣的,所以在冻土地区的冻融会发生季节的交替现象,从而也就导致了在地表水中含有一定量的酸离子,并且在骨料当中也会存在一些碱性的物质,同时给局部地区造成了磨蚀的问题。由于一般的混凝土是没有办法达到长期的耐久性效果,所以,我们在长期的研究分析当中表明,必须应用的混凝土要具有低温早强的作用,从而才能提高改善它的耐久性,施工当中也可结合高原地区的气候条件,再应用了一些力学性能以及物理作用的影响下,只有应用高性能的混凝土才能提高它的孔结构,同时也可以加强它的抗冻性,以及改善它的循环次数。

(3)我们在设计桥涵时,由于在桥址的位置一般都是含冰量较高的冻土,所以它不具有良好的地质条件,如果应用墩群桩基础作为基础进行施工,那么它就无法忍受冻胀力所带来的病害。此外,因为桥梁的高度会很低,所以承台也无法满足置在地面上,这就会提高工程的造价,对此,在桥涵设计时我们就必须要计算准确,从而达到施工要求。

4 结束语

由于在施工桥涵时,它的材料、结构以及在工艺方面都是较为便利的,同时也具有了良好的耐久性,所以这种结构是经常出现在施工当中的,但是必要不断的提高它的结构特点,就要从它的结构以及材料、工艺技术、基础类型等多个方面更为深入的分析研究,从而达到桥涵施工设计的要求以及确保它的质量安全。

摘要：在我国的高原地区,由于自然环境相对较为恶劣,在建设桥涵时,如果要穿越冻土区时,又要保证桥涵的施工安全,就必须在对其进行设计以及施工当中做一些特殊的处理,从而才能达到理想的效果。在施工桥涵时,它的材料、结构以及在工艺方面都是较为便利的,但是必须要不断的提高它的结构特点,就要从它的结构以及材料、工艺技术、基础类型等多个方面更为深入的分析研究.本文主要根据冻土区较为特殊气候环境以及地理位置在进行桥涵设计时应注意的方法及施工措施做了详细的分析,希望对公路建设的长期发展起到一定的作用。

关键词：高原公路,冻土地区,桥涵设计

参考文献

[1]吴少海.青藏铁路多年冻土区桥梁设计特点[J].中国铁路.2002(9).

[2]章金钊.高原多年冻土地区涵洞工程研究[J].公路.2000(2).

高寒和多年冻土地区路桥施工技术 篇5

1秦国刚2李东3李有德

（1中铁十三局集团第四工程处黑龙江省哈尔滨市150008）

摘要：结合工程实例对高寒和多年冻土地区施工技术进行总结，主要针对高寒和多年冻土地区路基工 程和桥梁工程的施工特点，提出了各自的施工注意事项，从施工准备、施工技术措施、劳动力组织和 环境保护等方面进行了论述，较详细地探讨了高寒地区和多年冻土地区路桥工程的施工方案和不良地 质情况下的技术处理措施。

关键词：高寒多年冻土施工技术实例

1.概况

1.1 高寒地区和多年冻土的含义

高寒地区是指：一般多指东北地区和西部高原地区，年平均气温在0℃以下，持续-20℃在15天以上。多年冻土，也称永冻土，是指凡具有负温或零温，其中含有冰的各种土，并且冻结状态持续三年以上的土层。在我国主要分布在内蒙古和黑龙江大、小兴安岭北部和青藏高原及西部高山等地区。

多年冻土常见的不良冻土现象有：冻胀丘、冰椎、厚层地下冰、冻土沼泽等。

1.2 在高寒和多年冻土地区给建筑物带来的危害

在高寒和多年冻土地区，由于季节融冻层的反复冻融，冻土或多年冻土层的消长变化，会产生各种不良物理地质和工程地质现象，特别是在该地区进行建筑施工破坏了原有土层的天然状态，使土体原有的各种平衡遭到了破坏，尤其是热力学平衡在多年冻土地区带来的影响，这些情况都会给铁路（公路）路基与各种建筑物造成威胁和破坏。如涎流冰现象，是在寒冷的气候条件下，地下水或地面水满溢到路基面和道路上，从下而上逐层冻结而形成，会对路基基床造成冻胀影响行车安全，也给道路的行车道造成凹凸不平，形成冰坎、冰槽，从而危及行车安全，严重时中断交通。

2.高寒和多年冻土地区施工总体方案

2.1 施工准备

在高寒和多年冻土地区进行工程施工，除进行正常的准备外，一定要注意其自身的特点：

2.1.1设计文件审核和地质勘察

对设计文件，审核有关多年冻土的类型、分布、属性、构造、成因、地温、多年冻土的上下限以及冰椎、冻胀丘、热融湖（塘）、冻土沼泽等内容。施工阶段工程地质工作的重点是冻土现象发育地段、冻土条件复杂地段和重点工程。对于重点工程，需进一步做好冻土工程勘察。

2.1.2现场调查

详细了解当地的气候条件、自然环境和施工条件（如水、电、路等）,并与当地的气象、水文部门取得经常性联系。

2.1.3做好冬季施工准备

做好冬季施工的准备，除队伍、人员、机械设备保暖外，要根据设计文件详尽制定冬季施工的具体工程项目和施工措施；做好冬储冬运工作，尤其是在取暖和地产料方面，为春融后快速施工打好基础；做好保温材料的调查并应在冬季到来之前进行大量的有计划的采购。

2.1.3做好防排水系统

做好施工中的防排水系统和水源准备，特别是在夏季的防排水和冬季施工时的水源问题。

2.2 施工技术措施

2.2.1桥梁工程

在高寒、多年冻土地区，对于桥梁工程要根据地区性特点，查明多年冻土的特性，测取气温、地温及水文条件等资料，并调查已有的不良物理地质和工程地质现象，必要时进行工程地质钻探，以便于有针对性的 1

施工。

A、当采用保护多年冻土的原则设计时，桥涵的明挖基础施工在冬季采用“冻结法”进行，集中兵力打歼灭战；钻孔打入桩和钻孔插入桩基础施工则不受季节的限制，而钻孔灌注桩宜在冬季进行施工，采用低温早强或负温混凝土灌注而成。

B、当采用容许融化的原则设计时，在冬季采用冻结法施工依然适合大、中桥基础和埋深不大的小桥及涵洞基础；条件允许的情况下也可以在其他季节进行基础施工。

C、通过在高寒地区施工的技术总结，结构物圬工冬季施工需注意以下几方面内容：①必须进行必要的热工计算；②低温早强砼、负温砼和抗冻砂浆的配制；③钢筋冷拉可在室外温度-20℃以内进行，焊接工作则在室内完成；④原材料加热：水温宜控制在60℃以内；粗、细骨料宜控制在40℃以内；⑤混凝土拌和时先将加热的骨料和水拌和一定的时间，在温度为40℃时再加入水泥搅拌。水泥不加热，但存放需放入暖棚内；⑥拌和时间要求是常温施工时的1.5倍；⑦混凝土运输距离要短，并有保温措施；⑧当圬工养护采用蓄热法达不到要求时，采用蒸汽、暖棚或电热性均可，但必须经热工计算后控制好温度，防止升降温速度过快。我局在引松入长马家泵站取水戽头工程中，取水戽头水下部分冬季施工，在暖棚内进行，蒸汽法养生，施工效果良好，为后续工程施工创造了良好的条件。

2.2.2路基工程

路基工程施工以前，在熟悉设计意图的基础上，要对全线所处的工程地质环境进行调查，掌握取、弃土场的情况，研究土石方调配情况，了解多年冻土不良地质现象的分布情况，总结多年冻土地区路基的病害情况，如冻害；基底融化下沉；路堑边坡热融滑塌；路堤边坡滑坍；冰椎，冰丘；寒带风化等，便于选择和确定防止多年冻土路基特殊病害方案的原则以及合理选择施工季节，便于采取有效的环境保护措施，制定切实

可行的路基施工方案。

A、采用保护多年冻土的设计原则。线路一般以路堤方式通过，路堤基底处理是不破坏地表覆盖层和植被，然后采取综合保温措施并使路堤填高大于最小临界高度（经验值视不同的多年冻土地区而定，如兴安岭多年冻土地区公路白色路面，路基最小填土高度为1.0m），使填筑土方后的路堤基底人为上限控制在一定深度内，路基两侧设排水沟可以顺利排出积水，从而保护路基下多年冻土不融化。另从青藏铁路的设计了解到，保护多年冻土的路堤采用了通风路堤和土工格栅路堤的形式，并已经试验确定。

B、破坏多年冻土的方案。一般多在多年冻土不稳定地段采用；在零填、低填（填高小于最小临界高度）、浅挖路堑、个别深路堑等地段，当地表排水困难，积水无法排出的平坦低洼地段，考虑通车后，两侧地表植被易受破坏的地段等也采用。一般情况下为了保护地温换填细粒土，既利于保温又利于排水则换填渗水料（渗水料上需加盖保温材料）。

在破坏多年冻土的施工中，给施工带来最大困难的是冻土的融化。我局在修建嫩漠公路时曾遇到此情况，时值春季，根本无法进行施工。

C、重要的防、排水系统。无论是在路堤还是在路堑施工的同时，一项非常重要的工作是必须提前做好防、排水系统，并按要求设置保温护道和进行必要的边坡防护措施。例如在青藏公路改建工程中，路基两侧由于取土原因造成积水，从而引起路基下沉破坏，这样的实例在青藏公路多年冻土区路段是很多的。因此施工中做

【1】 好防、排水也利于运营过程中的维修保养。

防、排水系统必须根据地形、地貌情况设置，这是一项十分必要的工作。一般为排水沟、侧沟和渗沟，个别地段易形成积水现象可设置汇水坑，施工中用抽水设备排出。另外防、排水系统的设置要与季节相适应，充分利用气候条件，如在冬季加深边沟，使其深度大于永冻土上限，利用沟底的冻结使季节活动层与永冻土层在冬季形成一体，从而形成封闭的截水墙，使冻胀丘、冰椎在边沟上方发展，此方法在国道301线K203+000～K204+000段施工中采用，效果良好。

2.3 劳动力组织和机械配置

在高寒地区和多年冻土地区进行施工,必须考虑季节性因素和多年冻土地区施工的特殊性对劳动力和机械配置的影响。除按正常施工计算的数量外，还应充分考虑多年冻土地区施工的机械配置，夏、冬季节的物资运输工具，冬季施工时必要的清雪工具和打歼灭战时的人力高峰等。只有通过周密细致的分析，才能打有把握之仗。我局在塔韩铁路十韩段在开工以前，按设计文件进行了现场踏勘，详细拟定了施工方案，施工过程中总计投入施工的机械设备2600多台（套），投入施工的人力8700余人。路基施工采取集中力量打歼灭战的方式；呼玛河特大桥沉井基础则在冬季施工，给总工期赢得了时间，较好地完成了本段的施工任务。

2.4 环境保护问题

施工中的环境保护问题是一项十分重要的工作。施工中除按设计严格施工外，尚应遵从以下几个方面：A、多年冻土地区工程施工前，要对建后冻土工程地质环境变化做出预测和评价；B、冻土工程的的环境保护必须与施工阶段的地质勘察结合起来,这样可以减少许多重复性工作；C、施工中应注意环境保护，不破坏周围环境，防止施工用水渗入地下，破坏冻土的热状态。对重要建筑物施工时做好监测工作；D、在多年冻土地区，取土和弃土都应从保护冻土地质环境出发，合理布置，严格控制，防止取土和弃土不当带来的危害发生。

3.工程实例

3.1 塔韩铁路

塔韩铁路位于黑龙江省塔河县和呼玛县境内，为大兴安岭东北坡的低山丘陵地带。沿线森林密布，人烟稀少，气候寒冷，年平均气温-2.8℃，极端最低气温-45.8℃，属我国边疆。全线地势比较平坦，低洼地带生产塔头草和大片沼泽，多年冻土呈岛状分布在中小沟洼地，其上限在0.6～2.2米之间，其它地质不良现象仅有局部冰丘。

3.1.1路基工程

本线地处严寒地带，多年冻土发育，设计宁填勿挖，所在多年冻土地段全部以填方通过，最小高度不小于1.0米。我局修建塔韩线在施工工艺和技术方面主要采取了以下几种措施：

A、对低填且地表干燥地段，填土为0.5～1.0米的路堤，在清除地表杂物（约厚1.0m）的基础上两侧取土并做好排水沟，采取横向分层填筑，这样做有利于排水。

B、对多年冻土且地表潮湿积水上限在1.5M以上的地段，首先做好排水工作，基底填筑不小于1.0米的渗水土，路基两侧边坡坡脚向外20米以内植被不破坏，有利于保护多年冻土。

C、对山间河谷且多年冻土地下冰地段基底采取用他处塔头草反扣塔头草空隙；设立顶宽3.0米，高约2.0米，坡比1：1.75保温护道，下部填1.0米以上渗水土；坡脚以外30米范围内不破坏植被，保持基底的相对稳定，如DXK81+300～DXK81+916、十七站河谷、DXK83+620～DXK83+970等地段均是如上处理方式。

D、对河漫滩浸水路堤，采取先换填水塘，取土在河滩下游100米以外，为渗水性好的卵石土，施工中增加予留宽度每侧各为50cm和予留沉落量为30cm。

E、对多年冻土高填方地段，其施工方法是先排水，基底填不少于1.0米的渗水料，增设护道，在坡脚以外约100米处增设截水沟，施工中增加予留宽度每侧各为80cm和予留沉落量为40cm。如DXK86+980～DXK87+220，DXK80+800～DXK88+910等地段均是如上处理方式。

3.1.2桥梁工程

因本线所在地区为大兴安岭多年冻土不稳定的地区，则桥梁设计时采用容许地基融化原则设计。桥梁工程施工中主要采取了以下几种措施：

A、重点工程呼玛河大桥河中墩经变更设计采用沉井基础，因为呼玛河水位是季节性变化较大，河水与地下水相连，冬季涌水量也较大，若采用明挖基础施工十分困难，采用沉井基础不但解决了冬季施工难的问题，而且赢得了时间，因为室外气温在-30℃～-40℃之间，沉井基础易于冬季施工。

B、冬季施工的防护上除严格执行冬季施工的有关规定外，安装了1吨卧式蒸汽锅炉，自制了砂石加热器，另建300平方米的砂石料预温棚。

C、其他桥梁基础工程开挖“冻结法”施工，做到了随挖、随施工、随回填，切实保证地基不遭受冻害。

D、圬工施工后，在模板周围先钉一层草袋，再挂两层棉帐蓬，夹层加锯木屑以利于保温。

E、砼运送过程中加盖帆布袋和草袋。

3.2 国道301线公路工程

我局在301国道博克图至牙克石段公路工程A标段施工中，针对多年冻土地区路基施工，有侧重地进行了科研立项，从多年冻土的物理力学性质到不良地质的危害防治进行了专项开发，目前已收到了一定成效。该段位于大兴安岭北段，海拔高度729～1037米，我局承担的20.609公里地处零星岛状永冻土带，分布在山间谷地，河漫滩、阶地及阴坡植被履盖地带，主要位于本段K198+000～K204+000及K210+000～K213+000里程段内。

3.2.1施工中采取的原则

A、保护多年冻土施工原则

本段施工对路堤填高大于等于1.5米的路堤均采用此施工方法（注：兴安岭地区沥青路面的最小临界高度经验值为1.4米）。施工中采取快速分修的方式。基底保护措施主要有：①路基基底从路基中心算起50～

100米范围内保持青苔植被不破坏；②路基第一层填方作业时，采用从端部推进的纵向法施工，严禁轮式机械在路基基底上行走；③在农田段设置2.0米宽的护道；在草地或荒地地段设置3.0米宽的护道；在沼泽湿地路段保证路基填高大于2.5米，在路堤下部1.5米高度范围内填筑碎石土（含土量小于15%），并设置防水保温护道，自然地面以上1.5米高度范围路基两侧各加宽1.0米；④采取集中指定地点取土方式，取土完毕后将取土时挖出的草皮回填。

B、破坏多年冻土施工原则

本段公路路基与岛状多年冻土外边缘交界处即为多年冻土不稳定地带，年平均地温较高，多年冻土处于不稳定状态。因此设计时采用破坏永冻土的施工处理方法。①利用“冻结法”彻底清除地表的草皮和泥炭层，停置一段时间，使基底以下冻土层自然融化至一定深度或全部融化；②根据基底季节融化层和多年冻土的性质情况，换填足够厚度的渗水土或当地非膨胀土，如K201+000～K201+150段换填1.0米，K210+700～K213+000段换填0.8米；③对半填半挖路段的填土高度小于0.5米的路堤视为路堑，分别按含水量多少进行基底换填，一般换填0.5m，并设长度约为2.0m的过渡带。

对于深挖路堑遇到多年冻土不良地质时，一般采取基底换填粗颗粒料土，上铺至少0.5米厚的粘性土隔水层，隔水层下设0.2米左右的垫层；若回填细粒土时，底部铺设一定厚度的碎石土。

3.2.2多年冻土地区不良地质现象的处理

本段公路常见的不良地质现象有：冻胀丘、冰椎、厚层地下冰、冻土沼泽等。我们在借鉴了当地以往的施工经验的基础上，结合施工中的具体实践，总结了有针对性的不良地质的处理技术：

A、防治冻胀丘、冰椎的首要方法是设计选择线路时绕开，若避让不开，则从他们下方通过。施工中防治冻胀丘、冰椎的措施主要有：①在路基上方取土，用取土坑破坏地下水渗流通路，致使地下水从取土坑边流出，本标段K212+000～K212+300采用了此方法；②加深边沟，使其深度大于永冻土上限，利用沟底的冻结使季节活动层与永冻土层在冬季形成一体，从而形成封闭的截水墙，使冻胀丘、冰椎在边沟上方发展，K203+000～K204+000段采用此方式施工。另外还有设置汇水坑和地下渗沟的方式，原理均为引水并将水排出线路以外，可以较彻底消除冻胀丘、冰椎对路基的危害。

B、厚层地下冰是形成热融滑坍、热融沉陷、热融湖（塘）的基本原因。本标段K201+300～K202+300，K210+950～K211+050段内有厚层地下冰，施工中根据具体情况进行了具体分析，分别采取了保护地下冰和破坏地下冰使基底全部换填的方式。而在K212+450～K212+500段有一热融湖，其线路右侧50m处的滨州铁路曾在该处发生很大沉降，为防止同样的病害发生，施工时在最高水位以下全部填筑渗水性材料，路基两侧加宽作防水保温护道。

C、冻土沼泽是在多年冻土地区排水不畅的地带，因冻土层形成的大面积隔水层，使地表长期过湿，沼泽植物发育并泥炭化而形成。本标段K198+000～K199+000段内存在冻大沼泽，施工中采取了加强排水，疏干地表土层，利用草皮做基底隔温层以保持冻土上限不下降，路基底部1.5米范围内全部用渗水料填筑。

3.2.3 沉降观测

通过对本段多年冻土地区路基施工中的沉降观测可以发现，沉降变形绝大部分发生在路基施工前期，而工后沉降因周期长，目前还没有整理出来，但从当地滨州铁路的沉降观测来看，永冻土路基当年下沉量最大，一般在总下沉量的60%以上，在经历两个或两个以上的冻融交替后，路基沉降将趋于稳定。

4、结束语

为了更好地开发严寒和多年冻土地区施工领域和其他工程施工领域，我单位始终坚持“争创行业一流、实现顾客期望、奉献满意工程”的宗旨，坚持“团结进取，勇于开拓，务实求精，顽强拼搏”的企业精神，在未来岁月里，欢迎各界专家、学者及新老朋友与我们进行真诚友好的合作。

参考文献

【1】游进发主编《铁路工务技术手册》北京中国铁道出版社出版1979年

【2】手册编委会主编《铁路工程地质手册》北京人民交通出版社出版1975年

【3】周振远主编《铁路工程施工监理》北京中国铁道出版社出版1993年

多年冻土区 篇6

水泥混凝土路面具有承载能力大、稳定性好、使用寿命长、施工及日常养护费用少等优点, 是高等级、重交通公路以及厂矿道路的主要类型之一。但在具体的施工当中, 如果没有严格有效的质量控制, 往往会产生一些质量问题甚至质量事故, 本文通过配合比正交试验对多年冻土区路面混凝土配合比进行优化设计, 提出适合多年冻土区混凝土的最优配合比, 并结合加漠公路漠河机场至北极村段一级公路路面工程实例, 提出路面混凝土施工质量控制的要点。

1试验原材料

混凝土原材料由水、水泥、碎石、砂、粉煤灰、减水剂等组成。原材料选择时, 按照因地制宜的原则, 可降低工程的整体造价。通过对施工附近地区各种料场进行取样分析, 确定材料如下:

1.1水泥路面混凝土采用P·O 325普通硅酸盐水泥, 为哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌水泥, 水泥的物理指标见表1。

1.2碎石采用古莲石场生产的反击式碎石, 碎石表面应无杂质、粉尘。碎石粒径为5～31.5mm, 其中, 5～10mm占40%, 10～31.5mm占60% (按最大密实度确定) 。压碎指标值小于12%, 含泥量小于1.0%, 泥块含量小于0.5%。

1.3砂采用当地产的河沙, 细度模数为2.6～2.8, 含泥量小于1.0%。

1.4粉煤灰采用I级粉煤灰, 细度 (45μm筛余量) ≤12%。

1.5减水剂除水、水泥、碎石、砂、粉煤灰受实际条件限制需要指定外, 减水剂类型较多。但不同类型、不同厂家的减水剂, 对混凝土的工作性能、强度、收缩等影响较大。

本设计采用聚羧酸超高效减水剂, 减水率20～30%。

2配合比正交试验

2.1试验方案正交试验设计是利用“正交表”进行科学安排与分析多因素试验的方法。其主要优点是能在从很多试验方案中挑选出代表性强的少数几个试验方案, 并且通过这少数试验方案的试验结果的分析, 推断出最优方案。

将水胶比、水泥用量、粉煤灰、砂率等4个因素, 进行影响因素4水平的正交试验 (表2) 。

2.2确定配合比根据正交试验对混凝土28d抗折强度影响因素的分析, 结合所采用原材料的性质、混凝土的和易性、施工条件等, 确定适合多年冻土区混凝土配合比见表3。

3路面混凝土力学性能测试

3.1弹性模量测定

通过图1可以看出路面混凝土弹性模量较普通混凝土 (弹性模量<36GPa) 高, 且初期弹性模量增长较快, 10天后趋于平缓。4天弹性模量达到37.7GPa, 满足路面施工要求。混凝土龄期超过28天后基本无增长趋势。

3.2混凝土抗冻性试验

加漠公路漠河机场至北极村段一级公路路面采用抗冻等级F300级的路面混凝土, 通过快冻法检验其抗冻性能。

试验按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》 (JTG E30-2005) 中规定进行。试件标准养护28d后进行冻融循环试验。冻融循环次数以3个试件相对动弹性模量的算术平均值P表示, 当P≤60%或质量损失达5%时的冻融循环次数, 即为试件的冻融循环次数。

从表4中得知, 路面混凝土经过300次冻融循环后, 相对动弹性模量和质量损失都在规范要求的范围内, 具有较高的抗冻融性能。

4施工质量控制

4.1混凝土的拌合与运输混凝土拌制通常要求采用带电子计量的强制式混凝土搅拌机。混凝土拌合场质量控制除了常规的原材料质量、施工配合比项目外, 需要重点加强的是搅拌时间的控制, 以使混凝土拌合物搅拌均匀。

混凝土运输车辆数量应根据现场具体情况与拌合、浇筑施工速度等适应, 同时要求车厢密封不漏浆, 并有一定的减振设施, 尽可能减少混凝土因运输颠簸而发生离析。

4.2混凝土入模及振捣混凝土入模时, 要防止混凝土直接冲撞模板, 人工作业混凝土摊铺时, 应优先摊铺模板拼缝和模板与基层的封堵处, 然后再铺摊其余部位。

混凝土路面施工目前多使用排振架完成混凝土的振捣, 对于大面积的混凝土振捣, 使用排振架振捣2～3遍能达到振捣密实的效果, 但对于靠近模板处以及边角部位、涨缝、补强钢筋处则必须辅以插入式振捣棒进行振捣, 保证整个路幅范围内的振捣均匀密实。振捣过程中发现混凝土不足应及时补料, 同时及时清除多余的水泥砂浆。

4.3混凝土养护路面混凝土与其他混凝土相类似, 浇捣完成之后28天内应保持合适的温度和湿度, 以利于混凝土强度的形成, 加漠公路漠河机场至北极村段处于高寒地区, 早晚温差大, 在施工时还应注意混凝土的防冻工作, 准备必要的土工布或塑料薄膜, 严格控制足够的养护龄期, 确保砼的工程质量。

5结论

通过路面混凝土配合比正交试验和冻融试验, 得到适合多年冻土区路面混凝土的最优配合比是:水泥:粉煤灰:砂:碎石:水:减水剂=320:112:732:1194:125:4.32, 并总结了控制混凝土路面施工的一些方法和措施。

参考文献

[1]刘文卿.实验设计[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]陈魁.试验设计与分析[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[3]中华人民共和国交通部.JTG F30-2003公路水泥混凝土路面施工技术规范实施手册.北京:人民交通出版社, 2003.

[4]中华人民共和国行业标准.JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程[S].北京:人民交通出版社, 2000.

高原多年冻土区桩基础施工技术 篇7

1.1“江仓曲特大桥”位于青海省天峻县木里镇多年冻土区, 铁路里程为DK96+350, 本桥为13×32m+2×24m后张预应力混凝土梁, 桥全长491.6m, 曲线半径R=600、L=711m, 采用T型桥台, 圆形墩, 全桥均采用φ125钻孔桩基础, 钻孔桩共66根, 设计总长度1021m, 为排泄洪水而设。

1.2该桥施工有效工期短、施工难度大、环保要求高、气候恶劣、地质复杂等情况, 是严重制约工程进展的主要因素。

1.3多年冻土地区铁路桥梁工程, 由于地基冻融作用、不良地质现象 (冰丘、融冰滑塌、融冻泥流等) 的影响, 使桥梁基础易产生各种病害。主要原因是施工方法不适当、缺乏经验或对地质资料认识不充分而采取的工程措施不妥当引起的, 要想克服上述的困难, 就要采取合理的施工方法。

1.4在柴木铁路施工中, 业主对环保要求非常高。严禁破坏草皮、植被、堆放垃圾、车辆下道入草皮行使等, 同时也规定了施工人员的活动范围, 还规划了施工场地, 并要求施工场地必须清洁、平整。

2、施工准备

2.1钻孔施工前对钻机的选择

在柴木铁路项目上对钻机的选择是非常严格的, 它不但要求功效高, 机动性强, 还要求避雷装置、室内保温措施等设备都要齐全, 另外最重要的是必须达到柴木铁路上高标准的环保要求。经过试验和工程实践证明, 旋挖钻机具有功效高、机动性好的特点, 能够适应多年冻土区的各种地质情况, 由于无需采用正反循环排渣, 不会污染环境, 特别适合柴木铁路高标准环保要求, 并可以把冻土热平衡的影响降到较低限度。这样可减少钻孔时产生的热量对天然冻土的影响。

2.2测量放样

首先测量放样, 定出基础各桩的桩位, 桩的纵横允许偏差不大于±5 cm, 并在桩的前后左右设置护桩 (一般距桩基中心点3m) , 以供随时检测桩基的中心和标高。钻孔场地布置尽量以填代挖, 以减少对原地表开挖引起的热扰动。钻机底座下发动机散热部分铺设聚苯烯隔热板, 以减少对地基土的热侵入。

3、埋设护筒

3.1在高原冻土区钻孔桩施工中, 埋设护筒除保护孔口, 使钻孔作业正常进行外, 还降低冻土对桩基的抗拔力的载体。具体来讲就是将护筒埋入冻土上限以下一定的深度 (>50cm) , 并在护筒外表涂上渣油, 成桩后护筒不拆除, 以减少外表的亲水程度, 减少冻土对桩的上拔力。护筒采用10mm厚的钢板卷制而成, 内径比桩径大15～20cm。在采用循环钻机湿钻法时上部应高出地面30cm以利排渣。

3.2桩基施工完毕后护筒不取出, 靠其外侧所涂渣油减少冻胀力对桩基产生的不良影响。

3.3护筒埋设时要将护筒中心与桩中心对准, 误差不得超过5cm, 护筒上下垂直度不大于1%的护筒长度, 在地质情况比较复杂、地表水较大、易坍塌的情况下, 可采取下述方法处理:先做一个更大的护筒 (比桩径大50～60cm) 用振动打桩锤沉入, 该护筒不断跟进以保证钻孔成型。

4、旋挖钻机干法钻孔

4.1护筒埋设完毕之后, 进行正式钻进, 旋挖钻进是利用旋挖钻头杆顶的液压马达往下压, 同时利用旋挖钻头的旋转切入土体, 土被挤入料斗中, 再提出孔外, 直接装入自卸汽车, 保持施工场地的清洁平整, 做到无废渣、无污水, 严格按照环保要求进行施工。在钻进过程中, 不同的地质选用不同的钻头, 岩性地层用尖底钻头。

4.2开始钻进冻土层时应准确保证钻杆垂直, 加大钻杆对土层压力, 并缓慢进尺;采用高转速、小跟进、量均压钻进。在含水量较大的塑性土层中钻进时, 要减缓进尺速度, 减少钻杆晃动, 以免扩大孔径, 当进尺达到设计标高时, 在原处正向空转数圈, 然后停止提升钻杆超过地面, 用钢板覆盖钻孔。

4.3江仓曲大桥柴台、11号墩、12号墩、13号墩、14号墩和木里台均为干孔, 在钻进时地面以下4m为圆砾土, 地表水比较少, 有轻微的坍塌现象, 不影响进尺;在18m处为砂岩岩层, 其硬度达到500MPa, 桶式钻头很难进尺。措施:采取尖底螺旋钻头以高压力、小跟进的办法将硬岩一层一层拔掉, 然后用桶式钻头清孔, 再继续用螺旋钻头进行小跟进。

5、湿式钻孔

5.1在粘性土、砂类土、碎石类土处于地表水位以下, 干法作业不能保证孔壁稳定时, 采用湿法钻孔作业。江仓曲大桥的三号墩、四号墩、五号墩、六号墩、七号墩、八号墩就遇到了这种情况, 用干法钻根本就行不通, 坍塌非常严重, 无法进行钻孔桩施工。在被迫无奈的情况下我们采用了湿法作业, 采取湿法作业须注意的是注重环保, 不要让泥浆四处流淌, 破坏植被以致造成环境污染。

5.2泥浆拌制及废渣处理:钻孔时泥浆采用优质红粘土, 采用制浆机拌制, 存入混凝土泥浆池中, 现场设泥浆池、沉淀池各一个, 串联并用, 钻孔桩所需泥浆不得随意排放, 需运至指定地点倾倒, 不得就近挖坑作泥浆池。泥浆温度根据现场条件确定, 在冻土区宜采用低温泥浆。

5.3钻孔:开钻时先慢速钻进, 钻至护筒下1m后, 再以正常速度钻进, 在钻进过程中应该经常进行泥浆循环, 将钻渣捞出并沉淀后及时排除, 并随时注意土层的变化;对软性土等容易坍塌的土层宜采用低档慢速钻进, 加强施工过程控制, 并应对钻进地质情况做好记录。

5.4清孔:当钻至设计标高后, 经测量确认到位后, 停止钻进及时清孔。清孔采用换浆法将钻头提起约30cm, 钻头不停转动, 泥浆循环不断进行。不得用加深孔深来代替清孔。

5.5检孔:成孔过程中及成孔以后混凝土灌注之前, 对钻孔的孔深、孔径及孔底质量进行检查。孔深检查采用测绳 (需校正后) , 先在成孔之前测三至五次检查孔底的沉渣厚度, 使沉渣厚度不得超过30cm, 如超过, 继续清孔直到沉渣厚度小于30cm。然后, 再等1h后检查孔深, 如果孔深已达到设计标高, 然后再用测绳向孔的周边靠近, 让测绳的底部靠近孔底的边缘, 看上部孔顶测绳离孔顶边缘的距离, 测算出孔的倾斜率。倾斜率不得超过1%。成孔之后用与钻孔桩桩径相同的笼式探孔器再进行检查, 检查孔径及孔形是否合适, 并作好记录。

6、钢筋笼的安装

在检孔完毕后, 安装钢筋笼之前, 必须检查制作好的钢筋笼是否有锈渍、变形, 长度以及保护层的位置是否符合设计规范要求等, 待这些方面都符合要求时安装钢筋笼, 注意钢筋笼的弯曲度不得超过1%, 下好之后, 将钢筋固定好, 以保证钢筋笼不上浮和移动。

7、灌注桩身混凝土

7.1在桩基成孔之后, 快速安装钢筋笼, 以减少成孔的闲置时间, 并对孔内的温度进行测量, 根据不同深度测量3～5个点的温度, 取平均值, 用以控制混凝土的温度。桩基础混凝土采用低温早强耐久混凝土。若来不及灌桩, 要用钢板盖住孔口, 其上覆以草袋等保温隔热材料。干法作业和湿法作业半成孔的桩, 均采用导管灌注混凝土, 靠混凝土反压导管形成的扰动来起到振捣混凝土的作用。

7.2低温早强耐久混凝土在拌合站集中拌合, 混凝土罐车运输至现场。运输时宜以2～4r/min的转速运转, 卸料前再以常速搅拌, 同时混凝土运输允许延续时间不宜大于下列规定:

混凝土灌注时, 输入冻土的热量较大, 因此应严格控制入孔混凝土的温度, 尤其对于高含冰量冻土桩基地段, 混凝土入孔温度控制在0～5℃范围。湿法成孔的钻孔桩, 在灌注混凝土前要复测沉渣厚度和孔内泥浆稠度是否符合规范要求。在混凝土灌注完毕后, 应在桩表面覆盖草袋蓄热保温, 以利于桩顶的养护。

8、桩基回冻

8.1桩基回冻是柴木铁路高原多年冻土区基础施工一大特色。在多年冻土地区, 桩基工程施工改变了地基的热平衡, 施工活动产生的各种热量 (钻孔的摩擦热, 灌注桩混凝土的水化热等) , 使桩基地温场急剧变化, 引起桩周地基土一定范围升温及融化。经过一个阶段的热交换过程, 地基土及回填料恢复冻结状态, 使之形成新的热平衡状态称为回冻完成。

8.2在相同的地基条件下, 钻孔灌注桩施工中对地基输入热量依次增大, 热作用的范围及地基土的增温值也依次增大, 回冻时间也依次加长, 当桩在多年冻土中的年平均地温为-0.5～1℃时钻孔桩需要70d完成回冻时间。

8.3确定钻孔灌注桩回冻时间是判断桩基承载力的重要依据, 而且混凝土温度与地基温度的变化规律是选择混凝土防冻措施和混凝土拌合用料温度的根据。既要使桩基在规定的时间内达到要求的承载力, 又要使混凝土有足够的正温水化过程的时间要求。

8.4桩身混凝土灌注完毕后, 须待桩周围地基土回冻达到设计要求, 方可进行承台以上部分的施工。由于回冻过程受地温、岩性成分、含水量、地表水、施工季节、施工工艺等多种因素的影响。因此, 要慎重对待, 在对不同条件下, 具有代表性的桩周地基上的回冻过程进行监测, 以确保合适的回冻时间, 更好的组织施工。

9、结论与体会

9.1采取上述施工方法, 我部在高原冻土地区施工的钻孔桩进展顺利, 经铁五院试验检测中心检测人员采用低应变对桩基的完整性、桩身混凝土的检测, 我部施工的江仓曲大桥桩基质量等级除少量为Ⅱ类桩外, 其它均为Ⅰ类桩。

9.2在桩基混凝土施工过程中, 必须严格控制混凝土的入模温度, 严禁混凝土入孔时温度不合适而严重破坏冻土层热量平衡, 影响桩基整体质量。

9.3在控制基础回冻时间时, 要严格按照回冻时间进行控制, 并在回冻期内要不断的观察基础工程的地基沉降情况, 做好记录。

多年冻土区 篇8

1 试验工程概况

本试验工程起讫里程为DK1229+400～DK1229+452,位于青藏铁路沱沱河试验段。试验段地处高原亚寒带半干旱气候区,属高寒草原生态系统,每年9月～次年4月为冻结期,年平均地温-0.5℃～0.0℃,属高温极不稳定区。冻土的天然上限为2.65 m。融区内最大冻结深度5.0 m。附近草地中有地表水形成的河流融区和太阳辐射形成的渗透～辐射融区,多年冻土类型为岛状多年冻土。本试验工程选取的移植乡土植物为紫花针茅,它是沱沱河地段天然生长的主要建群种,属禾本科,对比植物为矮火绒草与青藏苔草。

移植乡土草皮试验工点路基的阳面坡长7.2 m～8.0 m,阴面坡长6.0 m～6.5 m,路堤高约5 m,坡率1∶1.5。试验铺砌移植草皮722 m2(阳坡为327 m2,阴坡为395 m2),其中,紫花针茅采用人工铺砌移植方法,矮火绒草与青藏苔草采用人工栽植,同时分别铺10 cm,15 cm和20 cm厚熟土(即紫花针茅植物生长层表层土壤厚度),然后配加保水剂等材料,具体分布见表1。

2 现场试验

在边坡中部垂直于坡面布置了3个观测断面(DK1229+409,DK1229+426,DK1229+443),深度分别为10 cm,20 cm,40 cm,用于路堤边坡表层土体的温度观测。每个断面设2个测试孔(阴、阳坡面各1个,均设在边坡中部位置)。

2.1 现场土壤含水率试验

对移植植被路堤边坡的不同地块以及未移植植被的路堤进行取样,送试验室做土壤含水率的试验,取土深度为20 cm,即达植物根系生长的有效生长层。

阴坡和阳坡路基土壤含水率均明显高于普通路基,这说明植被起到了涵养水源、减少蒸发的作用,有效的减少了水分的流失。2005年移植草皮地块的平均土壤含水率为11.66%,2006年为13.14%,远远超过植物的生理需求指标(砂壤土的凋萎系数为6.6%),说明移植的植物具有很好的涵养水源的作用。

其土壤含水率有时比未加保水剂的地块低,这说明采用的保水剂不适用于青藏高原。

2.2 植被成活率统计

截止到2007年9月中旬的统计中发现:青藏苔草的平均成活率达16%;矮火绒草达99.2%;紫花针茅达100%。青藏苔草的大部分根系腐烂,植株已经死亡;多数矮火绒草和紫花针茅已经开花、抽穗,其长势不错,生长强度较强;同一种植物阴坡比阳坡长的茂盛,矮火绒草阴坡比阳坡的团簇状多、密集,紫花针茅阴坡比阳坡长的稠密、植株高,这主要是因为阴坡的植物太阳辐射较阳坡的弱、蒸发量较阳坡的小、含水率较阳坡的大,对植物细胞原生质破坏少,植物体内的叶绿素损失少,再加上较充足的水分条件,因而阴坡植物茂盛。

采用现场作对比调查的方法进行植被成活率的统计,统计结果如下:1)青藏苔草的成活率逐年降低,到2007年青藏苔草的平均成活率仅为16%;而矮火绒草和紫花针茅的成活率却很高,到2007年矮火绒草平均成活率达99.2%,紫花针茅平均成活率达100%。2)同一种草在采取相同的技术措施下,总体上阳坡植物的成活率高于阴坡,这是因为在阳坡植物进行的光合作用多,加速了植物体内的新陈代谢,有利于矿物元素和水分的运输和吸收,加快了植物对不良环境的适应能力,促进了植物的成活。从现场调查中发现成活的植株中,阳坡植物没阴坡植物长的茂盛,这是由于植物接收太阳辐射中的紫外线阴坡比阳坡少,对植物细胞原生质破坏少,植物体内的叶绿素损失的少,再加上较充足的水分条件,故而比阳坡植物茂盛。3)不同草种在相同的技术条件下,草种成活率是紫花针茅>矮火绒草>青藏苔草。4)紫花针茅、矮火绒草2006年、2007年的植物成活率比2005年的高,这主要是由于2005年植物刚移植到坡面,草地植物进入根部的有机物质被暂时中断,由于它没有进行光合作用的能力,草地植物的生长主要依靠其地下器官贮藏的营养物质动态维持其再生,为了减少蒸腾所引起植物体内水分过多的散失,植物主动采取停止地上部分生长的半休眠状态,逐步调节自身生理器官对新环境的适应。到2006年、2007年植物性能已经逐渐调整和恢复,开始进行地上部分的生长,出现“死而复活”的现象;而移植的青藏苔草2006年、2007年的植物成活率比2005年的要低,这主要是因为:青藏苔草属直根系植物,直根发达,而须根却很短(仅2 cm～3 cm)。在试验段路堤坡面上土壤以粗砾石为主,细砂土很少,青藏苔草的根系扎不进,吸收不了足够的水分和养分来维持植物的正常生长;另一方面可能是挖移时伤了青藏苔草的根系,影响其成活。

2.3 积温分析

为了说明移植乡土草坡面经过两个冻融循环,其下坡面表层的温度变化情况,在这里引入了系数n(路堤表面的积温与空气积温之比),即n=Is/Ia,其中,Is为路堤表面的积温;Ia为空气的积温。通过计算融化期的nt和冻结期的nf,掌握移植乡土草坡面表层的热量变化。

从图1中发现2005年～2007年空气正积温逐渐减少,负积温逐渐增加。

不管是阳坡还是阴坡其融化期的nt随着时间的变化呈减小趋势;冻结期的nf随着时间的变化,基本上不变化。这说明进入移植乡土草坡面土壤中的热量减少了,但进入土壤的冷量保持不变。移植乡土草很好的起到了阻止热量流入土壤的作用,保证了路基下冻土不退化,从而保证了冻土上限不下降,有利于路基的稳定性。

3 结论及建议

1)在沱沱河地区路基边坡上采取移植乡土草皮进行护坡是可行的。可利用取、弃土场等废弃草皮中的紫花针茅、矮火绒草、青藏苔草为主的草皮进行路基坡面防护。紫花针茅和矮火绒草须根发达,能起到固持土体、增加土体抗蚀性、防风蚀性等作用,而且对恶劣环境适应性强,长势较好,成活率高。它们是高寒草原地段推广移植乡土草的首选植物。2)在进行植被营造时,应首先充分利用取、弃土场铁路路基原表面等废弃草皮,由于青藏高原生态的脆弱性,千万不能破坏天然植被挖取草皮;在没有草皮来源时,可以采用人工植草进行护坡。3)应尝试进行移植、种植草皮混合的试验,这样可以发挥植物不同种之间的优势,利于植物的生长。在移植植物的块与块之间的空隙处用拌有植物种子的细颗粒土填实,这样有利于植物连成一个整体,防止移植的植物块体向下滑移。有利于保持坡面的稳定性,也有利于在草皮护坡时草皮与坡面很快结合生根,成为一体。经过一段时期后,就能形成一个长期稳定的植物群落。

摘要：为研究草皮护坡在多年冻土区路基边坡工程中的应用效果,在青藏铁路沱沱河地区进行了草皮护坡结构的试验研究,研究结果表明,移植草皮护坡,在多年冻土区路基边坡工程中是比较好的防护措施,能够起到防护路基边坡的作用。

关键词：多年冻土,路基,草皮防护

参考文献

[1]马巍,程国栋,吴青柏.青藏铁路建设中动态设计思路及其应用研究[J].岩土工程学报,2004,26(4):537-540.

[2]中国科学院兰州冰川冻土研究所.冻土路基工程[M].兰州:兰州大学出版社,1988.

[3]铁道第一勘察设计院.青藏铁路试验工程科研项目成果报告[R].西安:铁道第一勘察设计院,2008.

[4]王引生.土工格栅在青藏铁路多年冻土区路基工程中的应用[J].冰川冻土,2003,25(3):355-358.

多年冻土区 篇9

青藏铁路多年冻土区半填半挖路基工程施工方法与内地普通施工方法相比有下列特点:

(1) 注重挡水、排水工程的施工。

(2) 采取了换填、保温板、复合土工膜、“U”型水沟、挡水埝等施工措施。

(3) 注重施工时段, 适合暖末寒初施工, 尽量避开每天的日照强烈时间。

(4) 采取快速施工, 以减少热侵蚀, 防止路基热融滑塌。

2 工艺原理

通过地基处理、换填、保温板、加强排水系统等措施, 在填筑开挖等各工序方面控制质量标准, 确保半填半挖路基的稳定。

3 适用条件

适用高原多年冻土区和融区铁路、公路路堤与路堑过渡段施工。

4 施工工艺

半填半挖路基主要有低含冰量冻土地段和高含冰量冻土地段路基两种类型, 低含冰量冻土地段半填半挖路基主要采取换填和加强排水的措施 (见图1) ;高含冰量冻土地段半填半挖路基主要采取换填、保温隔热板、复合土工膜及挡水埝等施工措施 (见图2) 。本工法主要用于高含冰量冻土地段半填半挖路基施工。

4.1 工艺流程见图

4.2 施工操作要点

4.2.1 施工准备

(1) 组织对现场施工人员进行环保及多年冻土知识培训。

(2) 准备充足的机械车辆、物质材料, 同时准备雨雪天所用盖布和遮阳用布及临时支架等, 便于对暴露部分进行及时覆盖。

(3) 冻土段半填半挖施工前, 要先做好临时排水和永久排水, 以免造成水对冻土的侵蚀, 破坏路基。

(4) 进行认真的现场施工图核对, 编制《多年冻土区半填半挖地段施工组织设计》和《作业指导书》。

(5) 将施工期放在寒末暖初或暖末寒初, 尤其适合暖末寒初施工, 此期间热融相对6、7、8、9月份活动较弱。

(6) 对施工便道、车辆及机械的行走路线进行规划。

4.2.2 排水系统施工

无论是地表水还是地下水, 它的流动和侵入都会带来大量的热, 使多年冻土融化, 上限下降。在季节融化层的冻结过程中, 丰富的水分引起地基工程强烈的冻胀。因此, 多年冻土区施工前首先做好临时和永久排水系统施工, 半填半挖路基做好临时和永久排水系统, 临时排水系统如临时排水沟施工, 永久排水如堑顶挡水埝等。

挡水埝底部设置SPRE隔水板, 隔水板底部低于冻土上限0.5 m以上, 顶部进入挡水埝0.4 m, 使水在路基中不能流动, 避免路基底多年冻土融化, 上限下降, 产生下沉。埝外设排水沟, 挡水埝迎水面铺筑混凝土块板。混凝土块板背面铺设750g/m2二布一膜的复合土工膜, 其下设0.1 m中粗砂垫层。

挡水埝采用专业队伍施工, 施工时不得破坏原地面和地表植被。挡水埝施工原则上安排在寒季末、暖季初进行, 填料宜选粘性土, 严禁采用冻土作填料, 挡水埝按设计位置分段、分层开挖填筑, 并先于路堤安排施工;采用挠钩松土, 挖掘机清土的施工方法, 挖掘机倒行, 一次开挖到位, 施工时将冻土放至挡水埝范围内, SPRE卷材可沿侧壁安放, 原土回填, 夯填密实, 一次施工段落不超过50 m, 要采取快速施工方法。挡水埝上部填土按设计指定位置运输、取土, 采用汽车运土, 人工摊平, 摊铺厚度不大于20 cm, 小型压路机或振动夯碾压密实, 其密实度可较路基本体密实度标准降低5%。迎水面铺设的C15混凝土块板和复合土工膜, 可待路基施工完毕再开始施工, 以节约时间。挡水埝成型后, 对迎水侧流水面进行疏通, 高低不平、排水不畅地段要进行填平挖除, 确保排水顺畅。

4.2.3 半路堑开挖

采用分层分段开挖的方式进行挖掘机开挖, 自卸车运土的方式。遇到岩石, 必要时进行爆破开挖。

(1) 施工面过短, 机械施展不开, 过长则不能将暴露部分及时进行处理, 一般每次施工断面长度不超过50m。

(2) 在开挖过程中, 如遇到岩石, 机械无力移出, 可进行爆破松动, 挖掘机开挖, 机械车运送的方式。

(3) 坡面开挖过程中和挖成后, 白天用遮阳布覆盖, 减少吸入阳光热量对多年冻土的热量传输, 避免热融滑塌。

(4) 施工地段雨雪无常, 为防止雨水冲刷, 一方面将坡面全部覆盖, 另一方面在挖方侧做出临时排水沟。

(5) 路堑成型后及时进行人工刷坡, 达到设计坡率后, 将边坡自下而上逐层夯拍密实。

(6) 挖方地段草皮不得破坏, 将发育良好的草皮挖出堆码好后, 统一进行移植。

(7) 将原地面表层粘性土开挖后堆放在堑顶, 用以做堑顶包角之用。

4.2.4 路基换填

换填处理的范围、程度 (边坡和基底全部换填还是部分换填) 根据冻土层的分布、坡面朝向、地温等情况确定。施工时, 对设计给定的设计图与现场情况进行核对, 确定出准确的处理范围。

施工前按多年冻土环境保护要求选好临时弃土场地、修建施工便道, 同时选好换填粗颗粒土, 做好土工试验, 准备好施工机械, 保障施工的连续进行。

清除冻土层, 地面横坡陡于1∶5时, 开挖成台阶进行处理, 台阶的宽度不小于1.0 m, 高度不大于50 cm, 然后按设计进行回填处理。开挖一段, 处理一段, 工作面不宜过大, 快速施工。如果必须在暖季开挖, 则采取临时隔热防护措施, 如设遮阳板、遮阳棚或保温材料覆盖等, 做到快速开挖、紧随防护、及时回填。换填填料选用粗颗粒土或卵砾石土, 分层回填、压实, 其填筑压实质量标准根据所处位置, 换填厚度和边坡坡率应符合设计要求。

半填半挖路基以路堑换填顺接。

4.2.5 聚胺脂板铺设及垫层

聚胺脂保温板铺设于路肩面下0.8 m处, 并自路基中心向两侧成4%的排水坡, 板上下各设0.2 m厚的中粗砂垫层。

当路基换填高度到路肩下1.0 m时, 施工隔热保温层下垫层, 下垫层采用压路机、平板式压实器压实, K30检测合格后, 方可进行聚胺脂板铺设。

聚胺脂板施工时段, 尽量安排于每天9点前21点后时段施工, 以减少对路堤的蓄热。块与块之间接口部位剪为45℃斜口或企口, 接缝粘接采用厂家提供的粘结剂, 粘结紧密。边铺设边浇注, 浇注时要细心操作, 均匀浇注, 接缝处应连续浇注, 浇注材料不能过多, 也不能过少, 更不能留下空段。聚胺脂板铺设完毕, 凝固期过后, 即可填上垫层, 避免保温板长时间暴露。

上垫层采用人工摊铺、人工整平、小型压路机或振动夯碾压, 填筑后, 即可按基床填土施工, 填土层厚30 cm, 即可上机械压实。

4.2.6 复合土工膜铺设

高含冰量半填半挖路基在路基面下0.2 m处铺设一层两布一膜的复合土工膜, 土工膜上下各平铺一层0.1 m厚中粗砂垫层。

中粗砂垫层洁净, 无尖锐物, 以防刺破土工膜, 中间向两侧设4%排水坡, 土工膜采用搭接连接, 搭接长度一般不小于0.2米, 铺设时要求上游压下游, 土工膜平整无褶皱, 与下垫层密贴。铺设到U型水沟位置时, 注意在U型水沟下铺设圆顺, 土工膜不得截断, 搭接不得在水沟接头附近, 保证路基土工膜上的20cm隔水层上的水通过U型侧沟泄水孔流入沟内, 同时, 路堑边坡换填底面与原地面衔接处土工膜也与路基面下0.2m处土工膜搭接好。

上垫层中粗砂人工摊铺、人工整平, 连同路基基床表层、路拱等一次到位, 用小型压路机碾压。

4.2.7 边坡回填

在路基换填的同时, 边坡回填压实同步施工, 路堑边坡换填底面与原地面衔接处注意铺设土工膜, 边坡回填料采用粗颗粒土, 压实标准同路基本体。边坡回填至堑顶, 用堆放在堑顶的表层粘性土, 进行堑顶包角, 施工时尤其注意堑顶包角压实度控制。

4.2.8 排水系统完善、路基整修

挡水埝刷坡修整、埝外排水沟的修筑、铺设复合土工膜和C15混凝土块板;“U”型侧沟的拼装、砌缝、沉降缝等排水工程进行完善。

半填半挖路基施工完毕, 及时进行路基表面清理、边坡修整、路拱成型, 需要进行边坡防护的及时进行防护, 同时半填半挖路基要埋设观测桩, 进行路基沉降和位移观测。

5 机具设备 (见表1)

6 劳力组织

(1) 管理人员

2名

(2) 技术人员

1名

(3) 机械司机

7名

(4) 维修工

2名

(5) 调度员

1名

(6) 测量试验人员

5名

7 质量控制标准

按路基压实度所处位置进行质量标准控制, 压实度见表2。

聚胺脂板:密度不小于55Kg/m3, 导热系数不大于0.021w/m℃, 吸水率不大于4%, 在压缩变形量不大于5%时, 抗压强度不小于0.3Mpa。

复合土工膜:厚度不小于0.35 mm, 渗透系数不大于1×10-11cm/s, 顶破强度不小于12kN/m, -45℃低温下冻融循环200次抗拉强度及顶破强度不小于设计标准, 具有长期的抗老化性能。

8 安全措施及环境保护

(1) 车辆运输注意安全, 严禁疲劳驾驶和酒后驾驶。

(2) 通信光缆、输油管道进行标识和安全保护, 严禁施工过程中破坏。

(3) 高原施工, 施工人员的劳动时间不得过长。

(4) 机械车辆沿便道行走, 不得破坏沿线植被。

(5) 进行草皮移植, 保护环境。

多年冻土区 篇10

中国的多年冻土面积占国土面积的22.3%,在世界上占第三位,分别分布在我国西南、西北和东北地区[1]。“十五”期间我国集中力量建设西气东输、西电东送、青藏铁路及青藏公路等一批具有战略意义的重大项目,都面临着冻土问题。青藏公路自1954年始建以来,承担着85%~90%的进出藏物资货运量以及67%的客运量,对西藏地区的政治稳定、民族团结、社会发展、经济繁荣和我国的西南边防建设起到了决定性的作用,被誉为西藏的“生命线”。然而,由于青藏线穿越青藏高原腹地高海拔、低纬度的多年冻土区,冻土灾害时有发生,造成了公路路基不均匀沉陷、波浪、滑溜,局部路基开裂等灾害,沥青路面则表现为纵缝、横缝、网裂、龟裂,局部路段存在坑槽、松散、泛油等病害,严重影响了青藏公路的通行能力[2,3,4,5]。

多年冻土区工程地质勘察是多年冻土区公路建设的基础工作,其目的是为设计与施工提供详实的冻土区工程地质资料和必要的设计参数。然而,由于多年冻土的特殊性,决定了多年冻土区与一般地区的公路工程地质勘察的常规方法及勘察项目存在较大的差异性。同时,由于我国地域辽阔,不同的地区——如东北冻土区、西北冻土区、西南冻土区等,其冻土特征亦不相同,使得冻土区工程地质勘察套用现行有关技术标准缺乏合理性。另外,目前执行的规范、规程也只对其钻探、试验方法等作了一般规定,对于工程物探在冻土区的工作方法涉及较少[6,7,8]。而且在多年冻土地区开展物探工作会遇到比非冻结地区更为复杂和多变的勘探对象,如何在众多的物探方法中选择有效的方法技术,对冻土的多样性进行快速、准确的识别,成为在多年冻土区开展各项工作的关键和基础。

在多年冻土区开展物探工作时不能完全照搬非冻土区的物探方法所取得的成果[9,10],本文对探地雷达在多年冻土区工程地质勘探中的应用效果进行了理论分析与对比研究,摸索出一套适合冻土区勘察的物探野外工作程序和资料处理模式,最终达到准确、快速了解冻土区内及冻土体内诸多关键参数的目的,是一项既有现实意义,又富有挑战性的工作。这也是开展寒区工程物探研究工作的目的所在,对于解决工程实际问题和深入地了解寒区工程地质环境等科学问题具有重要意义。

1 探地雷达野外工作布设

本次研究中使用的是加拿大感应与软件公司的EKKO10仪器,其标称的最小探测深度为20cm,最大探测深度为50m。而EKKO10仪器通过使用不同频率的天线最小可探测对象尺度为毫米级。

1.1 勘测方法和频率的选择

目前常用的双天线探地雷达勘测方法主要有两种,即剖面法和宽角法。最常见的为剖面法。在纵剖面、横剖面的勘测中均可使用剖面法进行雷达勘测。在纵剖面的勘测中,使用连续记录方式,在公路上均匀连续进行勘测;在横剖面的勘测中,先用测尺标定各测点的准确位置,然后采用间断勘测方式在剖面各测点上进行勘测。在勘测中使用与信号强度成反比的自动增益控制,以弥补信号传播过程中信号幅值的衰减。为减少天线和地面的耦合噪声,在工作中选用高通滤波方法。

在野外勘测实践过程中,可以根据勘测深度及勘测精度等具体要求,并针对不同地质情况分别使用12.5、25、50、100、200MHz几种天线中的一种,或同时使用几种开展工作。主要目的是最大限度地满足勘测深度和精度的要求。

1.2 探地雷达剖面的布设

在多年冻土地区公路工程地质勘测中,考虑到勘测的目的主要是了解多年冻土及地下冰沿公路的纵向分布情况,因此在雷达剖面布设过程中,主剖面应沿公路的走向布设。同时考虑到公路下土层季节融化深度、季节冻结深度、融化核及地中温度场分布的不对称性,以及探地雷达资料的相互印证、校核和修正等因素,在每一典型区域应布设若干横剖面。一般横剖面的起始点、终结点应布设到没有受到路基温度场影响的公路两侧的天然场地中,横切或垂直公路走向布设。对部分疑难地段可进行加密勘测,或在天然场地添加辅助剖面以增加对多年冻土的分布情况分析的准确性。

1.3 勘测剖面位置的确定

在探地雷达正式开展工作之前,应准确确定勘测剖面的位置,包括剖面起点、终点、剖面的长度及走向,还应包括勘测地区的地形变化情况。在勘测过程中对于特征点对应的探地雷达的勘测道号应及时加以记录。

2 数据资料的采集和处理

2.1 探地雷达数据采集

雷达图像常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑白表示,或者以灰阶或彩色表示,这样,不同时间对应的同相轴即可形象地表征出地下反射面或目标体。在波形图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形,构成雷达剖面。根据雷达图像就可以判释地下不明障碍物。

地质雷达的探测深度和探测效果,除了与野外测量参数(中心频率、时窗、采样率、测点点距和发射接收天线间距)的选择是否合适有关外,还与实际工作时雷达参数(系统增益、可程序窗、可程序采样间隔及可程序叠加次数等)的选择有关。

2.2 探地雷达数据处理

对雷达信号进行预处理,包括调整零点和相位、编辑道号、剔除坏道、修正野外工作参数、高程文件的建立和雷达剖面的高程修正以及数据文件的调整等。

2.2.1 雷达信号分析计算

包括有关空间滤波、时域滤波、带通滤波、褶积计算、最佳函数增益确定和有关计算参数的调整等。通过探地雷达纵剖面、横剖面计算结果的分析,结合实际工程地质条件和冻土环境条件,进行雷达勘测剖面的冻土工程解释,重点进行多年冻土上限以及上限附近多年冻土的类型和分布情况的解译,并在此基础上可对勘测路段进行冻土工程地质评价。

2.2.2 勘察资料的成图

在上述工作的基础上,可应用CAD软件进行综合冻土工程地质剖面图的成图工作。该图应反映了不同路段地下约20m范围内地层、岩性等地质情况以及多年冻土上限、上限附近多年冻土的类型和分布情况,并对不同路段进行了简单的工程地质评价。

本项勘察工作重点是,进行多年冻土上限附近冻土类型的识别工作,以及对上限附近多年冻土不同类型的空间分布情况的调查。

3 探地雷达应用效果分析

3.1 垂直分辨率分析

雷达探测的分辨率可分为垂直分辨率和水平分辨率。其中,垂直分辨率在理论上一般把λ/4作为垂直分辨率的下限(λ为雷达子波波长)。水平分辨率除与测点距离有关外,还与Fresnel带有关。探地雷达垂向分辨率的大小是能否满足勘测需要,成功进行冻土类型识别和划分的根本所在。

根据现场已往的钻探资料显示,多年冻土上界附近的高含冰量冻土厚度往往都在1m以上。因此在勘测深度范围内主要选用50MHz天线,同时使用25MHz、100MHz两种天线加以补充,完全可以满足勘测深度和精度的要求。

3.2 冻土上限确定和冻土类型的识别

在多年冻土区内进行冻土勘测中,由于冻土的介电常数与融土有较大的差异以及地下冰在不同冻土类型中的独特分布,造成反射波在相位特征、振幅大小、反射波和反射波组形态特征都与一般融土地区有很大的不同,这些对多年冻土上界的确定及不同冻土类型的识别提供了有益的基础。在资料处理中,通过对雷达波形、雷达波形图、雷达影像图的综合分析,并结合钻探资料与多年的工作经验积累,即可对多年冻土上限及多年冻土类型进行划分和识别。

4 工程实际应用效果研究

4.1 黑北公路应用效果检验

为检测探地雷达在东北高纬度多年冻土地区多年冻土勘察中的实际应用效果,选择黑北公路K84+800~K85+030路段进行了探地雷达勘测。勘测剖面靠近沼泽地边缘地带,从沼泽地到非沼泽地的一条探地雷达实测剖面见图1,剖面全长230m,工作步长0.5m,在剖面30m的位置有一钻孔。通过钻孔取样(见图2)可知,地表以下至0.25m为草炭层,至0.8m为泥炭层(两者的平均含水量为22.6%),至2.1m为亚粘土(含水量为12.2%),以下为亚砂土夹碎石土,钻孔深度为3m。多年冻土上限为1.7m,整体状构造,肉眼可见少量冰晶,为多冰冻土。在2.1m左右,冰层厚度大于10cm,厚层状构造,纯冰中含有少量气泡,为含土冰层。2.85m以下冰呈包裹状,含冰量较大,为饱冰冻土—含土冰层。

介电常数的确定通过相关界面反射波的双程旅行时间,以及在探坑中记录的相应层位的深度,由公式计算得出。本区多年冻土上限以上土体的平均介电常数为19.5,多年冻土层介电常数为5.1,计算得出反射系数为0.82,为一强反射层。

4.2 青藏公路应用效果检验

为检测探地雷达在青藏高原高海拔多年冻土地区多年冻土勘察中的实际应用效果,对青藏公路K530+000~K530+600路段探地雷达勘测结果与钻孔资料进行了对比分析。钻孔揭示该段的地质背景为:0~2m为粗砂:灰褐色,矿物成分为长石、石英,成分均一,中密,稍湿—饱和。冻土上限为1.9m,上限以下为饱冰冻土;2~15m为卵砾石土:杂色,骨架颗粒以片岩、片麻岩为主,粒径在5~18cm,呈亚圆形,分选性一般,充填物为砂砾石。中密—密实,饱和,其中4.5m以下为富冰冻土。

图3和图4分别为青藏公路探地雷达K530+000~K530+600路段的波形和雷达剖面。根据探地雷达剖面的总体特征可以确定其中的典型单元,根据典型单元的波形分析确定多年冻土上限的深度、多年冻土类型以及平面分布特征,可以看出探地雷达剖面图中多年冻土上限在2m左右,与钻探结果基本一致。

通过对比可以看到,根据探地雷达资料揭示的多年冻土上限、冻土类型以及变化与钻孔资料揭示的地质背景基本吻合。

5 结论

由上面的分析和实际验证可以看到,应用探地雷达对寒区下伏冻土分布区域、分布类型及多年冻土上限等关键内容进行勘察,无疑是一条快捷、准 确且高效的便捷之路,研究成果对于类似地区的工程勘察具有一定的参考意义。

(1)可以应用探地雷达的勘测结果指导钻探工作,运用探地雷达预测多年冻土的分布情况进行科学布孔,以尽可能小的投入达到尽可能大的产出,并且准确地掌握多年冻土三维空间的变化特征。

(2)用钻探实测结果进一步验证探地雷达资料,通过钻孔资料对探地雷达探测结果的标定,可以较准确地识别多年冻土的内部结构和空间分布特征。

(3)工程实践证明,无论是对高纬度多年冻土地区还是高海拔多年冻土地区,探地雷达均可取得较好的勘察效果。

摘要：在多年冻土区开展物探工作时不能完全照搬非冻土区的物探方法所取得的成果,本文对探地雷达在多年冻土区工程地质勘察中的应用效果进行了理论分析与对比研究,摸索出一套适合冻土区勘察的物探野外工作程序和资料处理方法,最终达到准确、快速地了解冻土区内及冻土体内诸多关键参数的目的。对探地雷达在黑北公路与青藏公路的多年冻土区实际勘察中的应用效果进行了分析,并与钻探结果进行了对比。结果表明,探地雷达在多年冻土地区公路勘察中具有良好的效果。研究成果对于类似地区的工程勘察具有一定的参考意义。

关键词：多年冻土,探地雷达,黑北公路,青藏公路

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