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1、 青藏高原共玉公路花石峡段路基工程 施工技术研究 罗余良（中铁十二局集团第一工程有限公司）摘要：针对根据多年冻土的特殊工程地质性，结合共和至玉树公路多年冻土的实际地质情况，对冻土路基及桥梁的施工采取了灵活的处治原则。在冻土路基及桥梁施工中，处理技术的关键是尽量减少对冻土的扰动及破坏。关键词：多年冻土 路基工程 桥梁工程 施工技术 第一章 工程概况 1概述 共和至玉树（结古）公路改扩建工程，是G214线的重要组成部分，也是青海省高速公路网规划“3410网”中的一条南北纵线“共和至多普玛高速公路”的重要组成部分，公路起点位于海南州共和县（与正在实施的京藏高速相接），终点位于玉树州结古镇（与结古镇至
2、巴塘机场一级公路相连）。共和至玉树（结古）公路改扩建工程GY-SGC5标段，起点桩号：K336+000，终点桩号：K376+000，全线长40km，冻土路基段长28.2km。道路采用高速公路建设标准，设计速度80km/h，均为分离式路基，路基宽度10m。路线经苦海滩、醉马滩、红土坡垭口，地处海拔4100m4290m之间。主要路段划分情况：K336+000K352+000苦海滩段，线路长16km，为平原区路段；K352+000K364+000醉马滩段，线路长12km，为平原区路段；K364+000K370+000红土坡路段，线路长12km，为丘岭路段。主要工程数量有：路基开挖土石方21.4万m3
3、，路基填方134.1万m3（其中片石路基26.4万m3），路基基底处理50万m3，路面371161m2，中桥134m/2座，小桥115.5m/7座，涵洞951.11m/39道，通道182m/19道。2 地理、水文气候情况 2.1地形地貌 花石峡过境线位于青海省果洛州玛多县花石峡镇内,沿线地形平坦,开阔,属 山前冰水-冲洪积扇平原地貌.其主要特征为:大河冲洪积物与支沟洪积物在盆地和山间谷地边缘形成了大小不一的山前冲洪积扇裙,地形平坦略有起伏,从山麓到盆地中心地形坡度由陡变缓,坡度为315度,分布高程海拔一般在41004500米之间,该区是岛状和连续多年冻土分布区,第四松散堆积物分布广泛,冰缘作用
4、十分发育,热融湖塘,热融洼地,冰胀丘,冻土草沼等冰缘地貌较普遍.2.2 气象 公路所在地属于阿尼玛卿山长江南坡,有显著的高寒缺氧,气温低,光辐射强,日照时间长,昼夜温差大等典型的高原大型性气候特点,冬长夏短,年内无明显四季之分,只有冷暖之别,通常把冷暖两季分别称为冬季和夏季,冬季寒冷多风雪,夏季短暂,多暴雨,冰雹,自然条件极为严酷,风向多为西风,易受北方和西北方的寒流影响.受海拔影响,区内氧气含量仅为内地的60%.本项目所在地区属高原大陆性气候,冬长夏短,寒冷变化急剧,无明显的四季之分,冬季寒冷多风雪,夏秋季虽短,却多暴雨冰雹,洪水.年平均气温在零度以下,昼夜温差大,无绝对无霜期,年平均降水量
5、312429.4毫米,降水期多集中在69月份,风向多西风,平均风速2.13.4m/s 本地区属黄河水系,沿线河流众多,雨雪多,地表水丰富,并且海拔高,气候寒冷且多变,施工期较短的气候特征将对工程实施产生不利影响.太阳辐射:地处青藏高原腹地,大气稀薄,太阳辐射较强,其年太阳辐射总量约140150千卡/厘米2.年,年时照数为24002600小时.气温:区内年平均气温低于2.0,月平均气温最高在7月,达78,月平均气温最低在1月,约-15-17,年极端最高气温为24,年极端最低气温为-40,年气温较差约为2225.降水量:勘察区内年平均降水量约为400500毫米,降水量月分配不均匀,降水量主要集中在
6、69月份.风向风速:勘察区内风向多为西风,平均风速为2.13.4米/秒.2.3 水文 区内水系以巴颜客拉山脉为界,以北均为黄河流域水系,其支流水系呈树枝发育,以南为长江流域水系,其支流水系由西向东,由北向南,汇入通天河;本项目花石峡过境线所属地段为黄河水系,其主要河流为花石峡河.花石峡河发源于阿尼玛卿雪山南缘,源头距桥址约41km,汇水面积F=1600(km)2,汇水区形状呈扇形,下游21公里处注入冬给措纳湖后满溢托索河,然 后经香日德河,流入柴达木盆地形地潜流,属于内陆河流.该河平时水流较小,冬季有时干枯无水.洪水期洪水暴涨暴落,洪峰持续时间较短,约12天即退.据调查,每年均出现两次洪峰,而
7、且暴雨洪峰大于融雪洪峰.45月份为融雪期,79月份为暴雨期.因该河属于季节性河道,淤冰情况变化不定.当丰水年时,上游水流较多,则淤冰较严重.当枯水年时,则淤冰很少,甚至无淤冰情况发生.一般情况下,在11月份冰封河道,次年4月份消冰开河,游冰最厚0.61.0m不等.但因河床宽浅,沙洲及浅槽较多,因而河槽淤冰较厚,沙洲处淤冰较薄有时甚至无淤冰情况发生.2.4 地质构造及地震 共各至结古公路横跨青藏高原强烈隆起区东南部,按大地构造单元划分为三个构造体系,从北向南依次是秦岭-昆仑纬向构造体系,巴颜喀拉-松潘弧形构造带,青藏滇缅歹字型构造体系头部.本项目花石峡过境线属巴颜喀拉-松潘弧形构造带,其地址构造
8、主要特征为:该地质构造西起昆仑山口,东至巴颜喀拉山,呈西窄东宽支契形,NW-SE向展布,线路区北起红土坡,南至巴颜喀拉山查龙穷,北部玛多-红土坡带内为下二叠系和三叠系组成复向斜褶皱,和夹持其间的新生界槽地,盆地,断裂多集中分布,断裂及褶皱呈NWW,NW向展布,多倾向NE,倾角较陡.生成于海西期,定型于印支晚期,北与秦岭-昆仑纬向构造体系斜接,重接复合,南与青藏滇缅歹字型构造体系头部外围褶皱带平行分野,东段受SN向构造干扰.第二章 冻土的类型 1.冻土的类型划分 土是复杂的多相体系，由固、液和气三相物质组成。未冻土或融土中的固相物质常包括矿物质和有机质、液相物质（水溶液）和气相物质（空气）等。固
9、相物质组成了土的基本骨架，通常称为基质。液相和气相物充填在土骨架的空隙中。冻土中则增添了一种新的固相物质冰。冻土，一般指温度在 0或 0以下，并含有冰的各种岩土和土壤。按土的冻结状态保持的时间长短，冻土一般又可分为短时冻土（数小时、数日以至半月）、季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）三种类型。多年冻土主要分布在青藏高原、帕米尔、西部高山（包括祁连山、阿尔金山、天山、西准噶尔山地和阿尔泰山等）、东北大小兴安岭以及东部地区一些高山顶部。其中，大小兴安岭的多年冻土又称高纬多年冻土，其余地区的多年冻土又称为高山多年冻土。按土的特殊工程性质（主要根据冻土的粒度成分及总含量并考虑冻土的融
10、沉特性）进行划分可分为：少冰冻土、多冻冻土、富冰冻土、饱冰冻土、含土冰层等五种类型。其中少冰、多冰冻土统称为低含冰量冻土，富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层又统称为高含冰量冻土。2.各种类型冻土的特点 根据冻土的粒度成分及总含量并考虑冻土的融沉特性划分的冻土类型在工程上具有很强的指导意义：在含土冰层和饱冰冻土地段，应采取保护多年冻土的原则；在含水量大的富冰冻土地段，宜采取保护多年冻土的原则；在含水量小的富冰冻土地段，允许采用破坏多年冻土的原则；在少冰和多冰冻土地段，允许破坏多年冻土，并按一般路基进行设计和施工。多年冻土地区公路建设最主要的工程地质问题是冻土的融化下沉问题，而冻土地基的热稳定性是多年冻
11、土地区路基稳定性的核心，公路路基产生沉降变形的本质是路基下多年冻土热稳定性的丧失。各类冻土的融沉特性见下表。多年冻土工程分级 冻土类型 土 的 类 别 总含水率 WA（）融化后的潮湿程度 融沉等级 少 粉黏粒含量15的粗颗粒土（包括WA10 潮湿 不融沉 冰 冻 土 碎石类土，砾、粗、中砂，以下同）粉黏粒含量15的粗颗粒土 WA12 稍湿 细砂、粉砂 WA14 粉土 WA17 黏性土 WAWp 坚硬 多 冰 冻 土 粉黏粒含量15的粗颗粒土 10WA15 饱和 弱融沉 粉黏粒含量15的粗颗粒土 12WA15 潮湿 细砂、粉砂 14WA18 粉土 17WA21 黏性土 Wp WAWp+4 硬塑
12、富 冰 冻 土 粉黏粒含量15的粗颗粒土 15WA25 饱和出水（出水量小于 10%）融沉 粉黏粒含量15的粗颗粒土 饱和 细砂、粉砂 18WA28 粉土 21WA32 黏性土 Wp+4 WAWp+15 软塑 饱 冰 冻 土 粉黏粒含量15的粗颗粒土 25WA44 饱和出水（出水量为 10%20）强融沉 粉黏粒含量15的粗颗粒土 饱和 细砂、粉砂 28WA44 粉土 32WA44 黏性土 Wp+15WAWp+35 软塑 含 土 冰 层 碎石类土、砂性土、粉土 WA44 饱和出水（出水量为 10%20）强融陷 黏性土 WAWp+35 流塑 注：1 总含水率为冰和未冻水的总质量与骨架质量之比；2
13、Wp塑性含水率；3 盐渍化冻土、泥炭化冻土、腐殖土、高塑性黏土不在表列。3.本工程研究的意义 共和至结古高速公路穿越青藏高原东部边缘的高原冻土区、高山冻土区，其多年冻土环境具有以下特点：1）青藏高原东部边缘的多年冻土目前处于退化状态，抗热干扰能力低，热稳定性差。大多属于不稳定多年冻土。2）公路沿线融区较多，融区与多年冻土区过渡地带的多年冻土，年平均地温高，抗热干扰能力低，热稳定性差。3）气候严寒，公路沿线冷生过程和冷生现象发育。4）海拔高，空气稀薄，含氧量低。5）环境脆弱，抗热干扰能力差，扰动后恢复困难，一经破坏，难以恢复，有的甚至永远无法恢复。本段多年冻土地温在-0.3-1.5，具有地温高、
14、退化速率快、对热干扰更敏感、热稳定性更差等特点，具有强烈的垂直地带性。主要为岛状不连续多年冻土和大片连续多年冻土，冻土类型以少冰、少冰-多冰冻土和富冰-饱冰冻土为主。在多年冻土区，许多严重的工程问题，都是由高含冰量多年冻土的退化和融化引起的。尽量少改变现存地表的状态（植被覆盖、水体分布、沼泽湿地分布、裸露地表的岩性成分和密实度等），尽量减少对地基多年冻土的热干扰，是维持多年冻土和冻土工程稳定的重要方法。缺少对多年冻土环境和多年冻土工程特性的充分认识，将导致极高的施工和养护费用，有时甚至使冻土工程毁坏而不得不废弃重建。多年冻土区土木工程的设计和施工，其核心问题是维持和改善多年冻土的地温场，以确保
15、建筑物地基多年冻土的稳定。在很多情况下，都是通过维持地基的冻结状态和控制地热状态变化在一个可接受的限度内，来解决多年冻土上建筑物基础的稳定问题的。尽量维持多年冻土区自然环境不变是保障冻土工程稳定的正确途径。共和至玉树（结古）高速公路是我国第一条穿越多年冻土区的高速公路，公路修筑等级高，技术难度大，对设计、施工质量，服务水平和服务功能提出了更高的要求。第三章 多冰、少冰路基施工技术研究 1.工程概述 本多冰、少冰地区海拔高，气候寒冷，年平均最低气温-10.3-6.1，地区海拔位于 41324320m 之间。据相关试验资料的研究分析，该地区多年冻土 地温在-0.3-1.5具有冻土地温高、退化速率快
16、、对热干扰更敏感、冻土热稳定性更差等特点，具有强烈的垂直地带性。多冰、少冰冻土冻结深度约2.03.0m，融化等级为III级，不融沉或弱融沉。本合同段多年冻土分布总长 28.2km，基中少冰、多冰冻土段长 16.8km。具体里程段及路基形式见下表：少冰、多冰冻土路段分布表 序号 起止桩号 处理长度 m 冻土类型 路基形式 1 K336+000-K337+900 1900 少冰、多冰冻土 一般路堤 2 K358+500-K362+800 4300 少冰、多冰冻土 一般路堤 3 K364+300-K364+490 190 少冰、多冰冻土 一般路堤 4 k364+490-k364+740 250 少冰
17、、多冰冻土 低填浅挖及路堑 5 K364+740-K364+950 210 少冰、多冰冻土 一般路堤 6 K364+950-K365+180 230 少冰、多冰冻土 低填浅挖及路堑 7 K365+180-K365+340 160 少冰、多冰冻土 一般路堤 8 K365+340-K365+540 200 少冰、多冰冻土 低填浅挖及路堑 9 K365+540-K366+280 740 少冰、多冰冻土 一般路堤 10 K366+280-K366+620 340 少冰、多冰冻土 低填浅挖及路堑 11 K366+620-K371+360 4740 少冰、多冰冻土 一般路堤 12 K371+360-K37
18、1+680 320 少冰、多冰冻土 低填浅挖及路堑 13 K371+680-K373+480 1800 少冰、多冰冻土 一般路堤 14 K373+480-K373+665 185 少冰、多冰冻土 低填浅挖及路堑 15 K373+665-K373+866 201 少冰、多冰冻土 一般路堤 16 K373+866-K374+000 134 少冰、多冰冻土 低填浅挖及路堑 17 K374+000-K374+900 900 少冰、多冰冻土 一般路堤 18 合计 16800 本标段少冰、多冰冻土段路基土石方数量大，挖方较多，借土填方多，路基施工采用机械化作业，充分考虑工期要求与气候条件影响，配足设备，加
19、快施工进度，确保工期。路基施工以机械化施工为主，并满足高效、快速的施工原则，在设备选型上，充分考虑高原缺氧和气压低造成的功率损失等因素，尽可能先用功率大、效率高的机械。数量上根据理论计算与实际相结合，并按效率降低 50%60%进行配备，确保生产能力大于进度指标要求，满足施工需要。根据不同类型冻土路基施工的特点：在少冰和多冰冻土地段，允许破坏多年冻土，并按一般路基进行设计和施工。2.路基清表及草皮移植技术 青藏高原海拔高，空气稀薄，气候寒冷、干旱，动植物种类少、生长期短、生物量低、生物链简单，生态系统中物质循环和能量的转换过程缓慢，至使本地区生态环境十分脆弱、敏感。长期低温和短促的生长季节使植被
20、一旦破坏，很难恢复，而且会加速草地沙化和水土流失。根据少冰多冰冻土路基设计，对少冰多冰冻土路基进行清表：原地面的表土、草皮，按设计图纸所示的深度和范围清除。为尽可能的减少对高原地区生态环境的破坏，我项目部采取对表土及草皮进行保护的原则。对于沙化地区的草皮，由于土质条件不良，植被稀少，草皮无法成块掘取。同时为保证施工进行，我项目部采用挖掘机进行清表，表土集中堆放在路基两侧，成梯形堆码整齐，为日后路基边坡覆土作准备。由于本地区风沙较大，为避免对环境造成污染，我项目部采取黑色防晒网进行覆盖，防晒网两侧用土块压实，定期对表土进行洒水，保持表土潮湿。少冰多冰沙化地区清表 对于土质情况良好且植被发育的地区
21、，我项目部采取草皮移植回铺的技术，移植、种植草皮能保证植被及时恢复，最大限度地减少对环境的破坏。一、草皮移植回铺施工工艺：草皮移植回铺施工工艺流程图 二、操作要点 1.掘取草皮前，根据施工范围，用白灰放样出草皮切割的范围和大小。在施工方便的情况下，所取草皮的块度要以人工能搬运、回铺为主，同时要减少对草皮根系的切割，草皮块度的大小一般为 0.50.5m,以确保草皮切割的规则性和完整性。2.掘取草皮时，应注意草皮的厚度，草皮的厚度以 2025cm 为宜。3.草皮堆放。草皮堆放到事先计划好的地方，人工堆码整齐，每 20m 长为一堆，高度 45 层，宽度 1m（两块平放宽度），表面覆盖防晒网。草皮堆之
22、间留1m 宽过道，方便工人洒水养护。草皮堆放地方由各工区现场副经理根据施工现场实际情况划分。4.草皮移植前应先回铺 10cm 左右的腐殖土，并根据实际情况施一定底肥，回填的腐殖土人工平整。回铺草皮时，应严格按照自下而上的原则进行，回铺时根据草皮的实际厚度对腐殖土厚度适当调整，确保草皮厚度加腐殖土厚度之和在30cm 左右，即草皮上表面与设计相吻合。5.洒水、施肥养护。草皮回铺到位后，要保证草皮的存活，必须为它提供足够的水份和养料。洒水时不仅要控制水量，还要注意水质，同时控制水的温度（水温应与草皮土壤温度相近，一般以 1020为宜)。每天洒水不得少于 3 次。在回铺期及生长初期适当施加有机肥料，在
23、幼苗期则施加以无机磷、氮为主的种肥。路基边坡覆盖草皮 由于移植草皮是对施工中路基基底将要破坏的草皮进行利用，变废为宝，其施工工艺相对人工植草草皮成活率高，再生能力强，植被恢复快，大大降低了生产成本，缩短了施工工期，具有较好的经济效益。同时，及时恢复草皮，也符合共玉线绿色环保的设计理念，具有较好的社会效益。3.其它工艺及质量保证措施 3.1 砂砾垫层施工技术 根据设计文件要求，清表后填筑 50cm 砂砾，然后进行冲击碾压。其目的是减小路基热融下沉，减少填料蓄热对地基多年冻土的影响。砂砾材料的选用：设计文件推荐使用里程 K387+100 处花石峡河沟的河滩砂 砾，该处料场距工地平均运距 31km。
24、经项目部实地调研，K336+900 处、K357+800处、K368+300 处路线右侧存在砂砾材料，为了确定最佳的施工方案，缩短运距，节约成本，同时保证现场施工质量，我部工地试验室对我标段内三个砂砾料场（编号 A、B、C）分别取样，进行标准击实、液塑限、颗粒分析、压碎值试验，结果如下列图表所示。（1）A 砂砾料场 A 砂砾场击实试验一 A 砂砾场击实试验二 A 砂砾场液塑限试验 A 砂砾场颗粒分析试验 经试验知，A 砂砾场砂砾最大干密度为 2.25g/cm,最佳含水率为 4.3%，压碎值 21.3%，液限 WL 为 23.4%，塑限 WP 为 19.9%，塑性指数 Ip 为 3.5，X 轴两
25、点间含水率差 0.2，塑限含水率时入土深度 HP 为 9.44mm，该砂砾级配偏下限，筛孔(mm)53 31.5 19 4.75 0.6 0.075 上限(%)100 100 85 50 25 5 中值(%)100 95 75 40 16.5 2.5 下限(%)100 90 65 30 8 0 A 砂砾(%)100 91.6 67.9 32.7 10.5 2.2 虽然满足设计要求，但砂砾较粗，摊铺碾压过程中不易板结，不易压实。（2）B 砂砾料场 B 砂砾场击实试验一 B 砂砾场击实试验二 级配砂砾击实曲线图 B 砂砾场液塑限试验 B 砂砾场颗粒分析试验 经试验知，B 砂砾场砂砾最大干密度为 2
26、.22g/cm,最佳含水率为 4.5%，压碎值 25.1%，液限 WL 为 21.8%，塑限 WP 为 17.5%，塑性指数 Ip 为 4.3，X 轴两筛孔(mm)53 31.5 19 4.75 0.6 0.075 上限(%)100 100 85 50 25 5 中值(%)100 95 75 40 16.5 2.5 下限(%)100 90 65 30 8 0 B 砂砾(%)100 98.6 83.4 47.2 23.1 4.1 点间含水率差 0.1，塑限含水率时入土深度 HP 为 10.33mm，该砂砾级配偏上限，虽然满足设计要求，但砂砾较细，摊铺碾压过程中表面松散，不能形成稳定结构，不易压实
27、。（3）C 砂砾场 C 砂砾场击实试验一 C 砂砾场击实试验二 级配砂砾击实曲线图 级配砂砾击实曲线图 C 砂砾场液塑限试验 C 砂砾场颗粒分析试验 经试验知，B 砂砾场砂砾最大干密度为 2.21g/cm,最佳含水率为 5.1%，压碎值 22.1%，液限 WL 为 28.8%，塑限 WP 为 21.7%，塑性指数 Ip 为 7.1，X 轴两点间含水率差 0.3，塑限含水率时入土深度 HP 为 6.81mm，该砂砾级配偏中值，各项指标均满足设计要求，摊铺碾压过程中容易压实，结构稳定，板结性能好。筛孔(mm)53 31.5 19 4.75 0.6 0.075 上限(%)100 100 85 50
28、25 5 中值(%)100 95 75 40 16.5 2.5 下限(%)100 90 65 30 8 0 C 砂砾(%)100 93.6 71.8 38.6 15.7 2.0 经过对三个砂砾料场的试验，对比可知，三个砂砾场的砂砾材料均可用于砂砾垫层施工，但考虑到施工过程中工艺、质量以及成本的控制，A、B 料场砂砾虽然满足要求，但施工过程中不易控制，费工费时，C 料场砂砾易于控制，质量也有保证，因此，应采用 C 料场砂砾。通过砂砾料场的重新选址，我部砂砾材料运距平均节省 18km，创造经济效益的同时还加快了施工进度，实现了成本目标与进度目标的双赢。砂砾垫层填筑：砂砾垫层填筑前将清表后的坑、洞、
29、穴等填平，然后全断面整体铺筑砂砾，砂砾厚度 50cm。砂砾垫层碾压：砂砾垫层顶部采用冲击碾压（长度小于 100m 时可采用重型碾压）。冲击碾压的注意事项如下：用冲击式压路机进行冲击碾压，冲击碾压距路肩外边缘宜保持 1m 的安全间距，行驶速度应在 1012km/h。若工作面起伏过大，应停止冲压，用平地机刮平后再继续施工。扬尘严重时应洒水。冲压时应注意冲击波峰，错缝压实，冲压 5 遍应改变冲压方向。冲压应从路基的一侧向另一侧转圈冲碾，冲碾顺序应符合“先两边、后中间”的次序，以轮迹重叠 1/2 铺盖整个路基表面为冲碾一遍，冲碾 25 遍。（见图 4.3.1-4）冲击碾压完后应保证地表以上外露石渣层厚
30、度不小于 30cm。冲击碾压完成后对石渣垫层进行找平并整修边坡，保证片石通风层底面边线符合设计及规范要求，直线段直顺平整，曲线段圆滑。图 4.3.1-4 冲击碾压示意图 3.2 土工格栅的应用 土工格栅价格低廉，可广泛使用。在路基内部铺设土工格栅，目的是为了发挥土工格栅良好的抗拉性能，遏制不均匀沉降而使路基产生裂缝，提高冻土路基的整体稳定性。(1)材料要求 施工时选用宽度不小于 4m 的钢塑土工格栅，其抗拉强度均大于 80KN/m,延伸率小于等于 10%，质量应符合设计交通工程土工合成材料土工格栅JT/T480-2002 要求。(2)土工格栅铺设 土工格栅铺设前填料表面必须平顺，不得有坚硬凸出
31、物，严谨机械设备直接在表面碾压。铺设方向及顺序：土工格栅铺设按照路线纵向铺设，先铺两边，后铺中间。铺设时土工格栅应拉直平顺，紧贴下承层，不得有裙皱，连接处必须按照规范要求搭接 20cm30cm（见图 4.3.6-12）图 4.3.6-12 土工格栅铺设 工中应采取措施防止土工格栅受损，若土工格栅长度不够路基宽度时可以进行搭接，接缝应尽可能靠近路基中部，不能设在路堤边坡范围内。根据设计长度确定加筋材料的剪裁长度，避免在主受力方向连接；必须连接时，连接处强度不得低于材料极限抗拉强度的80%。横向相邻两幅加筋材料应相互搭接，搭接宽度不宜小于 15cm；不同层面的搭接位置应相互错开。土工格栅铺设后应及
32、时进行填筑施工，以避免其受阳光长时间的直接暴晒，若阳光直接暴晒的时间超过 24 小时，则应拆除已铺设的土工格栅，重新铺设新的土工格栅。施工过程中，土工格栅上面严禁机械设备碾压，以防土工格栅变形。3.3 粗粒土填筑路堤施工 粗粒土填筑路堤前，我部试验室对各料场材料进行试验分析，取得相关数据，为试验段填筑提供理论依据。普通土施工选取 K357+500K357+700 里程段做为试验段路基。(1)取土场 填料来源于 K357+800 取土场，该取土场填料储量大、材质较好，为主要料源地，可作为一般路基填料。(2)填筑前的准备 测量放样 测量人员根据复合无误的，并经总监办监理工程师批准的水准点及控制点放
33、出中线、边线及标高，并按桩号逐点打桩。临时排水设施 为保证路基施工不影响原有的排水系统，雨天不影响已完成的路基施工质量，在正式开始路基填筑前要进行排水设施的建设，包括临时排水沟、截水沟并结合永久性排水系统。(3)土方填筑（图3.1.2-1）前一层土方碾压经监理工程师检验达到要求后，方可开始下一层土方填筑。首先 图 3.1.2-1 填方填筑标准化施工 由测量队伍用全站仪重新进行放样，确定每20m 中桩、边桩以及坡脚位置，为保证路基边缘压实度，路基两侧各加宽填筑 30cm。用水准仪测出该层填铺厚度 控制桩的标高（松铺系数初步定为 1.16）；自卸汽车每车装土 20m3，按松铺厚度 30 计算，则每
34、车卸料面积为 67m2。在填土范围内按 10m7m 方格洒灰线，施工现场由专人指挥车辆按网格卸土；填筑采用纵向全断面水平填筑，宽度比设计宽度每侧宽 30cm。(4)标高、松铺系数及平整度 首先测出填料前各横断面左中桩、边桩标高，并标记出下一层松铺厚度的位置、每一层填料完成后，必须重新对填料松铺厚度顶面标高进行复核。根据填筑前后高程差计算压实厚度，推算松铺系数。松铺系数=（松铺高程-下承层高程）/（压实后高程-下承层高程）。摊铺填料时采用装载机粗平，平地机精平和人工修补相结合的施工工艺。(5)碾压及压实度 土方填筑 K357+800 取土场土样最大干密度为 2.040g/cm3，最佳含水率为 5
35、.3%；填料经过洒水，经检测含水率在最佳含水率2%时开始辗压；先用装载机(ZL50 型)推平，再用平地机(PY190 型)整平，设双向路拱横坡（2%），当初平好的铺筑土层在最佳含水量左右时(由试验人员抽检)，用压路机(22t)静压一遍，再用振动碾压二遍后，试验人员开始用灌沙法跟踪检测压实度，直到达到标准，最后再用压路机静压一遍收光；辗压时先慢后快、先轻后重、由两侧至中间、轮迹重叠 1/31/2、最大速度不超过 4km/h，辗压时应确保均匀，无漏压、无死角、无明显轮迹。压实度（图 3.1.2-1）土方填筑压实度检测采用灌砂法，根据 96 区要求控制压实度达到 96%以上。每次检测压实度时每 20
36、0m 需检测 4 个点；做压实度试验检测时，确保标准砂粒径符合规范要求，确保打洞深度和规格（h=150cm 的圆柱体）；每层辗压开始后，试验工程师在振动辗压第二遍过后，每碾压一遍检测一次压实度和含水率，并将检测结果及时通知路基负责人并做好记录。(6)数据统计 压实度及含水率 序号 层数 碾压第二遍压实度/含水量 碾压第三遍压实度/含水量 碾压第四遍压实度/含水量 碾压第五遍压实度/含水量 1 1 91.5/5.7 91.4/6.0 90.9/5.3 90.6/5.1 90.8/5.5 92.5/5.4 93.0/5.7 92.5/6.1 93.0/5.4 92.5/5.0 94.5/5.7 9
37、4.0/5.1 94.5/5.3 94.0/5.6 94.8/5.2 96.5/6.1 96.6/5.7 97.2/5.3 98.2/5.6 96.9/5.4 2 2 91.5/5.3 91.3/5.8 90.8/4.8 90.7/5.2 91.5/5.6 93.0/6.0 92.5/5.3 93.6/5.1 92.9/5.8 93.5/4.7 95.1/4.7 94.8/5.7 94.5/5.8 94.9/5.1 95.3/5.0 96.2/5.7 96.8/6.0 96.7/4.8 97.3/5.3 96.9/4.8 3 3 91.5/4.5 90.5/5.4 90.7/5.7 90.2/
38、4.8 90.5/4.9 93.5/5.4 92.9/5.8 93.8/4.7 93.4/5.0 93.5/5.7 95.5/5.7 94.9/5.2 95.8/4.8 95.1/4.6 95.6/5.8 96.5/4.7 96.7/5.6 96.9/5.3 97.3/5.7 96.4/5.1 表 3.1.2-1 压实度及含水率表 据以上数据分析：第二遍压实后压实度平均为 91.0%；第三遍压实后压实度平均为 93.2%；第四遍压实后压实度平均为 94.9%；第五遍压实后压实度平均为96.9%。通过对以上结果的分析，第三遍压实后压实度能够达到 93%、第四遍压实后压实度能够达到 94%、第五遍
39、压实后压实度能够达到 96%。松铺系数 桩号 下层标高(m)本层松铺高程(m)压实后高程(m)松铺厚度(cm)压实厚度(cm)压实系数 K357+500 左桩 4150.962 4151.261 4151.519 29.9 25.8 1.16 中桩 4151.180 4151.477 4151.735 29.7 25.8 1.15 右桩 4150.964 4151.261 4151.519 29.7 25.8 1.15 K357+550 左桩 4151.774 4152.07 4152.325 29.6 25.5 1.16 左中桩 4151.990 4152.288 4152.543 29.8
40、 25.5 1.17 右桩 4151.775 4152.071 4152.326 29.6 25.5 1.16 K357+600 左桩 4152.686 4152.985 4153.243 29.9 25.8 1.16 中桩 4152.900 4153.197 4153.451 29.7 25.4 1.17 右桩 4152.683 4152.981 4153.24 29.8 25.9 1.15 K357+650 左桩 4153.717 4154.016 4154.274 29.9 25.8 1.16 中桩 4153.930 4154.226 4154.481 29.6 25.5 1.16 右桩
41、 4153.716 4154.013 4154.269 29.7 25.6 1.16 K357+700 左桩 4154.655 4154.953 4155.208 29.8 25.5 1.17 中桩 4154.870 4155.166 4155.423 29.6 25.7 1.15 右桩 4154.656 4154.954 4155.213 29.8 25.9 1.15 表 3.1.2-2 松铺系数表 通过试验段土方填筑的施工，据以上数据分析得出：最合适松铺厚度为30cm，松铺系数为 1.16。4.本章小结 本课题针对青藏高原少冰多冰冻土路基所处环境的特点，对施工过程中的各个环节进行优化分析。
42、从冻土的草皮管理、砂砾的料场选择、土工格栅的应用、试验路段的施工等方面进行全面的诠释。通过对草皮的移植，减少了种植草的工程量，提高了草皮的存活率；通过对砂砾料场的重新选址，节省了砂砾材料的运距，创造经济效益的同时加快了施工进度；通过土工格栅的应用，减小路基不均匀沉降，提高路基整体稳定性；通过粗粒土试验路段的施工，为大面积施工提供理论依据。第四章 富冰、饱冰路基施工技术 1工程概述 本路段位于青藏高原河源山原草甸区，具有高海拔，低气候的特点。路线海拔位于 4134m4485m，年平均最低气温在-10.3-6.1之间，有特殊的地理环境和气候条件，形成了不同类型的冻土区。K347+100K354+5
43、50、K355+950K357+500 两段路基冻土形式为“富冰、饱冰冻土”冻结深度约 2.03.0m，融化等级为级，融沉或强融沉，属于极差工程地质路段。路基设计以保护冻土，综合治理为原则。富冰、饱冰路基处理方法 低温多年冻土地区冻土路基相对比较稳定，采用填土路基、隔热板路基等被动保护多年冻土的工程措施是比较经济合理的；高温多年冻土地区冻土路基不稳定，仅采用被动保护冻土的工程措施已不能满足工程要求，需要采用片块石路基、通风管路基、热棒路基等主动降温的工程措施。2.1 隔热层路基 隔热层路基是利用工业隔热材料，在不过多加高路堤的情况下，增大路基热阻、减少大气（太阳）热量传入路基下的一种路基结构形
44、式，可在一定时间内起到保护冻土延缓冻土退化的作用。隔热层路在可用于低温多年冻土路段，施工可参照图 4.2.1 进行.在下列情况下宜使用隔热层路基：1 受路线纵坡控制，路基高度小于路基临界高度或路基设计高度大于 3.5m的路段；2 路堑处或翻越垭口处，需要进行保护下伏多年冻土的路段；3 融化盘偏移导致不均匀沉降和引发路基病害的路段。隔热材料宜采用挤塑聚苯乙烯泡沫（XPS），其导热系数宜小于0.025W/(mK)，吸水率宜小于 0.5%，密度宜大于 43kg/m3，其抗压强度宜大于580kPa。隔热板宽度应大于路面宽，宜在路面两侧各加宽 0.6m；隔热板应与路基采用相同的横坡；隔热板上下宜采用砂砾
45、填筑，厚度应不小于0.2m。2.2 片块石路基 通风路基中片块石工作原理是利用温度场的不均匀性，从而引起空气密度的不均匀变化并在重力的作用下产生浮力而引起空气对流。通风片块石采用一次性倾填到位，这样即增加施工速度又增加了片石之间的空隙，空气在空隙之间自由流动或受迫流动。夏季，太阳辐射通过路堤表面或坡面以热传导的方式往路堤中部和底部。在热量传递的过程中由于通风片石路基中含有大量的空隙，而空隙中的空气在热量传递中被加热，在向下传递热量的同时被加热的空气上升冷空迅速填补这样就形成里一个热空气上升的过程，这样一来能够长时间维持较低气温。与紧密填筑的砾类土路基相比较，空隙存在着阻断热量传递的作用，相应的
46、减少了传入基地的热量，因此，传入地中的热量较少。冬季，路基中的温度高于外界的气温，密度大的冷空气在冷却路基表面的同时，还进入路基中的空隙，通过热冷循环不断的置换空隙中的热空气，从而进一步冷却堤身和基地。此时导热换热和热对流的方向一致，再进一步利用高原冻土区负积温远大于正积温的气候特征，改变了路堤中的温度场，加速了路基本身热量的散发，较大的增加了基地冷的储存，起到了保护多年冻土的目的。夏季储热的减少和冬季储冷的增加，其综合反映了通风片石路基结构对降低路堤堤身和基地的温度有着明显的作用，起到了保护多年冻土稳定的优势。片块石路基可用于高温冻土区地下泉水发育或地表径流较发育的区段，也可用于治理高含冰量
47、区段融化夹层发育所引发的路基病害，施工可参照图 4.2.2 进行。片块石应采用坚硬或较坚硬岩石，粒径宜控制在1530cm 范围内，石料强度不应低于 30MPa。片块石层的铺筑厚度宜为 1.01.5m，分两层铺筑：下层 0.81.0m,宜采用规 格不小于 20cm 的片块石；上层 0.20.5m，宜采用规格 1015cm 的片块石。片块石层的铺筑层位应根据路基高度、路面结构层百度等合理确定，顶面宜位于路床顶面以下 3050cm。片块石层底部宜铺设砂砾层等辅助防护结构；片块石顶部宜铺设土工布及砂砾层，砂砾层的厚度宜为 30cm。2.3 通风管路基 通风管路基的工作机理是：在寒冷季节冷空气由于具有较
48、大的密度，在自重和风的作用下将管中的热空气挤出，并不断将周围土体中的热量带走，达到保护地基土冻结状态的目的。通风管路基可用于路基高度大于 2m 的高温高含冰量多年冻土路段。通风管宜采用钢筋混凝土预制管。通风管内径应不小于路基高度的 1/8，宜采用 0.30.4m；配筋和管壁厚度应根据力学计算确定，壁厚宜采用 58cm；管径与通风管长度的比值应大于 0.01。通风管埋设深度应根据当地主导风向与风速、地表径流、风沙及积雪等自然因素综合确定。通风管的埋深宜为 35 倍管径，宜布设在路床顶面以下距地表0.50.7m 的范围内，底部应设置不小于 30cm 的中粗砂垫层，通风管伸出路堤边坡长度应大于 30
49、cm，施工可参照图 4.2.3 进行。2.4 热棒路基 热棒是一种单向传热的元件，当下部环境温度高于上部环境温度时，热棒下部（蒸发段）的管内工质受热后蒸发变为蒸气向上升，当蒸气升入上部空间（热棒冷凝段）后受管外冷风的冷却，冷凝成液体，在重力作用下回到下部空间，通过工质循环的蒸发，冷凝过程将下部环境的热量源源不断地送到上部环境，使下部环境的温度不断下降。因此热棒是一种很好的单向制冷元件，可以把外部的冷量直接传送到地下深处，起到稳定降低地温的作用。新建路段，热棒路基可用于极高温多年冻土区或冻土退化区，并宜沿路基两 侧埋置；改建路段，热棒路基可用于治理由于融化盘偏移所引起的路基不均匀沉陷、纵向裂缝等
50、病害。施工时应根据热棒的工质、管壳、冷凝器等参数选择适用的热棒。工质宜采用液氨，管壳宜采用碳钢或不锈钢，使用寿命不宜小于 30 年。热棒的埋设尝试应根据被处治路基的多年冻土人为上限深度确定，宜为上限以下 1.02.5m。热棒的间距应根据热棒的有效作用半径确定，宜为有效作用半径的 1.52.5倍；热棒的设置可采用单棒竖置、单棒斜置、双棒竖置和双棒斜置等方式，可参考以下原则：1 在不损失热棒制冷效果的前提下热棒宜斜置，斜置角度宜为 75。2 在极高温冻土区及冻土退化区应埋置双向热棒，并保持适当的路基填土高度。3 在中高温冻土区，当人为上限较大时，可采用双向热棒冷却路基；当融化盘因阴阳坡的影响而偏移