多年冻土地区公路养护与维修技术指南Word下载.docx
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2多年冻土地区路基养护
2.1养护内容
路基养护应通过对公路各部分的日常巡视和定期检查,发现病害及时查明原因,采取有效措施进行修复或加固,消除病害根源。
其作业范围应包括如下内容:
(1)维修、加固路肩和边坡。
(2)疏通、改善排水设施。
(3)维护、修理各种防护构造物。
(4)清除坍方、积雪,处理塌陷,检查险情,防治水毁。
观察和预防路基由于冻土融沉产生的不均匀变形,处理翻浆、纵裂、滑坡、泥石流等病害。
2.2养护基本要求
为保证路基各部分完整,满足上述路基的基本要求,使路基发挥正常有效的作用,多年冻土地区路基养护工作应符合如下基本要求:
(1)保持路基土密实,排水性能良好,各部分尺寸和坡度符合规定并及时消除不稳定因素。
(2)路肩无车辙、坑洼、隆起、沉陷、纵裂、冻胀、缺口、横坡适度,边缘顺适,表面平整坚实、整洁,与路面衔接平顺。
(3)边坡稳定、坚固、平顺,无冲沟、松散,坡度符合规定。
(4)边沟、排水沟、截水沟、跌水井、泄水槽等排水设施无淤塞,纵坡符合要求,排水畅通,进出口维护完好,保证路基、路面及边沟内不积水。
(5)挡土墙、护坡及防雪、防沙等设施保持完好无损坏,泄水孔无堵塞。
(6)做好翻浆、坍方、山体滑坡、泥石流等病害的预防、治理和抢修,尽力缩短阻车时间。
2.3养护工程分类及要求
根据路基养护工作内容,可以对路基养护工作进行分类。
2.3.1路基小修保养工程
日常的养护工作包括:
整理路肩、边坡及清除路肩杂物,保持路容整洁;
疏通边沟,保持排水系统通畅;
修理伸缩缝、泄水孔以及松动的石块。
2.3.2路基养护中修工程
根据需要局部加宽、加高路基或改善个别急弯陡坡,全面修理、接长或个别添建挡土墙、护坡、护栏,清除大坍方或一个段内较集中的坍方,整段开挖边沟、截水沟或补砌边沟,处理过水路面跳车问题,平交道口改善以及整段加固路肩等。
2.3.3路基养护大修工程
在原路技术等级内整段改善线形,拆除、重建或改建较大挡土墙、护坡等防护工程等。
2.3.4路基养护改建工程
提高公路技术等级,整段加宽路基、改善线形,及新开小型隧道工程等。
在修复路基过程中,不论是何种损坏现象,均应及时查明原因,采取相应的措施及时排除,要防患于未然;
尽早找出道路的缺陷及损坏部分,根据需要采用应急处理,同时还需要及时地采取修复措施;
进行养护及维修作业时,要注意不要对交通造成障碍及沿线生活环境造成影响。
2.4路基养护技术
2.4.1路基不均匀变形防治方法
(1)增加路基热阻
增加路基热阻的主要方法有加高路基、隔热路基、保温护道。
这几种方法治理路基的目的在于通过填土或其他隔热材料来减少热量向下伏土层传送。
加高路基可以提高热阻,这在若干年来国内外的道路工程中都得到了体现。
但高路基应使沥青路面处于冻土路基的上、下临界高度之间。
在合理范围内加高路基可以延缓下卧多年冻土层的融化,达到保护冻土的目的,在部分低温稳定冻土段有促使人为上限上升的作用。
隔热路基一般在路基由于纵坡原因不能采用加高路基时,或者通过比较比增加填土更加经济时采用。
在东北多年冻土区路基填筑前采用当地塔头草对叠作为垫层,在一定程度上也有这种效果。
合理的路基断面形式对减少路基变形有重要影响。
路基横断面形式应尽量采用路堤形式,不宜采用路堑或填挖结合形式。
路堤的断面形式应当有利于堤内水分的排泄。
在一般状态下,如果基底人为上限略有升高,则路基填筑体的含水量年变化幅度不大,热稳定性较好。
但由于路堤表面缺乏植被保护,土体夯实后密度较大,其导热性能也增加,融速、融深都大于天然地层,其中融深约增大20%左右。
路堤朝阳坡面的水平热流对堤身有加热作用,使朝阳坡面对路堤中心方向有热传导,容易加大路堤融深。
因此有必要在阳坡设保温护道来减少水平热流的影响,护道尺寸一般取宽2m,高1m。
(2)增加散热方法
散热方法是一种特殊的设计,目的是使路基能够散热,在冷季有利于冻结,热季能减少热量向下传送。
通风块石路基与热桩路基是这种方法的代表。
通风块石路基是在冷季利用空气作为冷源使下卧土层冻结,块石路堤采用大石块堆砌而成。
由于块体之间存在的不连续界面使传热受到阻碍,并造成热流在传递方向上的不连续。
而且块石之间空隙直径较大时,对流传热迅速增加。
因此块片石堆体内以较大的空隙和较强的自由对流使得冬夏冷热空气由于空气密度等差异而不断发生冷量交换和热量屏蔽,其结果有利于保护多年冻土。
用粗粒材料,特别是大块石作为路堤填料或路堑换填料有上述优点,可以充分利用冬季冷储量和夏季热空气密度上的差异来维持冻土上限的热平衡;
保持冻土上限位置或促使上限上升。
修筑块片石通风路堤对填料要求较高,在有条件的多年冻土地区可以采用,但要注意施工工艺以及修筑良好的排水设施,防止孔隙被细颗粒填充而失去应有的作用。
通风管路堤也是一种散热装置。
通风管一般为20~50cm直径的波纹管,每节长约15~30m,水平埋设于坡脚下。
由于冷热空气的密度不同,在冬天,地面冷空气通过垂直桩进入地下管道,把管道中热空气带出来。
夏天,管道中气温低于地面气温,这时空气对流停止。
通风管系统在空气对流中是一个不可逆装置,在国外用于解决路基两侧由于热融产生的融沉而引起的路面纵向开裂。
但是由于其施工难度较大和造价较高的原因在我国多年冻土区不易大面积推广。
多年冻土地区路基还可以采用热棒散热。
热棒是一种气液两相对流循环的导热系统,其构造是一密封的管,里面充有介质。
当冷凝器和蒸发器之间存在温差时,蒸发器中液体介质吸收热量,蒸发成气体,在气压差的作用下,蒸气上升至冷凝端,与较冷的冷凝器管壁接触,放出气化潜热;
同时蒸气介质遇冷冷凝成液体,在重力作用下,液体沿管壁回流至蒸发段,再蒸发;
如此往复循环。
上述气液两相对流循环过程是连续的。
只有当蒸发器温度低于冷凝器温度时,这种过程才停止。
热棒的能量传递是通过潜热来进行的,它的热放率极高,在导热方面是结构钢的500倍。
热棒周围温度下降幅度要比土体与空气间的温度差低6%以上。
(3)增加路基填筑体自身稳定性
增加路基填筑体自身稳定性的方法有选择适宜的路基填料,控制路基压实度与含水量,采用土工格栅(或土工布)来提高填筑体强度,加强两侧路肩的压实,放缓边坡坡率等措施减少路基不均匀变形。
(4)加强防排水设施
多年冻土地区防排水措施主要目的是防止地表水对路基的直接作用,减少水(特别是冻结层土水)对路基的渗流作用。
在路基边坡防护与排水设施养护中,边坡铺设草皮是一种值得在适用地区推广的技术措施。
2.4.2冻胀和翻浆的养护技术
当因各种原因造成了路基翻浆时,应根据不同情况采取下列治理措施:
(1)因路基偏低、排水不良而引起的翻浆,若地形条件许可,可采用浆砌片石护坡、挖深边沟和增加排水沟等方法进行治理,条件具备时应用沙砾石土重新翻修此段路基。
(2)路基土透水性不良、提高路基又困难时,可将路基上层40~60㎝的土挖除,换填砂性土、碎(砾)石,压实后重铺路面。
在翻浆严重路段应将翻浆部分软土全部挖除,填入水稳定性良好的砂砾材料并压实,然后重铺路面。
(3)设置不透水隔离层。
在路基中可设置不透水隔离层。
当路基宽度较窄,隔离层可横跨全部路基,称为贯通式;
当路基较宽时,隔离层可铺至延出路面边缘外50~80㎝,为不贯通式。
不透水隔离层所用材料和厚度:
①沥青含量为8%~10%的沥青土或6%~8%的沥青砂,厚度2.5~3.Ocm。
②沥青直接喷洒,厚度2~5mm。
③用油毛毡(一般为2~3层)或不易老化的特制塑料薄膜摊铺(盐渍土地区不可用塑料薄膜)。
(4)为防止水的冻结和土的膨胀,可在路基中设置隔温层,以减少冰冻深度。
厚度一般不小于15㎝。
2.4.3纵向裂缝养护技术
(1)对于轻微纵向裂缝(缝宽小于0.5厘米),在养护时可以浇灌热沥青或乳化沥青,防止水分渗入;
对于中等程度的纵向裂缝(缝宽0.5~2厘米)可以采用灌浆处治技术。
此种技术是将路面路基开挖后,将水泥、石灰等水硬性材料按一定的配合比与水混拌后灌人纵向裂缝缝隙内,然后按原路面结构回填。
(2)对于较大宽度(缝宽大于2厘米)的纵向裂缝,而且变形还在不断加剧发展时,证明此段路基和路基下地基存在较大问题,这时应对变形严重的部分路基采用单层土工合成材料处治技术。
此种技术是将路面路基开挖后,在用灌填材料填缝的基础上,在缝隙上面展铺一层土工合成材料(例如土工格栅和土工布等),用以阻止裂缝的扩展和反射,最后按原路面结构回填。
单层土工格栅处治结构施工顺序及工艺:
①施工顺序:
标出处治位置及范围→开挖基床→灌缝并填实→压实松软部位→铺设并固定土工格栅→回筑水稳基层→回筑沥青混合料面层
②工艺及要求:
标出处治位置及范围:
用石灰在路面上标出处治范围,并做好施工时的交通组织工作。
开挖基床:
按照设计要求将原路基路面开挖台阶似的基床,台阶上应清理干净。
基床开挖后,应及时进行下一步施工。
同时应做好施工时的防雨、雪准备。
灌缝并击实:
对台阶上显露的裂缝,应用同类路基土料填平并击实。
压实松软部位:
当基床的压实度达不到规范要求时,应及时进行压实;
压实时如果含水量不高,应洒水以保证在最佳含水量下压实。
铺设并固定土工格栅:
根据设计要求铺设土工格栅,并在两端用铁皮和U形钉固定,U形钉间距50㎝,距土工格栅末端为1Ocm。
回筑水稳基层:
按照基层施工技术规范、原基层材料类型和原基层材料配合比将基层回筑到原设计高度。
回筑沥青混合料面层:
按照面层施工技术规范、原面层材料类型和原面层材料配合比将面层回筑到原设计高度。
(3)对于出现在路基中央部位的纵向裂缝,当程度较严重或路基较不稳定时,单层土工格栅已经不能满足要求,可以采用柔性枕梁处治技术。
此技术是将路面路基开挖用灌填材料填隙后,在裂缝上面放人柔性枕梁之后按原路面结构回填。
通过对柔性枕梁处治结构的有限元分析可知,柔性枕梁处治结构在路基变型时容易在裂缝中心线附近或枕粱端部线附近产生反射裂缝,为了延缓反射裂缝的产生,可以在柔性枕梁处治结构的基层底面再加铺一层土工格栅,以防止反射裂缝的产生。
此技术是将路面路基开挖一定深度后,先用灌填材料将缝隙填充至开挖深度,然后将柔性枕梁放人,搭在裂缝两侧,接着在上面铺设隔离层,再在上面展铺一层土工格栅,最后按原路面结构回填。
2.4.4涎流冰养护技术
(1)将路基上侧的泉水、夹层和透水层的渗水,从保温暗沟(或导管)导流出路基外。
如含水层下尚有不冻结的下层含水层,则可将上层水导入下层含水层中排出。
具体做法是将泉水源头至路基挖成1m深沟,上面覆盖柴草保温材料,再修一小坝积水井(观察眼),路基下放导管(直径30cm),管的周围用保温材料包裹,防止结冰,避免冰丘的形成。
(2)提高路基的高度,使其高于涎流冰面60㎝以上。
因受地形或纵坡限制不能提高路基时,可在临水一侧路外筑堤埂或在路侧溪流初结冰后,从中部凿开一道水沟,用树枝杂草覆盖加铺土或雪保温,使水流沿水沟流动,避免溢流上路。
如地形许可,可将溪流改至远离公路处通过。
(3)在多年冻土区,可在公路上侧10~15m以外开挖与路线平行的深沟,以截断活动层泉流;
在冬季宜使涎流冰聚集在公路较远处,保证公路不受涎流冰的影响。
(4)根据涎流冰的数量,在公路外侧修筑储冰池,使涎流冰不上公路。
2.5路肩、边坡养护技术
(1)路肩应保持适当的横坡,坡度顺适。
土路肩或草皮路肩的横坡应比路面横坡大1%~2%,以利于排水。
(2)养护时,对路肩、边坡上的杂草不要连根清除,可以适当割剪,尽量采用生态植物防护路肩、边坡;
(3)路肩应经常保持平整、坚实。
对于车辙、坑槽与路面产生错台以及堆积物形成的高路肩,必须及时整修或清除;
积水和淤泥及时排出和清除,并用与原路肩相同的土填平压实,保持原有状态。
(4)当路肩的横坡过大或过小时,应及时整修。
对于土路肩,横坡过大时,应用良好的砂性土填补并压实;
横坡过小时,应铲削整修至规定坡度。
(5)路肩、边坡被雨水冲刷出沟槽时,应及时修补,也可结合实施GBM工程,用石块、水泥混凝土预制块铺砌(或现浇)路肩边缘带(护肩带),对于易冲刷得土质边坡,可加设急流槽和浆砌片石边沟。
(6)路肩上严禁种植农作物和堆放任何杂物。
对于养路材料,应在公路路肩以外设置堆料台,其间距以200~500m为宜。
对大中修及改善工程所需的砂石材料,如确因用地困难而必须堆放在路肩上时,应做到:
不在两边同时堆放,且料堆内边距路面边缘不小于30cm,料堆的长度不大于10m,每堆料之问的距离不小于1m,以利于排水。
桥头和平曲线内侧、陡坡路段不得堆料。
(7)为了减少土路肩的养护工作量,对于路面过窄或行车密度大的路线,应尽量利用当地砂石或矿碴等材料,对路肩有计划地加固、硬化,或用沥青、水泥混凝土材料改铺成硬路肩。
(8)路肩拦水带应加强养护和修理。
对于由于雨水冲刷及车辆碾压造成的松动、破损,应及时修复或更换。
3多年冻土地区路面养护维修
3.1路面养护的工程分类
3.1.1小修保养工程
(1)清除路面上的泥土、杂物,保持路面整洁。
(2)及时排除路面上的积水、积雪、积冰、积沙或积雪,保证交通顺畅。
(3)整修车辙、修补坑槽、沉陷,处理波浪、啃边等病害。
(4)处理黑色路面的泛油、壅包、裂缝、松散等病害。
(5)修理混凝土路面板边接缝及堵塞裂缝等。
3.1.2路面养护中修工程
(1)路面大面积翻浆的处理,横断面整修。
(2)路面局部地段加厚、加宽,调整路拱,加铺磨耗层、保护层,处理严重病害。
(3)黑色路面封层罩面。
(4)黑色路面严重病害的处理。
(5)水泥混凝土路面个别面板的更换、浇筑或加铺沥青磨耗层。
3.1.3路面养护大修工程
(1)整段加宽、加厚或翻修重铺路面。
(2)翻修或补强重铺,或加宽高级、次高级路面。
3.1.4路面养护改建工程
(1)分段提高公路技术等级,铺筑高级、次高级路面。
(2)补强、加宽路面等。
3.2路面状况调查
3.2.1路面状况调查的内容包括:
(1)路面破损状况调查
常用的路面破损调查方法有:
人工现场进行量测、记录,再在室内进行数据处理;
借助检测车在行进过程中每个车道的路表裂缝、坑槽、车辙以及其他病害,可即时生成路面病害分布图,对于病害特别严重的路段,应辅以人工方式进行调查。
以人工现场调查为例,测试严格按照《公路路基路面现场测试规程》(JTJ059—1995)的路面病害分类进行调查。
由调查人员沿路面仔细观察路面各类破损情况,按病害类型及其严重程度,详细测量记录。
数据处理时根据路面损坏情况以公里为单位计算出每一个评定路段的各种病害面积及该路段的综合破损率。
最后根据整个路段的综合破损率计算出路面状况指数PCI,以用于路面总体质量等级的评价。
(2)路面结构强度调查
沥青路面路表测试的回弹弯沉值可以反映路基路面的综合承载能力,路面强度的调查指标为路面弯沉值。
传统的路面结构强度检测方法采用贝克曼梁,属于静态测定单点最大回弹弯沉,由人工操作,是规范规定用于路面设计和验收的方法。
自动弯沉仪也是目前较为常用的自动化检测设备。
弯沉检测车采用后轴10t的BZZ--100标准车,轴载标定控制在100kN±
1kN,轮胎充气压在0.70MPa±
0.05MPa范围之内,弯沉仪采用5.4m贝克曼梁,其杠杆比为2:
1,百分表量程为0~30mm,精度0.01mm,接触式路表温度计,分度0.2℃。
检测时,分别对路面左、右半幅,在行车道、超车道上每隔20m测一处(左、右轮各一测点),并随时测定气温及路表温度,以每公里作为一个评定段计算其弯沉代表值进行评定。
根据规程,以公里路段为一个评定单位进行统计分析。
统计分析时,按超出±
3倍标准差的剔除原则对弯沉数据进行处理,并进行温度修正,保证率系数取Za=1645,最后计算其弯沉代表值。
计算公式:
Lr=L+Za×
S
式中:
Lr——评定路段的代表弯沉值0.01mm);
L——评定路段各实测弯沉值的平均值0.01mm);
S——评定路段各实测弯沉值的标准差0.01mm);
Za——与保证率有关的系数,取1.645。
路面强度评价依据为《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073.2—2001)。
路面强度采用强度系数(SSI)作为评价指数,
SSI=(路面容许弯沉值)/(路段代表弯沉值)
落锤式弯沉仪(FWD)是近年来发展起来的弯沉检测设备,用于检测动态弯沉,由计算机自动检测,检测速度较高。
测试时,每车道测试间距为50m,慢车道与快车道按25m交错,通过反算各结构层的模量,分段分层评定各结构层的强弱。
(3)路面平整度检测
路面平整度的调查指标为国际平整度指数(IRI)。
根据《公路路基路面现场测试规程》,可以采用3m直尺、连续式平整度仪及车载式颠簸累积仪检测,常用的是连续式平整度仪。
检测时按左、右半幅行车道全程检测,超车道选择代表性路段(不少于10km)检测。
每10cm采集一数据,每100m为一计算区间,测试车辆行驶速度控制在5~10km/h之间。
路面平整度以公里为一个评定路段,要分别计算出每一个评定路段内务区间平整度标准差的平均值、标准差、最大值、最小值及变异系数。
比较新的检测设备是激光断面仪。
其特点是检测速度快、精确度高、数据处理快,但价格较高。
它可以用来测试每个车道的IRI、车辙、表面构造深度等指标,评定其行车的舒适性。
路面平整度评价依据《公路养护技术规范》(JTJ073.2—2001)。
沥青路面平整度采用行驶质量(RQI)作为评价指标:
RQI=11.5—0.75×
IRI
RQI——行驶质量指数,数值范围为0~10。
如出现负值,则RQI为0;
如计算结果大于10,则RQI取10;
IRI——国际平整度指数,m/km。
依据《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071—1998),国际平整度指数(IRI)与平整度标准差(RSD)之间的换算关系为:
IRI=RSD/0.6
(4)路面抗滑能力调查
路面抗滑能力的调查指标为横向力系数(SPC)和摆值(BPN)。
使用连续式摩擦系数仪或摆式仪、橡胶片、标准量尺、洒水壶、橡胶刮板、路面温度计、皮尺式钢卷尺、粉笔可测试两行车道的表面摩擦性能。
检测及数据记录时沿左、右幅行车道右轮迹带进行检测,每3km选100m作为代表路段,每隔20m在轮迹处布置测点,共5个测点,分别检测其摆值(BPN)。
每个测点测定5次,取5次测定值的平均值作为一个测点的抗滑摆值。
路面抗滑性能的评价依据《公路养护技术规范》(JTJ073.2—2001)进行。
(5)路面的综合评价
路面的综合评价采用路面综合评价指标(PQI)作为评价指标,PQI用分项指标加权计算得出。
PQI的数值范围为0~l00。
其值越大,路况越好。
PQI=PCI×
Pl+RQI×
P2+SSI×
P3+SFC×
P4
其中,P1、P2、P3、P4为相应指标的权重,按PCI、RQI、SSI、SFC(BPN)的重要性确定。
3.2.2沥青路面破损分类分级
沥青路面破损分类分级详见表3-1。
表3-1沥青路面破损分类分级
破损类型
分级
外观描述
分级指标
单位
裂缝类
龟裂
轻
中
重
初期龟裂,缝细,无散落,裂区无变形裂块明显,缝较宽,无或轻散落,轻度变形裂块破碎,缝宽,散落重,变形明显,急待修理
块度:
20~50cm
<20cm
m2
不规则裂缝
缝细,不散落或轻微散落,块度大
缝宽,散落,裂块小
>100cm
50~100cm
纵裂
缝壁无散落或轻微散落,无或少支缝
缝壁散落重,支缝多
缝宽≤5mm
缝宽>5mm
长度×
0.2m
横裂
续表3-1沥青路面破损分类分级
松散类
坑槽
坑浅,面积较小(<1m2)
坑深,面积较大(>1m2)
坑深≤25mm
坑深>25mm
松散
细集料散失,路面磨损,路表粗麻
粗集料散失,多量微坑,表面剥落
变形类
沉陷
深度浅,行车无明显不适感
深度深,行车明显颠簸不适
深度≤25mm
深度>25mm
车辙
变形较浅
变形较深
0.4m
波浪
壅包
波峰波谷高差小
波峰波谷高差大
高差≤25mm
高差>25mm
其他类
泛油
路表呈现沥青膜,发亮,镜面,有轮印
修补
损坏
3.3沥青路面养护
3.3.1沥青路面日常养护技术
各种沥青路面日常养护的基本要求是:
(1)保持路面平整、横坡适度、线形顺直、路容整洁、排水良好。
(2)加强巡路检查,掌握路面情况,随时排除有损路面的各种因素,发现路面初期病害应及早修理。
(3)掌握技术资料,建立养护档案。
3.3.2沥青路面预防性、季节性养护维修技术
沥青路面对气温比较敏感,应根据各地不同季节的气候特点、水和温度变化规律,按照“以防为主、防治结合”的原则,结合成功经验,针对季节性病害根源,因地制宜,采取有效的技术措施,做好预防性保养和修理。
季节性保养修理应符合下列要求:
(1)春季:
应做好沥青路面温缩裂缝和其他裂缝的灌、封修理,并及时快速修补坑槽、松散和翻浆等病害。
(2)夏季:
气温较高,是沥青路面养护工程施工的有