岛状多年冻土地区道路勘测暂行规程.docx

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岛状多年冻土地区道路勘测暂行规程

震后交通基础设施重建技术系列指南之七

多年冻土地区路基设计指南

目录

1总则1

2路基设计2

2.1一般规定2

2.2路堤设计高度3

2.3低填浅挖路基8

2.4路基边坡及护道10

2.5路基排水10

2.6其它不良地质地段的路基设计12

2.7路基借土13

3多年冻土道路环境检测与管理14

多年冻土地区路基设计指南附录15

附录一沥青路面路基设计高度公式中S的确定15

附录二XPS板隔热层路基设计主要参数17

附录三通风管路基设计参数18

附录四热棒路基的设计参数18

附录五碎石路基设计参数与要求19

附录六冻土融土的热物理参数20

1总则

第1.0.1条本设计指南依据部颁《公路工程技术标准》和多年冻土地区公路工程设计任务，并参考《公路路基设计规范》和其他多年冻土地区研究成果中所确定的原则编制，其目的是指导多年冻土区公路路基设计。

第1.0.2条多年冻土地区路基工程设计中，为确保路基稳定，使路基设计经济合理，降低全寿命成本。

应根据“有的放矢、合理经济”的设计原则，对不同的冻土类型，分别采用不同的设计方法。

第1.0.3条公路路基宽度设计原则上按《公路工程技术标准》级公路标准进行，特殊地段可适当降低技术标准。

第1.0.4条采用本设计指南时，尚应符合国家现行有关规范或规定的要求。

第1.0.5条路基工程设计应在综合分析勘察资料基础上，吸收消化国内外成功的研究成果，充分考虑建设环境的影响，论证地确定路基工程设计方案，以保证路基设计的合理性和可靠性。

第1.0.6条对于旧路建设整治工程，路基设计时，低温多年冻土地区（放热型、吸热型）路基设计以“保护冻土”为原则；高温多年冻土地区（过渡型和残留型）路基设计以“控制融化速率”为原则，采用“主动降温与被动保护相结合、治理路基病害与治理环境相结合”的工程措施，路基临界高度不再是高温多年冻土区路基设计的主要控制指标。

第1.0.7条对于新建公路路基，路基设计时，低温多年冻土地区路基设计以“保护冻土”为原则；高温多年冻土地区路基设计以“控制融化速率”为原则，采用“主动降温与被动保护相结合、保护冻土路基与保护冻土环境相结合”的工程措施，路基临界高度不再是高温多年冻土区路基设计的主要控制指标。

2路基设计

2.1一般规定

第2.1.1条多年冻土区公路路基设计应以完善、准确、可靠的工程地质勘测资料为依据，充分考虑冻土条件，并尽量减少对多年冻土的热干扰，采取有效的工程措施，确保路基的稳定性。

第2.1.2条多年冻土地区路基设计原则，要依据区内冻土分布的多样性和变化的复杂性以及路面类型而定，同时要考虑到全球气候周期性波动对冻土路基的影响，故在设计冻土路基时不宜采用单一的原则，而是要根据冻土区内气候、冻土条件与道路工程建设的技术经济可行性与合理性，采用不同的设计原则。

第2.1.3条设计原则的应用既要正确确定应用对象与应用范围，又要认真确定合理路基高度及对应的路面类型。

第2.1.4条由于多年冻土融化引起的道路路基不均匀下沉是影响路基设计的主要因素，因此，路基设计首先考虑如何控制多年冻土层的融化，正确评估冻土发生融化后的变形值。

在这一指导思想下对应的设计原则有：

保护冻土设计原则，即：

保持多年冻土上限不下降或略有上升；控制冻土融化速率的设计原则，即：

保持多年冻土融化引起的路基下沉变形不影响路面的正常使用或在一定时期内多年冻土融化引起的路基下沉变形不降低公路的服务水平；预融的设计原则，即：

让多年冻土预先融化，直至稳定到一定深度为止，再按一般地区路基设计。

各类设计原则的适用范围见下表：

设计原则与适用范围

设计原则

适用范围

保护冻土

年平均地温低于-1.5℃；经过热学计算研究确信在施工和运营过程中可以保持土的冻结状态和稳定性，冻土人为上限较浅的多年冻土路段；高含冰冻土，且冻土的厚度较大，采用其他方法不经济路段。

控制融化速率

年平均地温高于-1.5℃，冻土含冰量低的路段或冻土的厚度较大，采用其他方法不经济的路段。

预融

地温较高、冻土厚度较薄地段，或路基挖方路段。

第2.1.5条用粗粒土填料填筑路基，对路基水稳定好，用细粒土填料对保护路基基底冻土好。

填料类别应综合考虑，既要宜采取因地制宜，就地取土的原则，降低造价，又要保持路基的水稳定性、热稳定性和强度。

第2.1.6条在特殊路段，路基填料的选择一定要慎重，要考虑各种控制因素，合理和有效的选择填料，对不适宜的填料要严格禁用，有时远距离取土也是必须的。

下列土类要严格禁止在任何地段作为路基填料：

草皮、富含腐植土、草炭和泥炭土等。

第2.1.7条路基设计方案、施工组织设计与施工方法等应保证路基稳定，充分利用有利于工程质量的施工季节并满足施工期间车辆通行的需要。

第2.1.8条对于填筑在地面横坡大于1:

2.5的新线路堤，应验算路堤沿基底中冻融界面滑动的稳定性。

冻融界面的抗剪强度由现场试验或室内试验确定，当无条件试验资料时可查阅有关文献。

2.2路堤设计高度

第2.2.1条根据地温测试结果，多年冻土地区路基设计时，一般均按保护冻土原则设计。

一般路段均采用填方路基，尽量避免挖方路基形式，但由于路线标高控制而不能采用填方路基时，则采用预融冻土的设计原则。

填方路基一般不低于1.5米，但也不宜超过3.8米。

一般路基横断面如图1-1。

图2-1一般路基横断面图

第2.2.2条路基设计按保护冻土的设计原则进行设计，应通过计算确定路基临界高度确定路基设计高度。

沥青路面下路基临界高度：

H沥=2.87-0.44h天（2-1）

沥青路面下路基设计高度

H设=H沥+S+△H（2-2）

式中：

H沥─沥青路面下路基临界高度（米）；

h天─多年冻土天然上限（米）；

H设─沥青路面下路基设计高度（米）；

S─多年冻土天然上限以上土层和路基填土压密沉降量（米）；

△H─由于修筑公路和大气转暖对路基下多年冻土的热干扰造成在路基使用年限内多年冻土融化产生的沉降量（米）。

第2.2.3条当路基设计高度不满足冻土临界路基高度时，则应设置XPS板隔热层，隔热厚度以热阻等效关系计算。

即可以多层介质斯蒂芬方程（2-3），与不同厚度的EPS板计算的沥青路面下融化深度与隔热层厚度的关系。

=

（2-3）

式中:

IS—沥青路面的融化指数（℃·天）；

Ln—第n层的体积融化潜热（kcal/m3）；

tn—第n层的融化深度（m）；

Rn—第n层中融化层的热阻（h·℃·m2/kcal）；

ΣRn-1—第1层至第n1层的热阻之和（h·℃·m2/kcal）；

K—地区修正系数，K＝1.20～1.95

第2.2.4条在全球气温变迁的条件下，低温多年冻土的路基临界高度应考虑多年冻土地温变化与路基设计使用年限的影响，路基临界高度可采用下式计算：

（2-4）

（2-5）

（2-6）

式中：

—路基合理高度（m）；

—道路设计年限（a）；

—路基设计所在年份（如1999年）的天然上限（m）；

—设计路基时的年份。

如假设道路的设计年限为20年，于2004年设计施工的新建路基合理高度的确定过程如下：

（2-7）

（2-8）

第2.2.5条对于不融沉或弱融沉多年冻土区路段（多冰冻土、少冰冻土），当其计算以融化压缩沉降量未超过路基允许沉降量时，则路基高度可按季节重冰冻区路基设计；当其计算以融化压缩沉降量超过路基允许沉降量时，或当路基设计高度由于路线纵坡控制不能足路基临界高度时，在路基中路面宽度范围内设置XPS板隔热层，XPS板隔热层的厚度以式（2-3）确定（见图2-2）。

图2-2XPS板隔热层路基设计图

第2.2.6条富冰、饱冰多年冻土区路段路基以填土路基为主，当路基设计高度不能足路基临界高度或不经济时，在路基中路面宽度范围内设置XPS板隔热层，（见图2-3），并在路肩外侧设置热棒，热棒设计间距4.0米（见图2-3），如路基设计高度大于2.5米，且路基走向与当地冬季风向基本垂直时，也可设计为通风管路基（见图2-4）。

第2.2.7条含土冰层与厚层地下冰路段路基以填土路基为主，并拟在路基中路面宽度范围内设置XPS板隔热层，XPS板隔热层厚度以式（2-3）确定，并在路肩外侧设置热棒，热棒设计间距3.0米（见图2-5）；如路基设计高度大于2.5米，且路基走向与当地冬季风向基本垂直时，也可设计为通风管路基（见图2-4）。

第2.2.8条当公路通过地表横坡较大、地表水发育，且公路沿线石料丰富时，路基可设计为碎（片）石路基（图2-6），碎（片）石层厚1.2-1.5米，并根据公路通过地带的冻土类型增设XPS板隔热层（图2-7）或热棒路基（图2-8）等。

图2-3XPS板隔热层与热棒路基设计图

（1）

图2-4通风管路基设计图

第2.2.9条当路线通过地段地表水、地下水（泉水或冻土沼泽）发育，又是高含冰量路段时，为确保路基稳定性，拟采用以桥代路。

第2.2.10条对按保护冻土设计原则设计的路基，其设计高度也可采用路基临界填土高度加安全高度计算（式2-9）。

（2-9）

式中：

M-综合修正系数，依据冻土类型及上限深浅确定；

-路基设计高度（m）；

-路基填土临界高度（m）；

图2-5XPS板隔热层与热棒路基设计图

（2）

图2-6碎（片）石路基设计图

图2-7碎（片）石与XPS板隔热层路基设计图

-多年冻土天然上限（m）；

A，B-在不同地温带是不同的，随气温，地温升高而增加。

其具体值应由观测值回归得到；

S-为季节融化层压缩沉降量（m）；

-第

层冻土的融化下沉系数，%；

-第

层冻土的融化压缩系数，

；

第

层冻土厚度，（m）；

-第

层土中平均附加应力，（

-第

层土中点处土的自重应力，（

；

图2-8碎（片）石与热棒路基设计图

第2.2.11条按控制融化速率设计原则，道路路基设计高度为；

（

）

式中：

-路基的设计高度，（m）；

路基土标准融化深度，（m）；

-路基土含冰量的修正系数（0.7~1.1）；

-路基施工影响系数（1.16~1.22）；

-历年平均融化速度；

-融化速度衰减系数；

-道路使用年限，以年计；

第2.2.12条在计算沥青面下人为上限时，首先应分析历年勘探资料，进行冻土地质分段，分段时要注意照顾最不利冻土路段。

第2.2.13条当沥青路面下人为上限资料缺乏时，可采用沥青面铺筑前砂砾路面的人为上限或天然上限进行计算。

第2.2.14条当多年冻土厚度与上限之和小于3.5米时，则采用预融的设计原则，将多年冻土层全部清除，清除宽度为路基底宽加2米（每侧加宽1米），用水稳定性好的砂砾回填。

第2.2.15条当采用保护冻土或控制融化速率设计原则时，多年冻土层上的植被与草炭（泥炭）层不宜清除，而应采取有效措施，首先将地表软基处理，使其在路基施工阶段完成沉降变形。

第2.2.16条除基岩路段外，路基最小高度一般不宜低于1.5米，非纵坡或构造物控制段路基高度不宜超过3.5米。

经计算，当路基高度超过3.5米时，应根据填土路基或其它冷却（调制）工程措施路基进行技术经济性和可靠性比较。

第2.2.17条对于多年冻土区中的河谷融区，以季节重冰冻区路基设计，按现行《公路路基设计规范》确定路基高度；对于较小的冻土岛，根据其多年冻土特性，对照第2.2.2~14条规定，确定路基设计高度。

当填高路基受到纵坡限制时，通过经济比较，可采用在路基内设置XPS板隔热层或增设热棒