油田道路现状分析及新型路面结构探讨.docx
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油田道路现状分析及新型路面结构探讨
油田道路现状分析及新型路面结构探讨
大庆油田有限责任公司油田建设设计研究院
2005年3月
目次
一、油田道路现状及发展过程
（一）目前油田道路执行的标准及常用的路面结构
（二）油田道路的发展过程
二、沥青表处路面分析
（一）沥青表处简介
（二）沥青表处在油田道路中的的应用情况
（三）目前油田道路施工单位的设备（用于表处）情况
三、近几年井排路常用的路面结构及其造价对比
四、热拌沥青碎石在油田井排路中应用的可行性分析
（一）热拌沥青碎石路面的优缺点
（二）热拌沥青碎石与沥青混凝土路面结构及造价对比
（三）热拌沥青碎石在油田道路中的可实施性
五、固化土结构在油田道路中的试验情况
（一）土壤固化剂简介
（二）高寒地区土壤固化剂的作用机理及特点
（三）高寒地区土壤固化剂现场应用实例
（四）高寒地区土壤固化剂应用前景
六、水泡子井场及道路标高确定原则
七、道路标准修改建议
一、油田道路现状及发展过程
（一）目前油田道路执行的标准及常用的路面结构
1.主支路
主支路一般能适应年平均昼夜标准载重汽车交通量为200～1000辆，一般为交通量较大的重要井排路或通往油区的道路。
主支路常用的路面结构为:
4～5cm中粒式沥青混凝土+20cm石灰粉煤灰碎石+30cm石灰土。
一般情况下，路面宽6m，路基宽8m。
2.次支路
次支路一般能适应年平均昼夜标准载重汽车交通量为200辆以下，主要为油田井排路。
次支路常用的路面结构为:
2.5cm沥青表处+10cm泥灰结碎石+30cm石灰土。
一般情况下，路面宽3.5m，路基宽6.5m。
3.通井路
通井路一般分为水泡子通井路、通井土路及进井通道。
水泡子通井路为保证行车安全，一般采用砂石路面，其常用路面结构为：
2cm砂土磨耗层+10cm泥结碎石+30cm石灰土。
一般情况下，路面宽3.5m，路基宽6.0m，一侧路肩可敷设管线，另一侧可架设电力线。
通井土路一般用于通往位于低洼地的油、水井道路以及通往计量间和配水站的道路。
路基宽一般为4.0m。
进井通道一般用于通往非低洼地的油、水井道路，通道宽3.5m，两侧各设1m宽的三角形边沟。
（二）油田井排道路的发展过程
大庆油田开发初期，为解决油田建设、生产及生活迫切需要道路的矛盾，制定了“先求其通，后求其精”的道路修筑原则。
这期间修建的油田井排道路基本为土路和砂石路。
进入70年代，随着油田的不断发展，油田道路上的交通量也在迅猛增长，特别是大型车辆的增加，简易的道路已不能满足油田生产生活的需要，因此，油田开发初期的简易道路逐渐改造为渣油表处路面。
渣油表处路面与砂石路相比，具有使用质量好、经济效益高等优点，但它初期成型慢，热稳性差，夏季泛油，行车阻力大。
从八五年开始，油田井排路路面面层由渣油表处改为沥青表处。
二沥青表处路面分析
（一）沥青表处简介
沥青表处是为了改善路面行车条件，防止雨水侵入路面结构，承担行车磨耗及大气作用，延长路面使用年限而铺筑的沥青面层。
沥青表处路面的使用年限一般为8年。
新建路面，沥青表处的厚度一般采用2.5cm，在计算路面厚度时，其强度一般不计在内。
在我国，交通量不大的道路（设计年限内每一车道累计标准轴次10～100万次），或投资有限时，常采用沥青表处路面。
比较富裕县的乡道，较贫困县的县与县之间道路常采用沥青表处路面。
正在修建的连接安达市与兰西县的80km道路全部采用沥青表处路面。
沥青表处的施工必须有沥青洒布车、压路机和专业技术人员。
因此，只有专业筑路队伍才能完成。
其最典型的施工方法是层铺法，即将沥青材料与石料分层洒布与铺撒，分层碾压成型。
石料的最大粒径与表处的厚度相当，仅用一层单一尺寸的石料将路面铺满。
单一尺寸的石料横向嵌挤，防止石料横向滑移。
较小的石料嵌挤在较大石料的缝隙中，使表处层平整密实，最大限度地发挥联锁作用。
（二）沥青表处在油田道路中的的应用情况
由于沥青表处是投资最小的沥青路面，所以从一九八五年开始，在油田的建设中得到了广泛应用。
一九八五年～一九九五年这段时间全油田修筑沥青表处路面一千多公里，大多数路面施工质量都比较好，满足了油田生产和生活需要。
一九八六年～一九九0年分段修建的朝中干线全长60km左右，路面宽7m，路基宽10m，全部采用沥青表处路面。
该路全部由黑龙江省第二工程处施工，施工质量非常好。
各段道路使用年限均超过了八年，到九十年代后期才开始分段改造成沥青混凝土路面。
随着沥青混凝土机械化摊铺技术的不断提高和摊铺设备的普及，从一九九五年开始，油田主支路（路基宽8m,路面宽6m）以上的道路由沥青表处面层改为沥青混凝土面层。
而每年要修筑油田井排路一百多公里，为节省投资，井排路面层仍采用沥青表处。
近几年，沥青表处路面在井排路中的应用出现一些问题，用户对这种路面结构不太满意。
原因之一是沥青表处采用人工摊铺，平整度较差，当行车速度较大时，行车颠簸（十年前，行车速度为每小时50～60km左右，而现在增长至每小时70～80km左右）。
其二是少数施工单位，缺少施工设备且技术水平低，刚施工完的表处路面，第二年就松散了，失去了强度，最后导致路面结构整体破坏。
（三）目前油田道路施工单位的设备（用于表处）情况
大庆油田路桥工程有限责任公司在油田内部的沥青洒布车只有两台，大部分在油田外部各工程地点。
一套设备（一台洒布车、一～二台压路机）每天能铺筑沥青表处面层2～3km（3.5m宽路面）。
大庆油田路管公司有沥青洒布车八台，有较强的沥青表处施工能力和经验，在养路施工中经常使用沥青表处结构。
大同区及外围油田所在各县的筑路队伍，均有沥青洒布车和较强的沥青表处施工能力。
三近几年油田道路常用的路面结构及其造价对比
目前，大庆油田应用较多的路面有砂石路面、沥青表处路面、沥青砼路面三种，各类路面结构的对比详见下表。
路面结构及其造价对比表
序号
路面类型
路面结构
路面使用年限
路面建安费
（元/m2）
30km运距
1
砂石路面
2cm砂土磨耗层+10cm泥结碎石+30cm10%石灰土
5
60.6
其中
2cm砂土磨耗层
3.5
其中
10cm泥结碎石
25.4
其中
30cm10%石灰土
31.7
2
沥青表处路面
2.5cm沥青表处+10cm泥灰结碎石+30cm10%石灰土
8
67.7
其中
2.5cm沥青表处
13.5
其中
10cm泥灰结碎石
22.5
其中
30cm10%石灰土
31.7
3
沥青混凝土路面
4cm中粒式沥青混凝土+20cm石灰粉煤灰碎石+30cm10%石灰土
12
106.8
其中
4cm中粒式沥青混凝土
29.6
其中
20cm石灰粉煤灰碎石
45.5
其中
30cm10%石灰土
31.7
下面分别叙述它们各自的特点和适用性:
1.砂石路面
砂石路是道路发展初级阶段适用于山区的中低级路面，优点是因陋就简、就地取材、造价低廉，不需要水泥和沥青。
但是砂石路晴天扬尘、雨天泥泞，大雨或连雨天通行困难，养护工作量大，车辆磨损大，燃油消耗多，在无砂石地区经济效益低。
近几年，在油田中修筑的砂石路面，使用二、三年以后，基本就成土路了。
原因之一是施工质量达不到施工规范要求，材料用量远少于设计用量。
其二是道路投入使用之后，不能及时养护。
目前,国内除了经济落后的山区以外已经基本淘汰了砂石路，国家及交通部门的现行施工技术规范也取消了有关砂石路的内容。
因此,除了水泡子通井路因路基沉降不稳而采用砂石路面以外，其他井排路不宜应用。
2.沥青表处路面
沥青表处路面最初由砂石路面发展而来，垫层30cm石灰土不变，基层由10cm泥结碎石改为10cm泥灰结碎石，仅仅做一层2.5cm厚的沥青表面处治，起到防水和防扬尘作用。
沥青表处路面比较平整,晴雨通车,行车耗油较少,养护工作量小,更重要的是设计使用年限比砂石路延长了3年。
大庆地区砂石料价格较高，沥青表处路面比砂石路造价每公里仅多三万元左右。
因此沥青表处路面有较高的性能价格比，经济效益高。
3.沥青混凝土路面
沥青混凝土路面行车舒适、施工机械化程度高、维修容易,采用粉煤灰半刚性基层后，已经克服了容易翻浆的弊病，采用重交通道路沥青后，路面裂缝、拥包等病害也大大减轻。
但沥青混凝土路面造价较高，故只有油田主支路以上道路，才采用沥青混凝土路面。
四热拌沥青碎石在油田井排路中应用的可行性分析
（一）热拌沥青碎石路面的优缺点
热拌沥青碎石路面属次高级路面，适用于二级及二级以下公路，从外观上看，与沥青混凝土路面基本相同，只是表面略显粗糙。
它是把具有一定级配的碎石和沥青热拌后，一次铺筑压实而成的路面。
这种路面在强度上是按半嵌挤半密实原则构成的，嵌挤与密实并重。
而沥青混凝土的强度是按密实原则构成的。
热拌沥青碎石与沥青混凝土相比具有下列优点：
（1）高温稳定性好，适应变形能力强，路面不易产生波浪，冬季不易产生冻缩裂缝，行车荷载作用下裂缝少。
（2）路面较易保持粗糙，有利于较高速度行车。
（3）对石料级配和沥青规格要求较宽，材料组成设计比较容易满足。
（4）沥青用量少，造价低。
热拌沥青碎石与沥青混凝土相比，具有较大的空隙率，因而降低了石料与沥青间的粘结力，强度较低，耐久性较差，但其强度足可以满足井排路要求。
（二）热拌沥青碎石与沥青混凝土路面结构及造价对比
热拌沥青碎石与沥青混凝土路面结构及其造价对比表
序号
路面
类型
路面结构
路面使用年限
路面
建安费
（元/m2）
30km运距
1
热拌沥青碎石路面
3cm热拌沥青碎石+15cm石灰粉煤灰碎石+30cm10%石灰土
10
86.2
其中
3cm热拌沥青碎石
20.0
其中
15cm石灰粉煤灰碎石
34.5
其中
30cm10%石灰土
31.7
2
沥青混凝土路面
4cm中粒式沥青混凝土+20cm石灰粉煤灰碎石+30cm10%石灰土
12
106.8
其中
4cm中粒式沥青混凝土
29.6
其中
20cm石灰粉煤灰碎石
45.5
其中
30cm10%石灰土
31.7
从表中可以看出，每平方米热拌沥青碎石路面结构的建筑安装工程费比沥青混凝土路面结构少20.6元。
按这个数值计算，每公里井排路，热拌沥青碎石路面结构的建筑安装工程费比沥青混凝土路面少7.5万元。
与沥青表处相比，每平方米热拌沥青碎石路面结构的建筑安装工程费增加18.5元。
每公里井排路，热拌沥青碎石路面结构的建筑安装工程费比沥青表处路面结构增加6.8万元。
（三）热拌沥青碎石在油田道路中的可实施性
热拌沥青碎石的施工工艺与沥青混凝土基本相同，只是用料有所差别。
大庆油田路桥工程有限责任公司和大庆油田路管公司都有比较先进的拌合摊铺设备和较强的拌合能力，肇源和安达的筑路公司也有拌合摊铺设备。
热拌沥青碎石的铺筑程序与沥青混凝土大致相同。
摊铺时虚厚按压实系数1.25～1.30计算。
碾压时先用两轮式轻型压路机碾压整平，再用胶轮压路机压实。
碾压温度在80０Ｃ以上。
热拌沥青碎石的拌合、摊铺和碾压等每道工序，在《公路沥青路面施工技术规范》中都有详细的规定。
热拌沥青碎石路面结构的投资介于沥青表处与沥青混凝土之间。
而其性能特点比沥青混凝土更适合于井排路。
因此，热拌沥青碎石路面结构是一种可用于油田井排路上的新型路面结构。
五固化土结构在油田道路中的试验情况
（一）土壤固化剂简介
土壤固化剂是固化路面基层和底层的新型化学材料，适用于不同类型的土质。
它是一种应用于道路工程、水利工程、环保工程以及各类型场地建设的新技术产品。
固化土技术国内外均有报道，实际应用规模也呈发展趋势。
此项技术最早起源于美国军方，是用于快速修路和修复战场道路的保密技术。
经过美国、加拿大、日本等发达国家的研究与开发，在国外已普遍应用于交通、水利、机场、港口和环境保护等基础设施的建设。
我国八十年代开始引进此项技术，因其产品成本高等诸多因素，在国内尚没有得到广泛推广。
由于各地的土壤类型繁多、成分各异，再加上各地的自然条件、气候不同，同一固化剂很可能效果不同，因此，严格来说不存在放之四海而皆准的固化剂。
要想取得最经济的效果，必须针对土壤和原材料价格开发固化剂，避免成本太高和水土不服，也就是固化土本地化。
我们经过多年定向攻关，研究试验适用于亚粘土、风沙土、粉土、高含水软土的固化剂以适应油田各地的不同土壤，尽量使用大庆当地的原材料甚至是废渣，解决了国外土壤固化剂存在的对土壤的种类要求严、成本高、水稳定性差的问题，研究出了全新的高寒地区土壤固化剂。
通过试验来看，使用土壤固化剂进行道路基层建设，可以降低成本，但还存在一些技术问题，一是固化剂试验路路面存在较多的纵向裂缝；二是固化剂试验路的强度还需经过室外冻融的检验。
（二）高寒地区土壤固化剂的作用机理及特点
1.作用机理
高寒地区土壤固化剂为灰色粉状无机材料，容重13～15kN/m3，在空气中有一定的吸湿性。
它的主要组份是水泥熟料、石灰，还需加入土壤活性激发剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂。
固化剂与土共同作用形成的固化土，是一种性能优良的土工复合材料。
土壤固化剂是由多种材料配制而成的水硬性胶凝材料。
土体经过固化剂处理后，在碾压压力作用下发生物理化学作用，水化生成钙矾石、碳酸钙及硅酸盐等，形成空间网状结构，具有较高强度和水稳性。
高寒地区土壤固化剂除与水反应外，还与土中的钾、钠、钙、镁、铝、铁等矿物晶体和胶质有机物以及石英等分子发生离子反应、水化反应、凝聚反应。
高寒地区土壤固化剂的遇水反应过程是相当复杂的，首先要打破集料中矿物质晶体结构，使集料粒子的边缘处硅氧四面体群中至少有两个键被切断，而带有对异性离子的“亲和力”；其次矿物晶体中的钾、钠、钙、镁、铝、铁等离子，在水的作用下与固化剂生成硅酸盐和铝酸盐。
在新生物（如：
硅酸三钙、硅酸二钙、等）硬质相的作用下，又进行复分解反应，生成稳定的水化硅酸钙凝胶、氢氧化铁、氢氧化铝等不溶于水的胶体，这些胶体填充在集料的孔隙内，增强了集料的粘结性、密实性，提高了水稳定性和抗压强度。
而激发剂的存在不但能激活矿物质加速水化，并与硅酸钙、铝酸钙水合成晶体。
土和固化剂水化反应后，土壤粒子不会再回复到原有不平衡离子状态，这个反应是永久性的电化学的离子交换反应，是不可逆反应。
这种反应的结果可使固化剂吸收自重1.6倍左右的自由水分，伴随释放出大量的热量，在促凝剂的作用下加速了固化剂与土、砂颗粒之间化学反应，同时水化反应生成钙钒石结构，并可在相当宽的温度范围内快速凝结、硬化，获得早期强度，而且集料的活性在较长时间内得以充分激发，在低水化热条件下，得到较高的后期强度。
图1养生中试件
图2试验破坏后的试件
2.高寒地区土壤固化剂技术特点
（1）取材广泛、强度高
高寒地区土壤固化剂固化土不受土壤种类限制，尤其是在掺加粉煤灰后固化土强度更是有所提高，其强度指标高于其它筑路材料（如石灰、水泥）稳定粉煤灰土的强度（见表1）。
表1高寒地区土壤固化剂固化土试验技术数据
序号
土种类
7d抗压强度（Mpa）
不掺粉煤灰
掺粉煤灰
1
重度盐渍土
≥0.9
≥1.2
2
淤泥
≥2.5
≥3.0
3
粘土、亚粘土
≥2.5
≥3.0
4
风沙土
≥2.0
≥2.5
（2）水稳定性好
使用高寒地区土壤固化剂建设的道路较传统的筑路材料建设的道路使用年限长、水稳定性好，并且具有抗冻融性。
（3）造价低
使用高寒地区土壤固化剂建设的道路，比传统材料建设的道路成本低（见表2）。
表2
序
号
路 面
路 面 结 构
每公里投资
（万元）
15km
运距
60km
运距
1
高寒地区固化土
2.5cm沥青表处+30cm10%高寒地区固化土
48.43
51.45
2
沥青表处路面
2.5cm沥青表处+10cm泥灰结碎石+30cm10%石灰土
52.19
58.46
（4）道路养护费用低
由于利用了高寒地区土壤固化剂，相对于传统道路材料建设的道路来说具有良好的水稳定性和抗冻融性，因此解决了高寒地区由于春季道路翻浆所造成的道路破坏，从而大大减少了道路养护费用。
（5）固化土类基层施工质量要求高
应该注意的是固化土类基层和泥结碎石类基层相比，施工质量的要求较高。
使用高寒地区土壤固化剂进行道路建设施工，建议采用厂拌法。
因为厂拌法能保证固化剂与土充分拌匀，使施工后的固化土强度均匀、稳定，真正能发挥出固化剂的作用。
只有专业施工单位才具备厂拌设备。
也可采用路拌法，但必须建设、监理、施工单位三方积极配合，现场加强翻拌，认真按照施工程序做，使固化剂与土充分、均匀拌合。
如果施工单位马马虎虎，拌合不匀，则固化土质量较难保证。
（三）高寒地区土壤固化剂现场应用实例
近几年来，结合实验室研究，同时进行了现场试验。
自2003年以来，我们相继在大庆油田采油一厂北I-1路、采油八厂州603井排路进行了土壤固化剂试验，获得了比较满意的成果。
2003年，我们在采油一厂北I-1井排路试验了3.1km,固化土面积11000m２。
其中2.1km路面结构为：
4cm沥青混凝土+15cm10%固化土+15cm石灰粉煤灰土（12：
35：
53）。
另外1km路面结构为:
4cm沥青混凝土+25cm10%固化土。
经二年时间的考验，路面强度仍比较好，但纵向裂缝较多，主要是由于固化土的收缩引起的。
2004年在采油八厂州603区块井排路中试验了2.16公里（共分两段，一段长1.2km，另一段长0.96km），固化土面积7860m２。
1.2km段的路面结构为：
2.5cm沥青表处（双层式）+20cm10%固化土。
0.96km段的路面结构为：
2.5cm沥青表处（双层式）+15cm10%固化土+15cm石灰粉煤灰土（12：
35：
53）。
2005年3月23日我们又一次进行了现场观查，两段路的基层强度都比较好，但1.2km段道路的沥青表处由于沥青用量过少，处于半松散状态，石料已大部分脱落，无法观察裂缝情况；0.96km段道路的沥青表处施工质量较好，只在少数地方出现纵向裂缝，这主要是因为沥青表处与沥青混凝土相比，具有较强的适应变形能力。
经过冻融期后这两段路的强度变化情况还有待于继续跟踪观察和检测。
图3未铺面层的固化土路面
图4摊铺沥青面层后的路面
（四）高寒地区土壤固化剂应用前景
经过进一步的研究与试验，高寒地区土壤固化剂可以用于井排路的基层。
大庆油田近年来每年新、改建井排路约在100km左右，厂站路20～30km，预计每公里井排路可降低投资4～7万元，每年将节约投资600万元以上。
六水泡子井场及道路标高确定原则
1.水泡子水位标高
在大庆长垣范围内，有较大的水泡子40个左右，水多时，分别排入东二排水干渠、西干渠、东干渠和中央排水干渠等四条排水干渠中。
这些泡子有一部分是排干泡（水深控制在0.5m范围内），还有一部分利用泵站控制最高水位。
2.水泡子中道路及井场填土高度的确定
水泡子中道路及井场填土高度由两个方面决定：
一是为保证道路、井场不被洪水淹没，道路及井场顶面高程要高出控制水位0.5m以上；二是为保证道路、井场具有足够强度，以满足生产需要，道路及井场顶面高程要高出控制水位1.0m左右。
综合考虑以上两个方面，水泡子中道路及井场顶面高程要高出控制水位1.0m左右。
3.井场及道路边坡防护
位于水泡子中积水较深处的道路及井场，为保证填土不被冲走，井场及道路边坡需进行适当的防护。
边坡防护一般采用水泥混凝土预制块，护坡顶标高应高出控制最高水位0.5m。
七道路标准修改建议
1.井排路标准修改建议
对于产量高，经济效益好的产能区块，井排路（次支路）路面面层由沥青表处改为沥青碎石，具体结构为：
3cm热拌沥青碎石+15cm石灰粉煤灰碎石+30cm石灰土（10：
90）。
虽然投资比沥青表处大，但道路使用年限比沥青表处长2年，且路面平整，行车舒适。
投资与使用年限的比值和沥青表处基本相当。
对于产量低，经济效益差的产能区块，井排路（次支路）路面面层仍维持沥青表处或采用土路。
2.丛式井通井路标准修改建议
一个丛式井井场上一般都有多口井，为方便管理和维护，丛式井通井路宜采用4m宽土路，即与计量间、注配间的道路标准一致。
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