公路冻害防治措施施工方案.docx

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公路冻害防治措施施工方案

第八章防治道路冻害的主要措施（请编写大纲级别及小标题，此章为第八章）

冻土是一种特殊的土体。

其成分、组构、热物理及物理力学性质均有着不同于一般土的许多特点。

冻土区的活动层中每年都发生着季节融化和冻结，并伴生有各种冻土现象，因此，在冻土地区筑路时产生了一系列特殊的工程地质问题和路基路面病害。

在冻土区筑路必须考虑的工程地质问题有融沉、冻胀和不良冻土现象等。

8.1

（1）融沉（融沉为永久性冻土常见问题，对于湖南省内不常见，我省主要是冰灾的瞬时冻土或者季冻，在叙述中不要出现永久冻土等字样）

融沉，也称融化下层（沉），指土中过剩冰融化所产生的水排出以及土体的融化固结引起的局部地面的向下运动，是自然（如气候转暖）或人为因素（如砍伐与焚烧树木、房屋采暖）改变了地面的温度状况，引起季节融化深度加大，使地下冰或多年冻土层发生局部融化所致。

在多年冻土上限附近的细粒土和有一定量细粒土充填的粗粒土中往往存在厚层地下冰，由于其埋藏浅，所以很容易受各种人为活动的影响而融化。

由厚层地下冰融化而产生的融沉是引起多年冻土区路基变形和破坏的主要原因。

融沉对道路的稳定性构成很大的威胁，成为冰冻地区尤其有永久冻土地区道路破坏的主要形成之一。

而且这种影响不但有自然的因素，也有人为的因素，即有意或无意的破坏了永久冻土，影响了道路的稳定。

常见的道路破坏现象有：

冷季冻胀，引起的道路变形裂缝；暖季融沉，导致道路出现翻浆、冒泥、路基滑塌和路面沉陷。

在道路中，如何最大限度地减少对冻土层的影响和破坏，也是保证路基稳定的重要因素。

下面介绍几种处理冻土路基融沉的方法，供参考：

1.对于冻土层厚度较薄段落，采取挖除冻土层换填透水性材料，同时做好截排水工作；

2.对于冻土层较厚段落，主要从路基填料、基底处理两个方面考虑，拟采用如下措施；

a.路基填料采用粗粒透水性好的材料，如砂砾、碎石渣等，以降低毛细水的影响，避免在路基内出现二次结冰冻胀；

b.在石料比较丰富段落，路基基地清表后填筑50～80cm厚块石，由于块石间存在空隙，从而可以防止路基内的热量传人地基中去，加上空气的流动加强了地基的蒸发作用，使基底的表面处于降温状态，同时相对空隙较大的块石基底又能抵御地基的冻胀变形，使冻胀应力能够得到释放，在冻土层发生融化时，块石的强度又能给予路基强有力的支撑，从而减少路基变形，而且它还是很好的毛细水隔断层，它的存在极大的改变了路基内冻土核的形态，减少了路基边坡发生裂缝的可能。

c.对于冻土区地基土质较好和承载力较高段落，可以考虑买设通风管。

通风管直径一般为20～50cm，为电镀的金属螺纹管，水平埋设在路堤坡脚下，通风管的进出口都有垂直于地面的钢管或桩与之连接，一般高出地面50～100cm。

通过通风管埋设于路基体中，增加了路基体与空气的接触面，通过空气在通风管中的流动，使通风管周围路基体的温度和气温趋于一致，减少路基体传人地基的热量，增加路基体传人地基的冷量，保持多年冻土层及路基基底下季节活动层的冻结状态，维持路基体的稳定。

d.对于石料较为缺乏，地表相对较为干燥段落，主要考虑在路基下部接近基底处设置隔温层，减少传人冻土路基中热量，常用的隔温材料主要有草皮、泥炭、粘性土等天然材料，以及硅藻土砖、石棉板、草袋、泡沫混凝土及聚苯乙烯（EPS）等预制材料。

由于天然材料的保温性能效果差，且对自然环境产生破坏，同时天然材料置于路基中会形成软弱层，对路基整体的稳定性有影响，结合我公司在国道301二级公路施工时所做的实验，认为采用聚苯乙烯板（EPS）作为保温材料较为有效。

e.路基合理高度的问题：

根据我公司以往在东部大兴安岭地区岛状冻土区公路的所取得的设计经验：

当路堤过低时，区域气候的融化能力有可能使基底天然上限位置下降而影响路堤的稳定：

而在暖季填筑的高路堤，填料带人堤身的热量则有可能完全消耗掉区域气候的过于冻结能力，使路堤在填筑后一段时间内无法形成衔接的冻土核。

通过研究我们认为冻土区路基高度不宜低于

2．0m，当路堤高度大于

4．0m时基底的保温层和隔离层厚度应适加大。

f.岛状冻土地区多位于低洼积水地区，为了避免积水造成路基土在冬季冻结产生冻胀，在这些地区应加强截排水设计。

（2）冻胀（冻胀也是常年冻土区常见的问题）

冻胀是冻土区筑路时需要考虑的另一个重要问题。

一般情况下，在低温冻土区，活动层厚度一般较小，且存在双向冻结，冻结速度较快，故冻胀相对较轻。

而在高温冻土区，活动层厚度一般较大，冻结速度也较低，如存在粉质土和足够的水分则冻胀严重。

由于路基填筑材料的不均匀，或不同岩性和水文地质条件地段路基过渡处理不当，可能引起不均匀冻胀，使线路在乎纵断面上失去平顺性。

用粉质土和黏性土填筑的路基，由于冻结时的水分迁移可能在上部聚冰而引起翻浆。

为了防止冻胀可用粗粒料作为路基填筑材料，但这在实际工程中很难全部做到。

这时可以采用黏性土作为路基的填筑材料，但必须作好验算，并辅以相应的防止冻胀措施。

另外在冻土区设计刚性建筑结构物（如挡墙、涵洞）时，要充分考虑水平冻胀力的作用。

在不可能绕避时则必须做好排水措施，防止线路附近冰锥和冻胀丘的发生。

冻胀现象的产生要同时具备土质、温度、地下水三个因素的作用。

因此，为了防止道路冻胀破坏作用的产生，只要消除这三个因素中的一个，就能达到防治的目的。

防治道路冻胀的措施可以归纳为以下几类：

①采用非冻胀材料换填冻胀土的“置换法”；②在路基中设置隔温层，提高冻胀土的温度，减少冻胀量的“隔温法”；③在冻胀土中掺入石灰和水泥，改变其冻胀性质；④降低冻结温度的“稳定处理法”。

上述的这些措施中，目前主要采用置换法和隔温法，或者二者配合使用。

a.置换法；在路基上层一定深度内,采用冰冻稳定性好的土类,如砂石材料。

这里置换法是采用非冻胀材料换填部分冻胀性土的方法，应用时需要确定的问题主要是冻结深度和置换到何种程度。

一般而言，采用置换法应对当地的土质、气温及地下水进行调查，并确定采用防止冻胀措施的路面冻结深度，然后根据得到的冻结深度，确定不引起路面产主冻胀破坏的置换深度。

冻结深度是以冻前的路面表面为基准的。

路面冻结深度是由影响冻胀的主要因素决定的。

除此之外，日照条件、路面颜色、路面结构、路面上的积雪数量等许多因素也起着重要的作用。

冻结深度可以根据观测的气温资料由计算来确定，但对高速公路等一些重要的路面结构，最好冻结最严重时期进行实测，以确定最大冻结深度。

在积雪寒冷地区，确定路面的置换深度时。

就我国的实际情况来说，近几年来，寒冷地区修建了大量的沥青混凝土和水泥混凝土路面，因而其冻结深度和砂石道路有许多不同。

置换法中的置换深度确定应该由防止冻胀引起的路面破坏和春融期土基及底基层承载能力降低来决定，在防止冻胀引起的路面破坏时，最好采用不易引起冻胀的材料换填到理论最大冻结深度。

考虑到冰害作用受积雪、除雪程度、日照等条件影响很大，置换率一般根据当地具体情况分析。

另外，改变置换深度和置换材料的种类以及路面结构都可以改变道路的冻结情况。

b.使路面具有一定的防冻总厚度。

在路面防冻最小厚度范围内,各种材料应满足强度、刚度、耐冻和水稳性要求,常用砂砾、粗砂、中砂等粗粒材料做防冻垫层,较多采用的材料是石灰类稳定土、二灰类混合料或工业废料。

c.设置隔离层。

隔离层是以隔断外界补给水源向路基上层移动为目的而设置的,一般设在路基顶面以下

0.15～

0.18m处。

如采用透水隔离层用砂石、粗砂利用大孔隙切断毛细水的上升,一般厚度为

0.11～

0.12m;如采用不透水隔离层,用沥青土铺设油毛毡,切断水分移动的通道。

d.设置隔温层。

隔温层是在路面下设置导热系数小的材料层,其目的是控制负温度向路基渗入,减小或调整冻结深度;从控制负温度方面,减弱或消除冻结期的水分迁移现象和数量,从而消除或减弱其破坏影响。

隔离层材料用炉渣、矿渣等多材料,厚度一般20～50cm,材料本身要满足强度、稳定性和耐冻的要求。

为了防止道路的冻胀破坏，在采用隔温材料时，要选择热传导率小的材料，才有较好的隔温69性能。

材料的隔温性能要持久，承载能力要高，耐水性好，并且要经济。

满足这些条件的材料有聚苯乙烯薄板等。

采用这种方法，要注意在隔温层上的垫层施工工艺的问题。

因为运输垫层材料以及采用机械压实过程容易使隔温材料破坏，并且会将粗粒材料压入隔温层中。

e.路基满足一定的填土高度。

设置盲沟等地下排水设备,以降低冻结期的地下水位,疏通边沟,改善水温情况,提高水温稳定性。

f.外掺剂法。

防止冻胀最常用的方法是以非冻胀土代替冻胀土，但远距离运输非冻胀土或换土深度超过冻深的三分之一以上时，成本较高，因而采用物理及化学原理对土进行外掺剂处理法也受到了人们的重视。

为减少土的冻胀性，采用使土分散的方法对防止冻胀也可以获得较好的效果而且有效期较长。

g.稳定土处理法

道路的基层如使用不够稳定的土类，可掺入适当数量的水泥进行处理，能提供其强度和承载能力，并增加抗冻和抗水性能。

但必须注意到，水泥剂量过大会产生收缩裂缝。

至于粉碎、拌合与压实等工序也很重要，必须合乎要求。

在沟渠衬砌等工程中，对于很湿的塑性土应用水泥进行稳定，通过实践证明有显著效果。

（3）不良冻土（此节应该充实下，比较符合我们的工程实际）公路边坡在极端冰雪下会产生一系列问题，这里我们根据以下的方式来治理和防治：

a.根据土质、“水线”发育的特征,对路堑边坡稳定性进行现场调查,利用冻融滑塌稳定性验算公式计算需要进行排水处理的有效深度、范围,并考虑“水线”位置、聚冰层深度、相邻类似边坡的滑塌深度,综合确定排水处理的有效深度。

另外,考虑到植被恢复后时水分的富集层位会有一定提高,应考虑适当减小排水处理的有效深度,减小多少视具体情况而定。

b.在需要进行排水稳定的边坡上挖设树型渗排水沟槽,沟槽深度为最终确定的排水处理的有效深度。

沟槽间距视水分多少而定,一般主沟槽间距6～10m,支沟槽间距2～3m。

在渗排水沟槽内布设土工滤排水材料,以便将可能积聚的水分引入边沟或排除到边坡之外。

c.将渗排水沟槽填平、踏实,平整坡面并铺设土工格室,铺设土工格室时由坡顶向边坡下方顺序铺设、连接,坡顶平铺部分的土工格室宽度不少于50cm。

固定桩间隔和打入深度根据实际坡度等确定,一般间隔为1m,深度40～60cm,木桩或钢筋均可,按坡面垂直方向并稍微向上倾斜打入为好。

d.在土工格室内填土（填土要稍高于格室高度。

土工格室高度一般为5～20cm）、踏实（用机械施工时可以利用施工机械适当拍实）。

另外,在经历一、二场雨后,填土往往会有一定的下沉,此时需要向格室内再补填一次土并踏实。

土工格室的铺设宜早,以便及时防止或减轻雨水对坡面的冲刷,稳固坡面。

e.种植护坡植物。

当草皮护坡段草皮均已成活,且长势渐好,护坡草皮水分涵养功能会逐渐增强,蒸发潜热会逐渐增大,草皮护坡的降温作用会逐渐增大,从而可以减小或稳定其下的季节融化层厚度。

另外,其变形适应性较好,可能是比较适宜在多年冻土区路堑工程中应用的边坡防护形式。

f.边坡锚固设计。

应根据边坡稳定性分析资料，鉴别边坡的破坏模式，确定边坡不稳定程度及范围，对锚固方案的合理性、安全性进行技术经济论证。

锚固的型式应根据边坡岩土体类型、工程特征、锚承载力大小、锚材料和长度、施工工艺等条件确定。

g.边坡治理的其他方法。

对于路基边坡当发生极端冰雪灾害而产生滑坡时一般为小型滑坡，可以通过地表排水、坡面整平、裂缝夯填等措施，当然整治滑坡的各类方法均可以视具体情况参照采用：

如消除或减轻水对诱导滑坡的影响、改变滑坡外形和增加滑坡的抗滑力、改变滑带土石性质和阻滞滑坡体的滑动。

施工方法（多年冻土地段（删去多年冻土，冻土区等字样）路基施工及控制）

1.冻土路基施工注意事项

（1）针对不同的冻土条件，确定相应的施工季节和施工工艺。

施工季节应尽量避开降雨集中、热融作用最活跃的七八月份，宜安排在夏末或秋初，并做好防护，防止地表水流人或渗入基底和边坡，路基地面防护范围应符合设计要求。

（2）对于按保护冻土原则设计的路基，应尽量减少对多年冻土的扰动和破坏，以利于热平衡状态的恢复；尽量减少大气降水的浸润、渗入及冻结层以上水的危害。

（3）路堑开挖。

在冻土地区应尽量减少路堑长度，宜尽快开挖成形，不能断断续续施工，并及时做好其附属工程。

在施工中少刷或不刷边坡。

跨年作业有利于路堑稳定，最好在秋末开挖成形，来年暖季回填。

（4）路基排水。

排水沟设置应与路基坡脚有一定距离，尽量减少排水沟对路基基底冻土的热作用，尽量加快地表水在排水沟的过水速度，减少排水沟积水时间。

在路基施工过程中，要注意临时排水设施的修建。

（5）环境保护。

路基工程中的取土、弃土、填方、挖方等必然要对多年冻土地区植被、地表水、层上水造成一定影响。

为此，要严禁推土机大面积推土填筑路基，任意开辟施工便道，随意就近弃土，随意铲除草皮等做法，要优化路基工程设计、做好施工组织设计、合理安排各道工序的衔接，对冻土环境要进行实时监测。

2.遵循的原则.首先，在有可能出现多年冻土的地段要详细地调查冻土的类型、分布情况、地面水和地下水的水位及流向、冻土的上限下限，并采样检验土质的含水量，将多年冻土加以正确分类，同时施工中遵循以下原则：

（1）冻土温度低、稳定，宜于采取保护多年冻土的原则，冻土温度高，不稳定，融沉又不大时，可考虑采取破坏多年冻土的原则（融化原则）。

（2）在厚层地下冰地段，一般应采取保护多年冻土的原则；在少冰冻土和多冰冻土地段，一般可采取破坏多年冻土的原则（融化原则）。

（3）在富冰冻地段，含水量较大，或公路等级较高时，宜采取保护多年冻土原则；当含水量较小，或公路等级较低时，也可采用破坏多年冻土原则（融化原则）施工。

所谓破坏多年冻土是指施工中（尤其是挖方路堑）可以将多年冻土的一部分挖出，回填含水量适中的材料，施工中允许多年冻土少量融化，但回填应及时。

而保护原则是指将原路面表面有机物杂质清除后，不破坏季节冻融层或少破坏季节冻融层，但一定不得破坏季节冻融层下的多年冻土，而直接用适当的材料回填路基，这样避免多年冻土被暴露，减少外界环境对多年冻土融化的影响。

3.路堤施工

（1）基地处理

如果厚填方基底为含冰过多的细粒土，且地下冰层不厚，可挖除并用渗水性土回填压实，再填路基，这种方法可用于面积不大、冻土层厚度不深的岛状冻土区，回填材料以砂砾和风化砂为宜。

当基底为排水困难的低洼沼泽地段时，基底部应设置毛细水隔离层，低液限黏土最好，其厚度宜在扣除路堤沉降后高出原地面水面

0.5m以上。

当隔离层铺设完毕之后，在其上铺反滤层（如：

砂砾、中砂），若低洼沼泽地段生长有塔头草，可利用为保温层，另外多年冻土的施工最好提前进行，并预加沉降，使得在路面结构修筑之前路基沉降趋于稳定。

（2）回填材料

选用保温隔水性均好的细粒土，不准采用冻土块或草皮层及沼泽底含草根的湿土填筑路基。

（3）碾压

碾压时要控制含水量，不能超过最佳含水量2个百分点。

成型后路床强度应符合设计要求，用不小于20t的压路机或等效碾压机械碾压2-4遍，确保表面无轮迹和弹软现象。

（4）排水

保持路基及周围冻土处于冻结状态，排水沟、边沟距坡角应足够远，含冰量大的冻土段，两侧不得出现积水。

少冰地段，为防止破坏热流平衡，排水沟与坡角距离应大于2m，对于沼泽段应大于8m，饱冰冻土及含土冰层段则不宜修排水沟和截水沟，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。

（5）侧向保护

对于填高不大的多年冻土宜设置具有保湿功能的护坡道和护脚，沿线两侧20m内的厚地面植被应加以保护。

4.路堑施工

路堑施工的原则与路堤大致相同，但要注意以下几点：

（1）对于地下水位较高，出现渗水情况的地段，要注意施工中及时设置防渗结构，减小渗水的出现，路堑坡顶避免设置截水沟或排水沟，宜修筑挡土堰，距坡脚距离不小于6m。

（2）土质边坡加固铺砌厚度应满足保温层要求。

如用草皮铺砌应水平叠砌，错缝嵌紧，缝隙用黏土或草皮填塞严密，连成整体，草皮要及时铺填。

（3）饱水冻土、含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。

5.冻土路基施工控制

（1）路基填料

检测填料的物理性质和指标。

主要是确定冻土的土质、温度和总含水量、土颗粒密度、天然重度、未冻水含量等指标，以确定冻土的工程分类和有关性质。

（2）路基压实

应采用快捷、简单、高效的检测手段和方法，以便于机械化快速施工的要求，检测仪器还应适应低温环境。

压实系数K作为路基压实控制的一个参数，在施工现场常常会与强度指标相矛盾，如当填料的含水量较高时，尽管通过增加碾压遍数可得到较大的压实系数，但承载板试验指标却很小。

轻型动力触探作为一种原位测试手段，不仅可以确定基床土表层的承载力，而且还能确定某一深度处土的强度，具有反映指标合理、数据直观可靠、易于操作掌握、检测速度快等优点。

建议冻土路基的压实标准以地基系数K30或轻型动力触探N10控制为主，填土压实度K和相对密度作为辅助控制标准。

压实过程中，还要注意控制填料的未冻水含量和总含水量，填料中的未冻水—冰处于动平衡状态，当冻土中未冻水含量减少，则冻土的强度增加，压缩性降低，变形量减少。

因此应尽量使路基填料的含水量接近最佳含水量。

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