專利名稱：凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基及其施工方法。
背景技術(shù)：
凍土作為一種特殊的土體，其成份、組構(gòu)、熱物理及物理力學(xué)性質(zhì)均不同于一般土體。在凍土區(qū)的活動(dòng)層中每年都發(fā)生著季節(jié)凍結(jié)和融化，并伴生有各種凍土現(xiàn)象，因此給凍土區(qū)的公路修筑技術(shù)帶來了一系列的工程技術(shù)難題。目前，在升溫和人為活動(dòng)作用增強(qiáng)的背景下，多年凍土響應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，多年凍土區(qū)凍土工程地質(zhì)變得異常復(fù)雜且具有多變性，典型問題如凍土路基熱融沉陷、路基下凍土溫度場(chǎng)各向異性導(dǎo)致人為上限非對(duì)稱變化引發(fā)的路基縱向開裂、浙青路面下路基尺寸效應(yīng)等等，這不僅大大提高了建筑工程造價(jià)，而且嚴(yán)重影響工程的使用效果與壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能有效緩解多年凍土融化及凍土路基不均勻變形的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基及其施工方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基，其特征在于
所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基自下而上依次為砂礫下墊層、片塊石層、碎石過渡層、透水土工布、砂礫上墊層和土工格柵； 其中砂礫下墊層部分沖擊碾壓在地面線以下。所述的砂礫下墊層的厚度為30cm; 所述的片塊石層的厚度為0. 9m 1. 5m ； 所述的碎石過渡層的厚度為20cm ； 所述的砂礫上墊層的厚度為30cm。所述的片塊石層的片塊石粒徑為15 30cm，長(zhǎng)細(xì)比小于3，片塊石強(qiáng)度大于 30MPa，空隙率不小于25% ；
所述的碎石過渡層的碎石粒徑為5 10cm。所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的一側(cè)設(shè)置水平的護(hù)坡道，護(hù)坡道外側(cè)設(shè)置排水溝。凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的施工方法，其特征在于 由以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟一按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測(cè)量放線，標(biāo)出路線的邊線，填筑范圍，做好永久和臨時(shí)的排水工作；
步驟二 進(jìn)行石料破碎篩選，片塊石層的片塊石粒徑為15 30cm，長(zhǎng)細(xì)比小于3，片塊石強(qiáng)度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石過渡層的碎石粒徑為5 IOcm ；步驟三在地面填筑一層土拱，自路基中心向外設(shè)坡度為2%的排水橫坡； 步驟四在土拱的基底沖擊碾壓和填筑30cm的砂礫下墊層，砂礫下墊層部分沖擊碾壓在地平線以下，在砂礫下墊層上方填筑0. 9m 1. 5m厚的片塊石層，片塊石層上部用20cm 厚的碎石過渡層整平，其上再填筑30cm厚的砂礫上墊層，砂礫上墊層與碎石過渡層間鋪設(shè)透水土工布，砂礫上墊層上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵，最后采用重型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)。步驟三中，地面為斜坡時(shí)土拱為單面坡，地面為平坡時(shí)土拱為人字坡。步驟四中，片塊石層填料時(shí)采取先低后高，先兩側(cè)后中央的投料方式進(jìn)行。步驟四中，片塊石路基的壓實(shí)采用重型振動(dòng)壓路機(jī)，直線路段先兩側(cè)后中間，曲線段先內(nèi)側(cè)后外側(cè)，進(jìn)行反復(fù)碾壓，碾壓遍數(shù)不少于6 8次，碾壓的縱向行與行之間重疊
0.5m，前后相鄰區(qū)段重疊an以上。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明所述的片塊石通風(fēng)路基結(jié)構(gòu)利用空氣的流動(dòng)來改變路基傳熱方式，能減小多年凍土路基下凍土融化及凍土路基發(fā)生的不均勻變形，減小氣候變暖和人為工程活動(dòng)對(duì)多年凍土路基特性的影響，提高路基結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。


圖1為片塊石通風(fēng)路基的結(jié)構(gòu)圖。圖2為片塊石通風(fēng)路基施工流程圖。圖中，1- 土工格柵，2-砂礫上墊層，3-透水土工布，4-碎石過渡層，5-砂礫下墊層， 6-地面線，7-護(hù)坡道，8-排水溝，9-片塊石層，10-填土，11- 土拱。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。片塊石路基結(jié)構(gòu)是一個(gè)最典型的冷卻路基的工程措施，是利用空氣的流動(dòng)來改變路基傳熱方式的一種通風(fēng)路基，空氣可在路基片塊石層內(nèi)流動(dòng)。在開放狀態(tài)下，冬季以通風(fēng)作用為主的強(qiáng)迫對(duì)流效應(yīng)和較弱的片塊石層側(cè)向空氣自由對(duì)流的復(fù)合過程是片塊石冷卻路基的作用機(jī)理，這一復(fù)合過程主要與風(fēng)速和風(fēng)向有關(guān)。當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，片塊石層內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)迫通風(fēng)效應(yīng)；但風(fēng)速較小時(shí)，在陰坡側(cè)片塊石層一定厚度內(nèi)產(chǎn)生自由對(duì)流效應(yīng)。夏季因風(fēng)速和風(fēng)向條件，片塊石層主要以熱傳導(dǎo)過程為主，但夏季風(fēng)速和風(fēng)向條件有利于片塊石結(jié)構(gòu)層內(nèi)部產(chǎn)生一定的隔熱作用。在封閉狀態(tài)下，由于阻斷或大幅度的減弱了風(fēng)的影響，片塊石層路基結(jié)構(gòu)弱化了強(qiáng)迫對(duì)流過程；同時(shí)由于片塊石層路基上部填土的影響，片塊石層頂?shù)装鍦夭畈蛔阋则?qū)動(dòng)自由對(duì)流過程，因此，在封閉狀態(tài)下片塊石層內(nèi)部主要以熱傳導(dǎo)過程為主，片塊石層內(nèi)的空隙起到了一定的隔熱保溫的作用。本發(fā)明所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基自下而上依次為砂礫下墊層5、片塊石層9、碎石過渡層4、透水土工布3、砂礫上墊層2和塑鋼土工格柵1，其中砂礫下墊層5 部分沖擊碾壓在地面線以下。砂礫下墊層5的厚度為30cm ；片塊石層9的厚度為0. 9m
1.5m ；碎石過渡層4的厚度為20cm ；砂礫上墊層2的厚度為30cm。片塊石層9的片塊石粒徑為15 30cm，長(zhǎng)細(xì)比小于3，片塊石強(qiáng)度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石過渡層4 的碎石粒徑為5 10cm。凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的一側(cè)設(shè)置水平的護(hù)坡道7，護(hù)
4坡道7外側(cè)設(shè)置排水溝8。根據(jù)片塊石路基導(dǎo)熱、強(qiáng)制對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱這三種機(jī)理，在滿足力學(xué)的前提下，片塊石層9的鋪筑厚度宜為0. 9 1. 5m。從強(qiáng)化自然對(duì)流傳熱機(jī)制的角度考慮，片塊石層9在路提中鋪設(shè)的位置應(yīng)當(dāng)在滿足力學(xué)的前提下，盡量靠路基上部，以減少上覆土層的厚度；但從冷量向地基傳輸?shù)男士紤]，應(yīng)靠近路基體的下部。在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)綜合考慮兩方面的因素，將片塊石層9布設(shè)在路基體的最佳位置，一般為路面結(jié)構(gòu)層以下30 50cm。從保證片塊石路基達(dá)到設(shè)計(jì)的空隙率及片塊石空隙能與大氣良好聯(lián)通兩方面考慮， 推薦在片塊石層底部鋪設(shè)砂礫下墊層5，頂部鋪設(shè)透水土工布3及砂礫上墊層2，砂礫下墊層5和砂礫上墊層2的厚度一般為30cm。實(shí)施例一
富冰凍土段，當(dāng)路基高度大于2. 5m且小于2. 8m時(shí)，在土拱的基底沖擊碾壓和填筑30cm 的砂礫下墊層5，砂礫下墊層5部分沖擊碾壓在地面線以下，在砂礫下墊層5上方填筑0. 9m 厚的片塊石層9，片塊石層9上部用20cm厚的碎石過渡層4整平，其上再填筑30cm厚的砂礫上墊層2，砂礫上墊層2與碎石過渡層4間鋪設(shè)透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵1。實(shí)施例二
富冰凍土段，當(dāng)路基高度大于2. 8m時(shí)，在土拱的基底沖擊碾壓和填筑30cm的砂礫下墊層5，砂礫下墊層5部分沖擊碾壓在地面線以下，在砂礫下墊層5上方填筑1. an厚的片塊石層9，片塊石層9上部用20cm厚的碎石過渡層4整平，其上再填筑30cm厚的砂礫上墊層2， 砂礫上墊層2與碎石過渡層4間鋪設(shè)透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵1。實(shí)施例三
飽冰凍土段，當(dāng)路基高度大于2. 5m且小于3. Im時(shí)，在土拱的基底沖擊碾壓和填筑30cm 的砂礫下墊層5，砂礫下墊層5部分沖擊碾壓在地面線以下，在砂礫下墊層5上方填筑0. 9m 厚的片塊石層9，片塊石層9上部用20cm厚的碎石過渡層4整平，其上再填筑30cm厚的砂礫上墊層2，砂礫上墊層2與碎石過渡層4間鋪設(shè)透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵1。實(shí)施例四
飽冰凍土段，當(dāng)路基高度大于3. Im時(shí)，在土拱的基底沖擊碾壓和填筑30cm的砂礫下墊層5，砂礫下墊層5部分沖擊碾壓在地面線以下，在砂礫下墊層5上方填筑1. 5m厚的片塊石層9，片塊石層9上部用20cm厚的碎石過渡層4整平，其上再填筑30cm厚的砂礫上墊層2， 砂礫上墊層2與碎石過渡層4間鋪設(shè)透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵1。本發(fā)明所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的施工方法，由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測(cè)量放線，標(biāo)出路線的邊線，填筑范圍。做好永久和臨
時(shí)的排水等工作。準(zhǔn)備施工機(jī)械，保證能滿足材料的運(yùn)輸、裝卸、整平、壓實(shí)各個(gè)工序緊密銜接，形成連續(xù)作業(yè)線。保證路基施工中采用全幅全斷面施工的方法，對(duì)有保通要求公路的路段必須設(shè)計(jì)修筑保通便道，路基未成形之前社會(huì)車輛不得通行。步驟二 石料要求潔凈，無風(fēng)化、水銹、裂紋，耐凍，無級(jí)配，不符合要求的石料不得進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)合格的石料按設(shè)計(jì)文件中對(duì)粒徑的要求進(jìn)行破碎。破碎后再進(jìn)行篩選，不要刻意挑選單一粒徑，符合設(shè)計(jì)要求即可，將不符合要求的小碎石作為片塊石層上的找平填料，最大限度的利用，減少廢棄量。進(jìn)行石料破碎篩選，片塊石層9的片塊石粒徑為15 30cm，長(zhǎng)細(xì)比小于3，片塊石強(qiáng)度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石過渡層4的碎石粒徑為5 IOcm0步驟三在地面填筑一層土拱11，自路基中心向外設(shè)坡度為2%的排水橫坡，地面為斜坡時(shí)土拱11為單面坡，地面為平坡時(shí)土拱11為人字坡。坡腳處填層厚度術(shù)0. 3 m, 密實(shí)度按基床以下填料要求控制，平整度按路基要求控制。步驟四在土拱的基底沖擊碾壓和填筑30cm的砂礫下墊層5，砂礫下墊層5部分沖擊碾壓在地面線以下，在砂礫下墊層5上方填筑0. 9m 1. 5m厚的片塊石層9，片塊石層 9上部用20cm厚的碎石過渡層4整平，其上再填筑30cm厚的砂礫上墊層2，砂礫上墊層2 與碎石過渡層4間鋪設(shè)透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵1，最后采用重型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)。片塊石路基邊坡進(jìn)行必要防護(hù)，并保證路基兩側(cè)排水順暢不產(chǎn)生淤積。填筑采用傾填方式，自卸載重汽車、推土機(jī)、挖掘機(jī)配合進(jìn)行作業(yè)，并一次填筑到設(shè)計(jì)高度，邊坡采用片塊石人工碼砌，石料用機(jī)械整平，個(gè)別部位人工用小石塊找平。投料時(shí)不得損壞邊部已經(jīng)碼砌的石料，對(duì)于損壞的要及時(shí)修復(fù)。填料時(shí)采取先低后高，先兩側(cè)后中央的投料方式進(jìn)行。片塊石路基的壓實(shí)采用重型振動(dòng)壓路機(jī)，直線路段先兩側(cè)后中間，曲線段先內(nèi)側(cè)后外側(cè)，進(jìn)行反復(fù)碾壓，碾壓遍數(shù)不少于6 8次，碾壓的縱向行與行之間重疊0. 5m，前后相鄰區(qū)段重疊an以上。壓實(shí)應(yīng)均勻，按設(shè)計(jì)要求控制密實(shí)度，保證其平整度和穩(wěn)定性。壓路機(jī)的線壓力應(yīng)與片石的抗壓強(qiáng)度極限相匹配，避免使片石破碎和擠壓破壞骨架結(jié)構(gòu)。壓路機(jī)的線壓力是指其單位線載荷，對(duì)于片塊石來講，其抗壓強(qiáng)度極限只能允許一定的線壓力，否則片塊石會(huì)出現(xiàn)破碎和擠壓，破壞骨架結(jié)構(gòu)。常用幾種石料的抗壓強(qiáng)度極限及允許的線載荷見表1。表1幾種石料的抗壓強(qiáng)度極限
權(quán)利要求
1.凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基，其特征在于所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基自下而上依次為砂礫下墊層(5)、片塊石層 (9)、碎石過渡層(4)、透水土工布(3)、砂礫上墊層(2)和土工格柵(1)； 其中砂礫下墊層(5)部分沖擊碾壓在地面線以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基，其特征在于 所述的砂礫下墊層(5)的厚度為30cm ；所述的片塊石層(9)的厚度為0. 9m 1.5m; 所述的碎石過渡層(4)的厚度為20cm ； 所述的砂礫上墊層(2)的厚度為30cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基，其特征在于所述的片塊石層(9)的片塊石粒徑為15 30cm，長(zhǎng)細(xì)比小于3，片塊石強(qiáng)度大于 30MPa，空隙率不小于25% ；所述的碎石過渡層(4)的碎石粒徑為5 10cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基，其特征在于所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的一側(cè)設(shè)置水平的護(hù)坡道(7)，護(hù)坡道(7)外側(cè)設(shè)置排水溝(8)。
5.凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的施工方法，其特征在于 由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測(cè)量放線，標(biāo)出路線的邊線，填筑范圍，做好永久和臨時(shí)的排水工作；步驟二 進(jìn)行石料破碎篩選，片塊石層(9)的片塊石粒徑為15 30cm，長(zhǎng)細(xì)比小于3， 片塊石強(qiáng)度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石過渡層(4)的碎石粒徑為5 IOcm ； 步驟三在地面填筑一層土拱(11)，自路基中心向外設(shè)坡度為2%的排水橫坡； 步驟四在土拱的基底沖擊碾壓和填筑30cm的砂礫下墊層(5)，砂礫下墊層(5)部分沖擊碾壓在地平線以下，在砂礫下墊層(5)上方填筑0. 9m 1.5m厚的片塊石層(9)，片塊石層(9)上部用20cm厚的碎石過渡層(4)整平，其上再填筑30cm厚的砂礫上墊層(2)，砂礫上墊層(2)與碎石過渡層(4)間鋪設(shè)透水土工布(3)，砂礫上墊層(2)上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵(1 )，最后采用重型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的施工方法，其特征在于 步驟三中，地面為斜坡時(shí)土拱(11)為單面坡，地面為平坡時(shí)土拱(11)為人字坡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的施工方法，其特征在于 步驟四中，片塊石層(9)填料時(shí)采取先低后高，先兩側(cè)后中央的投料方式進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基的施工方法，其特征在于 步驟四中，片塊石路基的壓實(shí)采用重型振動(dòng)壓路機(jī)，直線路段先兩側(cè)后中間，曲線段先內(nèi)側(cè)后外側(cè)，進(jìn)行反復(fù)碾壓，碾壓遍數(shù)不少于6 8次，碾壓的縱向行與行之間重疊0. 5m，前后相鄰區(qū)段重疊an以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凍土區(qū)高速公路片塊石通風(fēng)路基及其施工方法。凍土路基熱融沉陷引發(fā)的路基縱向開裂、瀝青路面下路基尺寸效應(yīng)等，嚴(yán)重影響工程安全和壽命。本發(fā)明在土拱基底沖擊碾壓和填筑30cm砂礫下墊層，砂礫下墊層部分沖擊碾壓在地面線以下，在砂礫下墊層上填筑0.9m～1.5m厚的片塊石層，片塊石層上部用20cm厚的碎石過渡層整平，其上填筑30cm厚的砂礫上墊層，砂礫上墊層與碎石過渡層間鋪設(shè)透水土工布，砂礫上墊層上部布設(shè)塑鋼材質(zhì)的土工格柵，逐層采用重型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)。本發(fā)明能減小多年凍土路基融化及凍土路基發(fā)生的不均勻變形，減小氣候變暖和人為工程活動(dòng)對(duì)多年凍土路基特性的影響，提高路基結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)E01C3/06GK102433814SQ201110448828
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉戈, 朱東鵬, 李金平, 樊凱, 符進(jìn) 申請(qǐng)人:中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司