專利名稱：凍土區高速公路片塊石通風路基及其施工方法
技術領域：
本發明屬于交通工程技術領域，具體涉及一種凍土區高速公路片塊石通風路基及其施工方法。
背景技術：
凍土作為一種特殊的土體，其成份、組構、熱物理及物理力學性質均不同于一般土體。在凍土區的活動層中每年都發生著季節凍結和融化，并伴生有各種凍土現象，因此給凍土區的公路修筑技術帶來了一系列的工程技術難題。目前，在升溫和人為活動作用增強的背景下，多年凍土響應逐漸顯現，多年凍土區凍土工程地質變得異常復雜且具有多變性，典型問題如凍土路基熱融沉陷、路基下凍土溫度場各向異性導致人為上限非對稱變化引發的路基縱向開裂、浙青路面下路基尺寸效應等等，這不僅大大提高了建筑工程造價，而且嚴重影響工程的使用效果與壽命。
發明內容
本發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高速公路片塊石通風路基及其施工方法。本發明所采用的技術方案是
凍土區高速公路片塊石通風路基，其特征在于
所述的凍土區高速公路片塊石通風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，長細比小于3，片塊石強度大于 30MPa，空隙率不小于25% ；
所述的碎石過渡層的碎石粒徑為5 10cm。所述的凍土區高速公路片塊石通風路基的一側設置水平的護坡道，護坡道外側設置排水溝。凍土區高速公路片塊石通風路基的施工方法，其特征在于 由以下步驟實現
步驟一按照施工設計圖紙進行測量放線，標出路線的邊線，填筑范圍，做好永久和臨時的排水工作；
步驟二 進行石料破碎篩選，片塊石層的片塊石粒徑為15 30cm，長細比小于3，片塊石強度大于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透水土工布，砂礫上墊層上部布設塑鋼材質的土工格柵，最后采用重型振動壓路機壓實。步驟三中，地面為斜坡時土拱為單面坡，地面為平坡時土拱為人字坡。步驟四中，片塊石層填料時采取先低后高，先兩側后中央的投料方式進行。步驟四中，片塊石路基的壓實采用重型振動壓路機，直線路段先兩側后中間，曲線段先內側后外側，進行反復碾壓，碾壓遍數不少于6 8次，碾壓的縱向行與行之間重疊
0.5m，前后相鄰區段重疊an以上。本發明具有以下優點
本發明所述的片塊石通風路基結構利用空氣的流動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生的不均勻變形，減小氣候變暖和人為工程活動對多年凍土路基特性的影響，提高路基結構的安全性和穩定性。
圖1為片塊石通風路基的結構圖。圖2為片塊石通風路基施工流程圖。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-護坡道，8-排水溝，9-片塊石層，10-填土，11- 土拱。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進行詳細的說明。片塊石路基結構是一個最典型的冷卻路基的工程措施，是利用空氣的流動來改變路基傳熱方式的一種通風路基，空氣可在路基片塊石層內流動。在開放狀態下，冬季以通風作用為主的強迫對流效應和較弱的片塊石層側向空氣自由對流的復合過程是片塊石冷卻路基的作用機理，這一復合過程主要與風速和風向有關。當風速較大時，片塊石層內產生強迫通風效應；但風速較小時，在陰坡側片塊石層一定厚度內產生自由對流效應。夏季因風速和風向條件，片塊石層主要以熱傳導過程為主，但夏季風速和風向條件有利于片塊石結構層內部產生一定的隔熱作用。在封閉狀態下，由于阻斷或大幅度的減弱了風的影響，片塊石層路基結構弱化了強迫對流過程；同時由于片塊石層路基上部填土的影響，片塊石層頂底板溫差不足以驅動自由對流過程，因此，在封閉狀態下片塊石層內部主要以熱傳導過程為主，片塊石層內的空隙起到了一定的隔熱保溫的作用。本發明所述的凍土區高速公路片塊石通風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，長細比小于3，片塊石強度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石過渡層4 的碎石粒徑為5 10cm。凍土區高速公路片塊石通風路基的一側設置水平的護坡道7，護
4坡道7外側設置排水溝8。根據片塊石路基導熱、強制對流換熱和自然對流換熱這三種機理，在滿足力學的前提下，片塊石層9的鋪筑厚度宜為0. 9 1. 5m。從強化自然對流傳熱機制的角度考慮，片塊石層9在路提中鋪設的位置應當在滿足力學的前提下，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的效率考慮，應靠近路基體的下部。在具體設計當中應綜合考慮兩方面的因素，將片塊石層9布設在路基體的最佳位置，一般為路面結構層以下30 50cm。從保證片塊石路基達到設計的空隙率及片塊石空隙能與大氣良好聯通兩方面考慮， 推薦在片塊石層底部鋪設砂礫下墊層5，頂部鋪設透水土工布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。實施例一
富冰凍土段，當路基高度大于2. 5m且小于2. 8m時，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間鋪設透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設塑鋼材質的土工格柵1。實施例二
富冰凍土段，當路基高度大于2. 8m時，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間鋪設透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設塑鋼材質的土工格柵1。實施例三
飽冰凍土段，當路基高度大于2. 5m且小于3. Im時，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間鋪設透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設塑鋼材質的土工格柵1。實施例四
飽冰凍土段，當路基高度大于3. Im時，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間鋪設透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設塑鋼材質的土工格柵1。本發明所述的凍土區高速公路片塊石通風路基的施工方法，由以下步驟實現 步驟一按照施工設計圖紙進行測量放線，標出路線的邊線，填筑范圍。做好永久和臨
時的排水等工作。準備施工機械，保證能滿足材料的運輸、裝卸、整平、壓實各個工序緊密銜接，形成連續作業線。保證路基施工中采用全幅全斷面施工的方法，對有保通要求公路的路段必須設計修筑保通便道，路基未成形之前社會車輛不得通行。步驟二 石料要求潔凈，無風化、水銹、裂紋，耐凍，無級配，不符合要求的石料不得進入施工現場，對合格的石料按設計文件中對粒徑的要求進行破碎。破碎后再進行篩選，不要刻意挑選單一粒徑，符合設計要求即可，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。進行石料破碎篩選，片塊石層9的片塊石粒徑為15 30cm，長細比小于3，片塊石強度大于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，自路基中心向外設坡度為2%的排水橫坡，地面為斜坡時土拱11為單面坡，地面為平坡時土拱11為人字坡。坡腳處填層厚度術0. 3 m, 密實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間鋪設透水土工布3，砂礫上墊層2上部布設塑鋼材質的土工格柵1，最后采用重型振動壓路機壓實。片塊石路基邊坡進行必要防護，并保證路基兩側排水順暢不產生淤積。填筑采用傾填方式，自卸載重汽車、推土機、挖掘機配合進行作業，并一次填筑到設計高度，邊坡采用片塊石人工碼砌，石料用機械整平，個別部位人工用小石塊找平。投料時不得損壞邊部已經碼砌的石料，對于損壞的要及時修復。填料時采取先低后高，先兩側后中央的投料方式進行。片塊石路基的壓實采用重型振動壓路機，直線路段先兩側后中間，曲線段先內側后外側，進行反復碾壓，碾壓遍數不少于6 8次，碾壓的縱向行與行之間重疊0. 5m，前后相鄰區段重疊an以上。壓實應均勻，按設計要求控制密實度，保證其平整度和穩定性。壓路機的線壓力應與片石的抗壓強度極限相匹配，避免使片石破碎和擠壓破壞骨架結構。壓路機的線壓力是指其單位線載荷，對于片塊石來講，其抗壓強度極限只能允許一定的線壓力，否則片塊石會出現破碎和擠壓，破壞骨架結構。常用幾種石料的抗壓強度極限及允許的線載荷見表1。表1幾種石料的抗壓強度極限
權利要求
1.凍土區高速公路片塊石通風路基，其特征在于所述的凍土區高速公路片塊石通風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.根據權利要求1所述的凍土區高速公路片塊石通風路基，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.根據權利要求1或2所述的凍土區高速公路片塊石通風路基，其特征在于所述的片塊石層(9)的片塊石粒徑為15 30cm，長細比小于3，片塊石強度大于 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.根據權利要求3所述的凍土區高速公路片塊石通風路基，其特征在于所述的凍土區高速公路片塊石通風路基的一側設置水平的護坡道(7)，護坡道(7)外側設置排水溝(8)。
5.凍土區高速公路片塊石通風路基的施工方法，其特征在于 由以下步驟實現步驟一按照施工設計圖紙進行測量放線，標出路線的邊線，填筑范圍，做好永久和臨時的排水工作；步驟二 進行石料破碎篩選，片塊石層(9)的片塊石粒徑為15 30cm，長細比小于3， 片塊石強度大于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)間鋪設透水土工布(3)，砂礫上墊層(2)上部布設塑鋼材質的土工格柵(1 )，最后采用重型振動壓路機壓實。
6.根據權利要求5所述的凍土區高速公路片塊石通風路基的施工方法，其特征在于 步驟三中，地面為斜坡時土拱(11)為單面坡，地面為平坡時土拱(11)為人字坡。
7.根據權利要求6所述的凍土區高速公路片塊石通風路基的施工方法，其特征在于 步驟四中，片塊石層(9)填料時采取先低后高，先兩側后中央的投料方式進行。
8.根據權利要求7所述的凍土區高速公路片塊石通風路基的施工方法，其特征在于 步驟四中，片塊石路基的壓實采用重型振動壓路機，直線路段先兩側后中間，曲線段先內側后外側，進行反復碾壓，碾壓遍數不少于6 8次，碾壓的縱向行與行之間重疊0. 5m，前后相鄰區段重疊an以上。
全文摘要
本發明涉及一種凍土區高速公路片塊石通風路基及其施工方法。凍土路基熱融沉陷引發的路基縱向開裂、瀝青路面下路基尺寸效應等，嚴重影響工程安全和壽命。本發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透水土工布，砂礫上墊層上部布設塑鋼材質的土工格柵，逐層采用重型振動壓路機壓實。本發明能減小多年凍土路基融化及凍土路基發生的不均勻變形，減小氣候變暖和人為工程活動對多年凍土路基特性的影響，提高路基結構的安全性和穩定性。
文檔編號E01C3/06GK102433814SQ201110448828
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者劉戈, 朱東鵬, 李金平, 樊凱, 符進 申請人:中交第一公路勘察設計研究院有限公司