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多年冻土片石通风路基施工总结
日期:2013-05-02来源:作者:郭元生
  国造219线新藏公路富冰类冻土路段长60.389公里,本施工路段沿线海拔在4800-5040米之间,严寒缺氧,一般气温递减梯度约为O.57℃/l00m,多年平均气温仅-4.42℃,全段发现了大片多年冻土,表现为不均匀沉陷、翻浆,局部雪融水造成水毁,路基鼓胀、开裂等,本着病害整治以“科学整治,不诱发新的病害,不留隐患”为原则,以提高公路防灾、抗灾能力为目的,2010年8月该路段开始整治建设, 对全线饱冰冻土路段长40.797公里,合土冰层及厚层地下冰类冻土路段长8.970公里路基,进行了片块石填筑路基措施处理,现对片石通风路基施工总结一如下: 
  一、片石通风路基工艺原理 
  作为多孔介质的碎石路基,基于多孔介质中空气自然对流原理,其中的对流换热即气体流过碎石壁面时,由于气体和碎石表面的温度差所导致的热量交换现象。碎、片石堆积体以其较大的空隙率和较强的自由对流,在寒季由于气温低于路基体内温度,形成路基外密度大的冷空气不断置换路基内密度小热空气,不断发生冷量交换,在暖季却由于气温高于路路基体内温度,仰制了对流热传导作用,产生热量屏蔽,共结果是有利于保护多年冻土,保持多年冻土上限稳定或促使多年冻土上限上升,从而达到保护冻土,保持路基稳定性的作用。 
  块石路堤在气温波动条件下具有热二极管效应自然对流降温效应,其随时间累加而弥补因施工等造成冻土条件的改变,甚至能使其恢复到自然状态。这些结果均说明,碎、块片石通风路堤对多年冻土具有很好的保护作用,是一种利用自然冷能保护多年冻土的廉价材料。
  另外,碎(块)石路基不仅为地下水、泉水外溢提供了通道,使地下水、泉水可以排离路基,保持了路基的水稳定性,而且在于填石路基孔隙率大,并有较强的自由对流使得冬夏冷热空气由于密度等差异而不断发生冷量交换和热量屏蔽,其结果既有利于保护多年冻土也有利于路基的热稳定性。 
 [b] 二、施工工艺流程及操作要点 [/b]
  (l)、工艺流程 
  片石通风路基:地基处理(片块石各料)——运料上路-一人 工码砌1.5m边坡范围——路基内堆料——挖掘机摊料整平——25 吨以上压路机碾压。 
  (2)、石料要求 
  片块石粒径:片(块)石最小边长大于20cm,长细比小于3范围内的填料对路基稳定性影响较小。
  (注:片块石不得粘附土质,一是阻塞通风效果,二是吸食地表水,致使路基冻胀。)
   (3)、操作要点 
  1、地表处理平整,严禁扰动冻土层。
  2、填料:填料一定要满足片块石适风路基填筑要求,填筑片(块)石最小边长大于20cm,长细比小于3。
  3、人工工程:人工码砌1.5m边反坡范围路基,错缝码砌,边坡平整。 
  4、碾压: 25吨以上压路机碾压,严格控制碾压遍数,坚
  硬岩石(压碎值不大于20%)一般为7-8遍后,沉降量基本为零。 
  三、片石通风路基质量控制要点 
 (1)、碎、块石粒径的选择 
  要达到良好的对流效果,碎石路基中孔隙率是一个关键参数,即要解决粒径问题。为使碎石孔隙率保持在一定范围,防止施工期间将碎石碾压成粉碎,因此,碎石的压碎值也是一个关键参数。本项目放工所选碎石的压碎值均不超过10%。 
  选择合理的碎、块石粒径是碎、块石路基质量重要的部分之一。选择碎、块石的粒径时要考虑两个方面,首先从碎、块石路  
  基通风对流要求考虑,要有利于碎、块石路基的通风对流从而保护路路基下的多年冻土,就要使冷空气在碎、块石中易进难出,其核心是最佳孔径的问题。孔径过大,冷空气易进也易出,起通风作用,其降温效果取决于通风量及碎、块石层温度要高于环境温度,反之,孔径过小,冷空气难进也难出,几乎没有降温效果。碎、块石体中的空隙大小将会影响气流速度,碎、块石体中的空隙大小和碎、块石的比表面积有关,碎、块石的比表面积随碎、块石粒径减小呈几何级数增大,这二者均直接影响降温效果。 
  室内试验表明:为充分利用自然对流机制,应采用单一粒径 的碎石铺设路基,不应采用不同粒径的混合结构。当采用碎石料 作为路基填料时,单一粒径的碎石试样的降温效果以粒径4_6cm 为最佳、6-8cm及lO_l5cm次之、2_4cm较差,片、块石料填作为路基填料时,片、块石最小边长宜大于l5cm且不大于30cm ,且长细比小于3。
  (2)、碎、块石层的铺筑厚度 
  作为多孔介质的碎、块石路基,其中的对流换热是由于气体和碎、块石表面的温度差所导致的热量交换现象。对流换热中,气体与碎石壁面必须直接接触,且导热和对流同时起作用。气体 流动是由外部动力源引起的强制对流换热和温度差异造成其中气体的密度差引起的自然对流换热。对于高海拔新藏线的碎、块 石路基,导热、强制对流投热和自然对流换热这三种机理可能同时存在。施工中,采取了整体铺筑片(块)石厚度130cm和铺筑碎石厚度20cm的结构。
  (3)、碎、块石层的错筑位置 
  从强化自然对流传热机制的角度出发,实际寒区路堤的碎石 层铺设方式采用单一结构要比复合结构和混合结构都好,碎石铺子上层的试样温度差异比碎石铺于下层的试样温度差异略大,说 明碎石铺于上层的试样自然对流传热效应优于碎石铺于下层的 试祥。这是由于铺设于试样上部的碎石表面温度波动要大于铺设于试样下部的碎石表面温度波动。原地表经平整碾压后,路基两 侧边坡1.5m范围内人工码砌,中间铺筑1.3m厚度片(块)石,挖掘机整平,25吨以上压路机碾压,观察沉降量不大于3mm后,铺筑20cm厚碎石层。 
  四、施工特点
  (1)、机具设备简单、易于操作、便于管理。 
  (2)、施工周期长、施工效果明显。
  (3)、施工工艺流程简单,操作性强。
  (4)、施工成本较高,利于解决高原多年冻土病害。
  我部负责施工的国道219线新疆公路整治改建工程第七合同段,路基冻融、翻浆陷车严重,我部根据设计文件及沿线具体情况和积累的技术资料,制定了科学、严谨、可行的施工方案,采取了将全线饱冰冻土路段长40.797公里,含土冰层及厚层地下冰类冻土路段长8.970公里的路段,填筑片块石通风路基的处治措施,按标准填筑压实进行处理的科学施工方案,该种路基通过实际通车检验,至今该段路基稳定,未发生冻土所产生的各种病害现象。

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