國(guó)造219線新藏公路富冰類凍土路段長(zhǎng)60.389公里,本施工路段沿線海拔在4800-5040米之間,嚴(yán)寒缺氧,一般氣溫遞減梯度約為O.57℃/l00m,多年平均氣溫僅-4.42℃,全段發(fā)現(xiàn)了大片多年凍土,表現(xiàn)為不均勻沉陷、翻漿,局部雪融水造成水毀,路基鼓脹、開裂等,本著病害整治以“科學(xué)整治,不誘發(fā)新的病害,不留隱患”為原則,以提高公路防災(zāi)、抗災(zāi)能力為目的,2010年8月該路段開始整治建設(shè), 對(duì)全線飽冰凍土路段長(zhǎng)40.797公里,合土冰層及厚層地下冰類凍土路段長(zhǎng)8.970公里路基,進(jìn)行了片塊石填筑路基措施處理,現(xiàn)對(duì)片石通風(fēng)路基施工總結(jié)一如下:
一、片石通風(fēng)路基工藝原理
作為多孔介質(zhì)的碎石路基,基于多孔介質(zhì)中空氣自然對(duì)流原理,其中的對(duì)流換熱即氣體流過碎石壁面時(shí),由于氣體和碎石表面的溫度差所導(dǎo)致的熱量交換現(xiàn)象。碎、片石堆積體以其較大的空隙率和較強(qiáng)的自由對(duì)流,在寒季由于氣溫低于路基體內(nèi)溫度,形成路基外密度大的冷空氣不斷置換路基內(nèi)密度小熱空氣,不斷發(fā)生冷量交換,在暖季卻由于氣溫高于路路基體內(nèi)溫度,仰制了對(duì)流熱傳導(dǎo)作用,產(chǎn)生熱量屏蔽,共結(jié)果是有利于保護(hù)多年凍土,保持多年凍土上限穩(wěn)定或促使多年凍土上限上升,從而達(dá)到保護(hù)凍土,保持路基穩(wěn)定性的作用。
塊石路堤在氣溫波動(dòng)條件下具有熱二極管效應(yīng)自然對(duì)流降溫效應(yīng),其隨時(shí)間累加而彌補(bǔ)因施工等造成凍土條件的改變,甚至能使其恢復(fù)到自然狀態(tài)。這些結(jié)果均說明,碎、塊片石通風(fēng)路堤對(duì)多年凍土具有很好的保護(hù)作用,是一種利用自然冷能保護(hù)多年凍土的廉價(jià)材料。
另外,碎(塊)石路基不僅為地下水、泉水外溢提供了通道,使地下水、泉水可以排離路基,保持了路基的水穩(wěn)定性,而且在于填石路基孔隙率大,并有較強(qiáng)的自由對(duì)流使得冬夏冷熱空氣由于密度等差異而不斷發(fā)生冷量交換和熱量屏蔽,其結(jié)果既有利于保護(hù)多年凍土也有利于路基的熱穩(wěn)定性。
二、施工工藝流程及操作要點(diǎn)
(l)、工藝流程
片石通風(fēng)路基:地基處理(片塊石各料)——運(yùn)料上路-一人 工碼砌1.5m邊坡范圍——路基內(nèi)堆料——挖掘機(jī)攤料整平——25 噸以上壓路機(jī)碾壓。
(2)、石料要求
片塊石粒徑:片(塊)石最小邊長(zhǎng)大于20cm,長(zhǎng)細(xì)比小于3范圍內(nèi)的填料對(duì)路基穩(wěn)定性影響較小。
(注:片塊石不得粘附土質(zhì),一是阻塞通風(fēng)效果,二是吸食地表水,致使路基凍脹。)
(3)、操作要點(diǎn)
1、地表處理平整,嚴(yán)禁擾動(dòng)凍土層。
2、填料:填料一定要滿足片塊石適風(fēng)路基填筑要求,填筑片(塊)石最小邊長(zhǎng)大于20cm,長(zhǎng)細(xì)比小于3。
3、人工工程:人工碼砌1.5m邊反坡范圍路基,錯(cuò)縫碼砌,邊坡平整。
4、碾壓: 25噸以上壓路機(jī)碾壓,嚴(yán)格控制碾壓遍數(shù),堅(jiān)
硬巖石(壓碎值不大于20%)一般為7-8遍后,沉降量基本為零。
三、片石通風(fēng)路基質(zhì)量控制要點(diǎn)
。1)、碎、塊石粒徑的選擇
要達(dá)到良好的對(duì)流效果,碎石路基中孔隙率是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),即要解決粒徑問題。為使碎石孔隙率保持在一定范圍,防止施工期間將碎石碾壓成粉碎,因此,碎石的壓碎值也是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。本項(xiàng)目放工所選碎石的壓碎值均不超過10%。
選擇合理的碎、塊石粒徑是碎、塊石路基質(zhì)量重要的部分之一。選擇碎、塊石的粒徑時(shí)要考慮兩個(gè)方面,首先從碎、塊石路
基通風(fēng)對(duì)流要求考慮,要有利于碎、塊石路基的通風(fēng)對(duì)流從而保護(hù)路路基下的多年凍土,就要使冷空氣在碎、塊石中易進(jìn)難出,其核心是最佳孔徑的問題?讖竭^大,冷空氣易進(jìn)也易出,起通風(fēng)作用,其降溫效果取決于通風(fēng)量及碎、塊石層溫度要高于環(huán)境溫度,反之,孔徑過小,冷空氣難進(jìn)也難出,幾乎沒有降溫效果。碎、塊石體中的空隙大小將會(huì)影響氣流速度,碎、塊石體中的空隙大小和碎、塊石的比表面積有關(guān),碎、塊石的比表面積隨碎、塊石粒徑減小呈幾何級(jí)數(shù)增大,這二者均直接影響降溫效果。
室內(nèi)試驗(yàn)表明:為充分利用自然對(duì)流機(jī)制,應(yīng)采用單一粒徑 的碎石鋪設(shè)路基,不應(yīng)采用不同粒徑的混合結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用碎石料 作為路基填料時(shí),單一粒徑的碎石試樣的降溫效果以粒徑4_6cm 為最佳、6-8cm及l(fā)O_l5cm次之、2_4cm較差,片、塊石料填作為路基填料時(shí),片、塊石最小邊長(zhǎng)宜大于l5cm且不大于30cm ,且長(zhǎng)細(xì)比小于3。
(2)、碎、塊石層的鋪筑厚度
作為多孔介質(zhì)的碎、塊石路基,其中的對(duì)流換熱是由于氣體和碎、塊石表面的溫度差所導(dǎo)致的熱量交換現(xiàn)象。對(duì)流換熱中,氣體與碎石壁面必須直接接觸,且導(dǎo)熱和對(duì)流同時(shí)起作用。氣體 流動(dòng)是由外部動(dòng)力源引起的強(qiáng)制對(duì)流換熱和溫度差異造成其中氣體的密度差引起的自然對(duì)流換熱。對(duì)于高海拔新藏線的碎、塊 石路基,導(dǎo)熱、強(qiáng)制對(duì)流投熱和自然對(duì)流換熱這三種機(jī)理可能同時(shí)存在。施工中,采取了整體鋪筑片(塊)石厚度130cm和鋪筑碎石厚度20cm的結(jié)構(gòu)。
。3)、碎、塊石層的錯(cuò)筑位置
從強(qiáng)化自然對(duì)流傳熱機(jī)制的角度出發(fā),實(shí)際寒區(qū)路堤的碎石 層鋪設(shè)方式采用單一結(jié)構(gòu)要比復(fù)合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)都好,碎石鋪?zhàn)由蠈拥脑嚇訙囟炔町惐人槭佊谙聦拥脑嚇訙囟炔町惵源,說 明碎石鋪于上層的試樣自然對(duì)流傳熱效應(yīng)優(yōu)于碎石鋪于下層的 試祥。這是由于鋪設(shè)于試樣上部的碎石表面溫度波動(dòng)要大于鋪設(shè)于試樣下部的碎石表面溫度波動(dòng)。原地表經(jīng)平整碾壓后,路基兩 側(cè)邊坡1.5m范圍內(nèi)人工碼砌,中間鋪筑1.3m厚度片(塊)石,挖掘機(jī)整平,25噸以上壓路機(jī)碾壓,觀察沉降量不大于3mm后,鋪筑20cm厚碎石層。
四、施工特點(diǎn)
(1)、機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作、便于管理。
。2)、施工周期長(zhǎng)、施工效果明顯。
(3)、施工工藝流程簡(jiǎn)單,操作性強(qiáng)。
。4)、施工成本較高,利于解決高原多年凍土病害。
我部負(fù)責(zé)施工的國(guó)道219線新疆公路整治改建工程第七合同段,路基凍融、翻漿陷車嚴(yán)重,我部根據(jù)設(shè)計(jì)文件及沿線具體情況和積累的技術(shù)資料,制定了科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、可行的施工方案,采取了將全線飽冰凍土路段長(zhǎng)40.797公里,含土冰層及厚層地下冰類凍土路段長(zhǎng)8.970公里的路段,填筑片塊石通風(fēng)路基的處治措施,按標(biāo)準(zhǔn)填筑壓實(shí)進(jìn)行處理的科學(xué)施工方案,該種路基通過實(shí)際通車檢驗(yàn),至今該段路基穩(wěn)定,未發(fā)生凍土所產(chǎn)生的各種病害現(xiàn)象。