公路施工的技术要点(第二讲)

多年冻土地区

公路施工的技术要点章金钊教授级高工中交第一公路勘察设计研究院有限公司2008年04月一、施工条件的特殊性⑴施工期短多年冻土地区公路的最佳施工时间为每年的5～9月份，而路面基层与面层的适宜施工时间为6～9月份，其中沥青面层可以施工的时间为7～9月。即使在这几个月，多年冻土地区气温仍较低，日温差也较大，夜间往往出现负温，有效施工时间短。同时，降水又集中在7～9月，且雨雪无常，明显影响路面施工的连续性。一、施工条件的特殊性⑵施工温度低多年冻土地区常年低温，即使在路面的可施工季节，气温也较低。如五道梁地区6～9月份的月平均气温在0～6℃之间，其中气温最高的7月日最高气温仅为11～20℃，且夜间经常出现负温。一、施工条件的特殊性⑶路面碾压成型困难多年冻土地区气温低，加上多风、风大，热拌沥青混合料施工过程中的温度损失，明显快于一般地区，使沥青混合料碾压成型困难。同时,多年冻土地区气候干燥，蒸发率高，使路面基层施工中水分损失比一般地区速度快，且损失量大,对无机结合料稳定基层的强度有显著影响。

一、施工条件的特殊性⑷养生条件温度低及行车干扰多在多年冻土地区特殊的自然条件下，半刚性材料、水泥类构件等保温保湿养生难度明显大于一般地区，水分蒸发损失容易引起干缩裂缝，大温差使半刚性板体内产生较大温缩应力，而频繁冻融循环导致混凝土产生早期损伤。

施工车辆与社会车辆的高峰期一、施工条件的特殊性⑸对温度的敏感性强在多年冻土地区特殊的自然条件下，桥梁、涵洞及其他结构物的基坑保温难度大，太阳辐射容易引起多年冻土的融化；施工期间也是雨季，大气降水对基坑的热稳定性影响极大；对沥青混合料的保温、防雨水困难。

一、施工条件的特殊性⑹科研项目依托工程多路基调控措施；科技成果推广应用路面；硅燥土改性沥青路面、路面再生技术应用；桥梁、涵洞试验工程。二、多年冻土的相关术语多年冻土：冻结状态持续二年或二年以上的土(岩)；

融区：多年冻土区的由于热力作用形成的非多年冻土地段；冻土总含水率：冻土中所含冰和未冻水的总质量与土骨架质量之比；用百分数表示；季节冻结层：每年寒季冻结、暖季融化，其年平均地温高于0℃的地表层；其下卧层为非冻结层或不衔接多年冻上层。二、多年冻土的相关术语季节融化层：每年寒季冻结、暖季融化，其年平均地温低于0℃的地表层，其下卧层为多年冻土层；多年冻土天然上限：天然条件下，多年冻土层顶面埋藏探度；多年冻土人为上限：人为条件影响下，多年冻土层顶面的埋藏深度；二、多年冻土的相关术语多年冻土下限：指多年冻土层下底面的埋藏深度；衔接多年冻土：直接位于季节融化层之下的多年冻土；不衔接多年冻土：季节冻结层的冻结深度浅于天然上限的多年冻土；盐渍化冻土：冻土中易溶盐的含量超过规定的限值时称盐渍化冻土；二、多年冻土的相关术语冻结泥炭化土：冻土中当土的泥炭化程度超过规定的限值时称冻结泥炭化土；地温年较差：某一深度处地温在一年中最高与最低温度的差值（一般按一年中最热月与最冷月的月平均温度计算)；年平均地温：指年零较差深度处的地温。年零较差的深度称地温年变化深度。

二、多年冻土的相关术语融化下沉系数（融沉系数）：冻土融化过程中，在自重作用下产生的下沉量与融化前相应厚度之比值。融化压缩系数：指冻土融化后，在单位荷载作用下产生的相对压缩变形量。冻胀率：指单位冻结深度的冻胀量。即某一冻结深度范围内的冻胀量与相应的冻结深度之比值。冻结强度：土与基础侧表面冻结在一起所能承受的最大剪应力。二、多年冻土的相关术语冻土抗剪强度：冻土抵抗剪切破坏的能力。冻胀力：指土的冻胀受到约束时产生的力。切向冻胀力：地基土在冻结膨胀时，沿切向作用在基础侧表面的力。法向冻胀力：地基土在冻结膨胀时，沿法向作用在基础底面的力。水平冻胀力：地基土在冻结膨胀时，沿水平方向作用在结构物或基础表面的力，包括沿切向和法向的作用。二、多年冻土的相关术语标准冻深：非冻胀黏性土，地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中，不少于10年实测最大冻深的平均值。标准融深：衔接多年冻土地区，对非融沉黏性土、地表平坦、裸露的空旷场地中，不少于10年实测最大融深的平均值。冻结指数：一年中低于0℃的气温与相应持续时间乘积的代数和。二、多年冻土的相关术语融化指数：一年中高于0℃的气温与相应持续时间乘积的代数和。热融滑塌：高含冰量冻土分布的自然坡面，由于冻土融化而引起上覆土体下滑的现象，一般具有溯源性，又称热融滑坡。融冻泥流：缓坡上的细粒土，受反复的冻融作用而结构破坏，饱水土体沿山坡向下缓慢蠕动的现象。热融湖（塘）：多年冻土地区地下冰融化形成的积水洼地。二、多年冻土的相关术语冰椎：多年冻土地区地下水在寒季流出地表冻结所形成的地面的冰体。河流中形成的冰椎也称冰幔。冻土沼泽（沼泽化湿地）：在多年冻土区，由于地表水、地下水的影响，地面长期潮湿，生长喜湿和喜水植物，并有泥炭堆积的山前斜坡或山间洼地。冻胀丘：由土的差异冻胀作用所形成的丘状地形。二、多年冻土的相关术语融化盘：采暖建筑物下，多年冻结地基土的一部分发生融化，形如盘、盆状，故称融化盘。冻结层上水：分布在多年冻土层之上的地下水。冻结层间水：被多年冻土完全包围或半包围的自由重力水。冻结层下水：处在多年冻土层之下的地下水。二、多年冻土的相关术语冻土核：在多年冻土地区的天然地面上进行范围不大的人工填土时，在剖面上，保留或出现的冻土体。融化夹层（融化核）：在寒冷季节，季节冻土（季节最大冻结深度）与多年冻土层之间的融土层。受冻临界强度：冬期浇筑的混凝土，在受冻之前必须达到的最低强度。二、多年冻土的相关术语不良冻土现象：又称不良冷生现象。指土体的冻结和融化作用产生的对工程有不利影响的新形成物及中小型地形，如冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热融滑坍和热融湖塘等现象。地基回冻：冻土地基在基础工程施工完成后，温度恢复施工前的状态，称地基回冻。三、高原多年冻土的分区与分类多年冻土的地温分区，按年平均地温，针对青藏公路分区标准-1.5℃

高温冻土区（高温极不稳定冻土区、高温不稳定冻土区），年平均地温高于或等于-1.5℃；低温冻土区（低温基本稳定冻土区与低温稳定冻土区），年平均地温低于-1.5℃。高原多年冻土的工程分类，按总含水率少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和冰含土冰层等五类；富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层又统称为高含冰量冻土。三、高原多年冻土的分区与分类综合分类表年平均地温冻土类型低含冰量冻土（少冰和多冰冻土）高含冰量冻土（富冰、饱冰和含土冰层）低温冻土（<-1.5℃）多年冻土稳定区多年冻土热稳定区高温冻土（≥-1.5℃）多年冻土热不稳定区四、基本要求1、施工前应根据设计文件进行现场调查和核对；施工中应根据实际地质条件，核对设计文件内容是否符合实际情况。如实际情况与设计不符，应及时通知设计单位。2、作好测量控制桩的交接，新建控制桩和水准点桩应置于稳固牢靠处，季节融化层部分桩体应做好防冻胀和融沉处理，以保证测量精度。3、施工前，应根据高原多年冻土区工程特点，建立工地试验室。4、施工前，应根据地质条件和环保要求，合理布设施工便道；施工中，各种施工机械和车辆应在便道上行走，不得下道行驶，以保证工程周围地表不受破坏。四、基本要求5、安排高含冰量冻土和不良冻土现象地段工程施工时，应结合工程设计要求，选择适宜的季节和时段进行，避免施工对场地地温和周围环境的不良影响。6、按保护多年冻土和延缓多年冻土融化速度设计的大桥，高含冰量冻土地段的路基、桥涵、给排水等工程应按设计选择监测点在施工期间进行地温和沉降监测。7、高含冰量冻土地段、不良地质现象发育地段及植被良好地段不得取土，也不宜设置施工营地、施工场地和弃土。8、施工前，应对职工进行高原多年冻土区工程施工技术、环境保护、卫生保障等基本知识的培训。

五、路基工程1、根据工程数量、工程特点、多年冻土工程地质条件、工期及环保要求，编制工程实施性施工组织设计。实施性施工组织设计应充分体现高原和多年冻土的特点，体现以人为本，机械化快速施工的原则。

2、路堑和基坑施工期间各道工序应紧密衔接，减少暴露时间，减小对多年冻土地基的热干扰，以利于工后多年冻土环境的恢复。3、路基施工应按设计和实际情况合理选择施工季节。基底和边坡换填及保温层等施工宜在6月底前完成。路堤的填筑宜在暖季进行。五、路基工程4、路基填料应符合《公路路基设计规范》的规定。严禁用富含腐殖质的土、草炭土、泥炭土、草皮以及冻土块作为路堤填料。

5、路基土挖方应移挖作填。符合填料要求的，应用作填筑路基或保温护道。6、路基施工时，取弃土场必须按设计指定的地点设置，取土过程中应定期对取土场内填料的地质特征及工程性质进行检核。7、取、弃土可采用挖掘机配自卸汽车，不得使用推土机和铲运机作为运输机械。五、路基工程8、排水设施应在路基施工前预先完成，以防止施工期间地表水侵害路基，造成病害。9、寒季施时，应事先备好合适的路基填料，并采取有效的保温措施，防止填料冻结。10、取土场地表的草皮应先行挖取，选址堆放，适时洒水培植，以便利用。11、施工单位应配合设计、科研单位埋设好监测设施，并注意保护。做好施工及监测记录，填写施工日志，建立交接制度。六、水泥稳定砂砾基层施工技术㈠原材料要求⑴粒料试验表明，＜4.75mm集料含量和通过0.075mm筛孔的颗粒含量对混合料路用性能影响明显。⑵水泥考虑到多年冻土地区气温低、昼夜温差大的特点及其对强度形成的影响，应在保证施工需要的前提下，宜选择标号较高、凝结较快的水泥，以提高早期强度。⑶外加剂针对多年冻土地区的特点，应掺入适宜的外加剂如CS-1外加剂，提高早期强度，改善抗收缩性能，施工方便且经济。六、水泥稳定砂砾基层施工技术㈡施工机械选型与组合针对多年冻土地区的气温变化特点，宜采用混合料厂拌和摊铺机摊铺的机械化施工方法，在施工中应充分重视选择和配套施工机械，保证水泥稳定粒料基层快速成型。如采用平地机和人工摊铺，则必须控制延迟时间和含水量。㈢修筑试验路段实践证明，在大面积施工基层之前，宜修筑一定长度的试验路段。六、水泥稳定砂砾基层施工技术㈣施工工艺多年冻土地区水泥稳定粒料基层采用厂拌法施工的工艺流程与一般地区基本相同。多年冻土地区水泥稳定类基层施工中，控制碾压时间和养生是关键环节。水泥稳定粒料基层施工结束后，应立即进行保温保湿养生。如采用草袋、薄膜、厚砂等材料，也可以采用养生薄膜下铺设黑色或深色织物双层吸热保温，或单一采用黑色养生薄膜吸热保温，提高养生温度。尽量提高第一天的养生温度，第二天后的养生温度达到临界温度7℃以上即可。养生期一般不少于7d，养生结束后应尽快铺筑面层或做封层。如不能封闭交通时，应限制重车通行，其他车辆的车速不应超过30km/h。七、沥青面层施工技术㈠沥青用量多年冻土地区沥青路面的沥青用量，一般高于内地的一般地区，设计用量为6.5~7%。多年冻土地区沥青路面的沥青用量与气温关系密切，而青藏公路多年冻土地区与季节冻土区的气温条件不同，其沥青用量的控制也应根据海拔高度的不同进行调整。由于青藏公路沿线的气温较低，不宜采用马歇尔稳定度试验确定的最佳用量，而应略高于最佳用量。沥青路面的沥青用量最好采用修筑试验路段的方法确定。七、沥青面层施工技术㈡温度控制气温低而导致沥青混合料温度损失是无法改变的客观事实。作好过程控制，采取措施减少温度损失，不低于规定的施工温度，是确保施工质量的主要手段。⑴适当提高混合料出料温度混合料的出料温度可提高至130℃～160℃。特别是在气温低至5℃时，如以8min为有效压实时间要求，摊铺厚度为4cm的混合料的初铺温度必须达到150℃以上。在施工时沥青的加热温度可控制为130℃～150℃，矿料加热温度控制为150℃～170℃。

七、沥青面层施工技术㈡温度控制⑵选择合适的拌合厂位置，尽量缩短运距，以30～40min的运距为限。⑶减少拌合机拌和仓出料口与运输车的高差，缩短热料落距，以减少温度散失量。为此可在拌合机出料口处外接一段输料带。同时为了避免运输车受料过程中出现离析，运输车应适当移动位置，使混合料在车内分布均匀。⑷在运输过程中，混合料必须用蓬布覆盖，且蓬布四角均应压好，避免出现“兜风”现象。七、沥青面层施工技术㈡温度控制⑸运输车的运量应较拌和能力和摊铺速度有所空余，施工过程中摊铺机前方待料车可为1～2辆，“待机”时间不宜超过5min。⑹沥青混合料必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。摊铺速度应根据拌合机产量、施工机械配合情况及摊铺层厚度、宽度与摊铺速度控制在3～6m/min。⑺摊铺机宜采用高密度的摊铺机，熨平板应加热。七、沥青面层施工技术㈢碾压质量控制⑴适当增加摊铺层厚度，延长有效压实时间摊铺层厚度对有效压实时间有着重要的影响，在气温与摊铺温度相同的情况下，摊铺厚度为3.6cm的有效压实时间与摊铺厚度为6cm相比减少1/3以上。通过提高面层厚度可以有效地降低混合料的冷却速率和延长有效压实时间，有利于解决低温下沥青面层施工质量难以保证的问题。⑵摊铺温度与碾压温度沥青混合料在摊铺后初压前的温度损失极大，一般每分钟为4℃～8℃，在气温在5℃时，每分钟内的温度损失甚至更大，而初压后其冷却速率大大降低。因此，在多年冻土地区进行沥青面层施工时，必须在混合料摊铺后立即碾压，即压路机应紧随摊铺机前进，初压压路机数量至少应有两台以上。七、沥青面层施工技术㈢碾压质量控制⑶碾压速度根据气温，初拟碾压机的碾压速度，一般控制在2～4km/h，轮胎压路机可适当提高，但不超过5km/h。碾压工作段的长度随气温降低而缩短，一般可为10～35m。应保证在混合料温度降至80℃以前碾压成型。

⑷工序衔接根据降温确定施工进度，并以此确定拌合机、运输和摊铺机械的工作效率。保证施工的连续性，避免“机待料、料待机”现象。七、沥青面层施工技术㈣工前处理质量的要求⑴对旧路面病害的处理对于加铺路面的技术方案，必须先将原有路面的严重网裂、坑槽、松散及油包等病害进行彻底处理，待验收后再加铺路面；旧路面应该是干燥、清洁的表面。

⑵面层施工之前的基层无松散、网裂、坑槽等病害；基层应该是干燥、清洁的表面。八、桥梁涵洞施工技术1、桥涵施工前应仔细核对设计文件，进行现场调查，必要时，进行补充地质勘探。2、应根据工程类别、所处冻土环境编制实施性施工组织设计。3、生产和生活所用临时设施应根据高原多年冻土区的环境，合理规划修建。4、认真做好施工机械的选型配套工作，施工机械投入正式使用前应进行工艺性能试验。5、根据施工进度计划，做好施工材料的采购和储备．运输困难地区的桥涵工程应有足够的施工材料储备。6、桥涵结构埋设测试元件时，应配合科研单位按设计要求及时埋入，并采取可靠措施进行防护。

八、桥梁涵洞施工技术7、多年冻土区明挖基础应采用爆破快速开挖。开挖前充分做好爆破设计和准备工作，开挖后应连续快速施工。严禁拉槽式开挖。8、基坑开挖时宜采用“基坑爆破一次成型，机械化快速开挖”的工艺。9、多年冻土区明挖基础在暖季施工时，基坑顶应设挡水埝，严禁地表水流入基坑；及时排除冻结层上水和冻土本身融化水；基坑内抽出的水应妥善排放，不得污染环境或扰动冻土的热平衡。八、桥梁涵洞施工技术10、基坑开挖弃土不得妨碍开挖基坑及其他工作，应及时清运至设计指定的弃土场，不得污染环境。11、基础施工完毕后，应及时回填封闭基坑，不宜间歇；必须间歇时，应采取措施防止热量侵入。回填前必须排除积水，清除冰块等杂物。回填时分层夯填密实，基坑回填土表面应设防水层，并在汛期到来之前施工完毕。八、桥梁涵洞施工技术12、钻孔灌注桩施工宜采用螺旋钻机成孔，不宜采用普通冲击钻机成孔。13、钻孔施工场地布置时应减少对原地表的开挖，宜以填代挖，减少对原地表地基土的热扰动。14、钻孔施工时，应在保证钻孔过程中泥浆不冻结的前提下降低泥浆的温度，并根据施工现场环境条件通过试验确定泥浆温度。15、钻孔施工时，泥浆净化循环措施应充分考虑多年冻土环境保护的要求。桩基施工过程中的废浆及废碴必须妥善处理，不得污染环境和扰动冻土的热平衡。八、桥梁涵洞施工技术16、每根桩的钻孔施工应连续进行，如因故停机，应提升钻头，有钻杆的钻机，应将钻头提离孔底5m以上，其他钻机钻头提出孔外。17、成孔达到设计高程，应对成孔质量及孔底沉碴等情况进行检查；成孔检查合格后应及时进入下一道工序，间歇时间不宜过长。18、采用螺旋钻成孔后浇筑混凝土时，孔口应采取保护措施，防止孔口虚土掉入孔内。浇筑混凝土时应连续进行，并保证其密实。九、临时工程1临时工程宜布置在融区、少冰冻土、多冰冻土或基岩浅埋处；2临时工程的修建应减少对多年冻土的扰动，尽量避免挖方，不得切割、阻拦地表径流的排泄，不得在临时工程附近形成新的积水洼地。3在植被发育良好的地段、高含冰量冻土地段、不良冻土现象发