永久凍土地區(qū)路基保溫施工控制技術(shù)

張 峻

（甘肅省金川有色金屬公司 甘肅蘭州737100）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施必將越來越多的向高原寒冷地區(qū)輻射和建設(shè)。國內(nèi)永久凍土地帶多存在于地處嚴(yán)寒地帶的青藏高原，東北大、小興安嶺和天山、阿爾泰山等地區(qū)，高寒凍土區(qū)域一般分為兩層：上部是夏融冬凍的季節(jié)性凍土，下部是終年不融的多年凍結(jié)層。在上述地區(qū)修建公路，如若技術(shù)措施不當(dāng)會造成永久凍土層吸熱變化，甚至出現(xiàn)不同程度的融化，其結(jié)果往往會造成工后路面網(wǎng)裂、波浪、路基沉陷等病害。因而保護(hù)永久凍土層的長期穩(wěn)定，阻止、降低施工中對永久凍土層的破壞和因工后大氣傳熱導(dǎo)致永久凍土層的破壞，保證路基穩(wěn)定和使用安全是工程技術(shù)領(lǐng)域需要研究解決的問題。

2 工程概況

博牙高速公路工程某標(biāo)段內(nèi)路基全長7.8km，位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市博克圖境內(nèi)，系受西伯利亞冷空氣影響明顯的寒溫帶季風(fēng)氣候，初霜期始于9 月上旬，晚霜止于翌年6 月下旬，寒期-40℃的時(shí)日極為漫長，溫期極短，年平均氣溫-1℃，極端溫度超過-50℃，屬典型的永久凍土地段。

3 施工控制技術(shù)

永久凍土地區(qū)路基工程施工技術(shù)是世界性的技術(shù)難題，保護(hù)永久凍土路基穩(wěn)定是根本的施工原則。本工程采用路基保溫施工技術(shù)保證永久凍土層穩(wěn)固。

3.1 主要技術(shù)對策及施工工藝

3.1.1 主要技術(shù)對策

嚴(yán)格按照“遵照圖紙、不超紅線、分段開挖、及時(shí)覆蓋”程序，避免施工中對永久凍土層的擾動和破壞；

改善路基結(jié)構(gòu)（見圖1），增設(shè)XPS 保溫、隔熱板，阻斷永久凍土層與外界大氣的熱傳導(dǎo)；加設(shè)防水土工布，隔斷地表水下滲，保護(hù)公路路基原狀土面以下保持“未醒狀態(tài)”“”，從根本上保證永久凍土層的穩(wěn)定，對于保證路基的整體穩(wěn)定性起關(guān)鍵的作用，有助于延長公路的使用壽命和降低后期對公路維護(hù)養(yǎng)管的成本；

采用溫度電子監(jiān)控技術(shù)對永久凍土層進(jìn)行溫度監(jiān)測，驗(yàn)證施工技術(shù)參數(shù)，指導(dǎo)施工。

3.1.2 施工工藝

路基施工工藝見圖2，永久凍土路基保溫施工工藝流程圖。

3.2 主要控制要點(diǎn)

3.2.1 材料質(zhì)量控制

路基換填料充分利用當(dāng)?shù)氐拿ɑ蛩槭粒┑葍?yōu)質(zhì)地材資源，施工前試驗(yàn)確定填料的規(guī)格、粒徑組分、含雜率、壓實(shí)度和壓碎值等指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格控制填料的進(jìn)場檢測驗(yàn)收程序，按每5000m3 取樣試驗(yàn)一次，當(dāng)所用材料發(fā)生變化時(shí)及時(shí)取樣檢驗(yàn)。

3.2.2 施工區(qū)域輪廓控制

施工區(qū)域輪廓控制：加強(qiáng)中線及斷面復(fù)測、復(fù)核，合理增設(shè)橫斷面，嚴(yán)格橫斷面輪廓測設(shè)和開挖檢查，開挖時(shí)專人指揮，按倒退方式逐步開挖，人工輔以小工具清理邊坡，保證開挖到邊不超挖。

3.2.3 換填施工控制

路基換填采用分段施工，隨挖隨蓋，隨蓋隨壓。每段施工準(zhǔn)確掌握施工部位季節(jié)性凍土層的厚度，用以核定路基換填的三維范圍。根據(jù)需要換填的范圍和設(shè)備效率確定每段季節(jié)性凍土施工長度，換填時(shí)控制卸料高度，盡量降低勢能對基面的打擊，保證永久凍土穩(wěn)定，換填厚度控制在每層50cm（填石）、40cm（碎石土）內(nèi)，并用20t 以上重型壓路機(jī)及時(shí)壓實(shí)，從兩邊向中間碾壓，碾壓時(shí)先慢后快，先靜后動，碾壓5-6 遍，接縫處橫向搭接不小于200cm，縱向不小于50cm，為保證路基質(zhì)量，每填筑兩層用沖擊壓路機(jī)沖擊復(fù)壓，壓實(shí)度要符合設(shè)計(jì)及《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定。

3.2.4 保溫板、土工布、土工格柵鋪設(shè)控制

路基換填至原地面以下30cm 處時(shí)，將路基換填層表面整平、壓實(shí)后鋪設(shè)5cm 厚的砂墊層，找平后上面鋪設(shè)再鋪設(shè)5cm 厚XPS 保溫板，要求抗壓強(qiáng)度大于500kpa，板與板之間用U 型釘緊密對接連接，將相鄰的兩塊保溫板固定鋪設(shè)后要保證其平整，接縫要嚴(yán)密，具有完整的整體性，以防松動。其上鋪一層防水土工布XPS 保護(hù)保溫板并防止地表水下滲；回填至原始地面標(biāo)高處，沿路基底寬橫向全斷面鋪設(shè)一道土工格柵，人工卷鋪，搭接連接，垂直于線路中線連接線緊貼下承層，拉直平順，不得出現(xiàn)扭曲、折皺、重疊現(xiàn)象，搭接寬度及連接間距和牢固性符合設(shè)計(jì)要求。端部按格柵性能和設(shè)計(jì)要求回折鎖邊，設(shè)置在坡腳處的泥炭保溫護(hù)角，材料細(xì)密度要嚴(yán)格檢驗(yàn)，符合要求，要富有膠密性，施工時(shí)最好具有一定的可塑性以形成嚴(yán)密封堵，保證路基換填料與大氣隔絕。

3.2.5 換填溫度控制

路基換填最好選擇在溫度適宜的秋末冬初季節(jié)進(jìn)行，溫度太低功效低且無法保證回填質(zhì)量，溫度太高回增加對永久凍土層破壞的風(fēng)險(xiǎn)。具體施工時(shí)在開工前、施工中根據(jù)當(dāng)時(shí)的體感溫度變化，適時(shí)檢測溫度變化，可能產(chǎn)生影響凍土擾動風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，要采取措施保證凍土穩(wěn)定或停止施工。

圖2 永久凍土路基保溫施工工藝流程圖

3.2.6 測溫控制

溫度觀測點(diǎn)沿公路走向每100m 設(shè)置一組，每組設(shè)2 個(gè)地溫觀測斷面，斷面盡量垂直于線路中線，分別設(shè)置在路基中央和路肩位置；溫度傳感器在路基中央XPS 板上、下各設(shè)一點(diǎn)，路肩處在基底和基底上1.5m 位置各布設(shè)1 點(diǎn)。測點(diǎn)埋設(shè)方法為用鉆機(jī)鉆孔，將PVC 管放入孔內(nèi)，溫度傳感器按布設(shè)深度要求沿PVC 管內(nèi)腔下放到位，然后用砂回填密實(shí)。換填層頂面以上第一層普通路基填筑完成后開始進(jìn)行溫度觀測。觀測期為六個(gè)月，前兩個(gè)月每周進(jìn)行一次溫度觀測，后四個(gè)月每半個(gè)月進(jìn)行一次溫度觀測，溫度觀測數(shù)據(jù)及時(shí)點(diǎn)要符合規(guī)定要求。當(dāng)換填底部測溫點(diǎn)溫度穩(wěn)定在0℃且溫度上下變動幅度在±0.1℃范圍內(nèi)時(shí)方可進(jìn)行路面等上部構(gòu)造施工。

4 結(jié)語

本工程以保護(hù)永久凍土路基穩(wěn)定為施工原則，從路基換填和路基保溫兩個(gè)角度出發(fā)，采用路基保溫技術(shù)，在傳統(tǒng)毛石隔熱的基礎(chǔ)上增設(shè)保溫板和防水土工布等工藝，按照經(jīng)路基試驗(yàn)段確定的施工各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行全面組織實(shí)施，通過路基沉降檢測、路基彎沉值檢測，路基承載力檢測，溫度控制檢測等指標(biāo)分析均滿足施工要求，路基保持穩(wěn)定，無明顯下沉。得到了設(shè)計(jì)、質(zhì)量監(jiān)督等部門的認(rèn)可。為在高寒地區(qū)，地下存在永久凍土層的公路、鐵路、機(jī)場跑道等路基工程施工提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

利用XPS 保溫板優(yōu)良的保溫隔熱性、高抗壓性、耐侯性、低吸水性的特點(diǎn)，有效阻斷路基下部永久凍土層和外界大氣之間的熱傳遞；XPS 保溫、隔熱板和防水土工布，施工工藝簡單便于操作，安全可靠，施工質(zhì)量便于控制，施工成本低，其經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，符合國家綠色施工、節(jié)能減排的號召，具有很好的應(yīng)用前景和推廣意義。