多年冻土地区公路设计与施工技术细则课件

多年冻土地区公路设计与施工技术细则JTG/TD31-04-2012xxx2013年5月●xxxxxxxxx多年冻土地区公路设计与施工技术细则xxx2013年5月●提纲1《细则》编制概况《细则》编制实施过程《细则》总体解读多年冻土区公路建设存在的问题234提纲1《细则》编制概况《细则》编制实施过程《细则》总体解读多年冻土区公路建设现状花大公路多年冻土区公路建设现状花大公路青藏公路（G109）：是进藏运输的主通道，穿越750km多年冻土地带，全段二级标准，沥青路面，平均速度约为80km/h多年冻土区公路建设现状青藏公路（G109）：是进藏运输的主通道，穿越750km多年多年冻土区公路建设现状青康公路（G214）：是青海、西藏两省区干线公路，穿越约300km多年冻土，全段二级标准，沥青路面和水泥混凝土路面共存，平均速度约为70km/h，现正进行高速化改造多年冻土区公路建设现状青康公路（G214）：是青海、西藏两省多年冻土区公路建设现状新藏公路（G219）：是连接新藏两省区唯一干线，是中印、中巴边境战略主通道，穿越累计380km多年冻土区，无高级路面，2003年开始升级改建，目前平均速度不到50km/h多年冻土区公路建设现状新藏公路（G219）：是连接新藏两省区多年冻土区公路建设现状其他国道317、318，东北大小兴安岭的部分公路（黑北、伊嘉、加漠等）等均有少量路段穿越多年冻土或岛状多年冻土多年冻土区公路建设现状其他国道317、318，东北大小兴安岭多年冻土工程地质特性冻胀特性融沉特性多年冻土工程地质特性冻胀特性融沉特性不良冻土地质现象热融滑塌热融湖塘热融沉陷融冻泥流冻胀丘河冰锥不良冻土地质现象热融滑塌热融湖塘热融沉陷融冻泥流冻胀丘河冰锥工程活动引发融化盘变化10年气温上升0.3～0.4℃平衡多年冻土季节活动层天然冻土上限Q输出

<Q进入

热交换活动层深度增加上限处地下冰融化人为多年冻土上限地表条件水文环境植被条件工程活动引发融化盘变化10年气温上升0.3～0.4℃平衡多冻土路基病害

融沉波浪开裂冻土路基病害融沉波浪开裂路面病害沥青路面：开裂车辙老化混凝土路面：断裂松散自然老化路面病害沥青路面：自然老化桥涵病害

桥梁：桩基融沉冰害涵洞：冻胀涵洞冻胀沉降变形桥涵病害桥梁：涵洞冻胀沉降变形隧道病害洞内渗水顶部挂冰洞内路面结冰洞口路堑雪害洞口冰雪融水涌入隧道病害洞内渗水编制背景条件已经成熟自1954年青康公路第一次发现多年冻土至今，我国多年冻土地区公路修筑技术的工程建设历史已有50多年，研究历史持续30多年，特别是《成套技术》的完成取得众多突破性成果，然而至今没有行业技术规范出台。区域发展需要我国多年冻土地区地域辽阔、资源丰富、经济落后，实现交通的跨越式发展是西部大开发和振兴东北老工业基地战略决策的需要。对科学贯彻后续公路建设中和谐交通的理念具有重要意义。高速技术准备青藏高速公路及东北多条省级高速公路已列入国家高速公路网规划，未来高速公路建设中必将面临众多新的问题。考虑高速公路建设特点与多年冻土地区特殊条件，形成导向性文件，迎接新挑战。编制背景条件已经成熟自1954年青康公路第一次发现多年冻土至总体指导思想总结经验

结合实际研究试验规定指标明确方法提出细则系统总结以往工程的成熟经验，从多年冻土区气候环境、生态环境以及冻土环境的实际出发，有针对性的开展试验、检测工作，规定指标、明确方法，使提出的《细则》不仅能满足当前多年冻土地区公路改（扩）建的需要，还能适应将来一段时间内新建公路突飞猛进发展的需要，使其成为多年冻土地区公路勘察设计施工的科学性、实用性、导向性的技术文件。总体指导思想总结经验结合实际研究试验规定指标编制基本原则1先进实用

参考相关规范结合地区特点跟踪已有工程确保先进实用2科学合理

广泛征求意见依据工程经验纳入可靠成果保证科学合理3专业协调发扬技术民主协调专业意见开展必要研究恰当得出结论4突出特点

考虑冻土环境特点突出与一般地区差异提出关键指标方法编制基本原则1先进实用参考相关规范结合地区特点跟踪已有主编及参编单位单位分工编制单位名称完成内容主编单位中交第一公路勘察设计研究院规范的立项、工作大纲、调研、编制、统稿、组织评审等；冻土路基设计与施工、特殊路基设计与施工、多年冻土区路面设计与施工参编单位中科院寒旱所冻土路基设计青海省公路科研勘测设计院冻土路基、多年冻土区沥青路面设计与施工黑龙江省公路勘察设计院岛状冻土区路基路面设计与施工长安大学多年冻土区沥青路面设计与施工主编及参编单位单位分工编制单位名称完成内容主编单位中交第一公开展大量调研工作红其拉浦达坂1调研高原多年冻土地区（高海拔中低地纬度）青藏铁路青藏公路214国道318国道317国道219国道315国道中巴公路开展大量调研工作红其拉浦达坂1调研高原多年冻土地区（高海红其拉浦达坂开展大量调研工作2调研东北多年冻土区（高纬度低海拔）加格达奇北安嘉荫加漠公路黑北公路哈伊公路伊嘉公路3调研阿拉斯加管线、道路、房建等资料收集现场调查重点座谈调研方式红其拉浦达坂开展大量调研工作2调研东北多年冻土区（高纬度吸收国内外建设经验调控对流调控辐射调控传导被动措施：改变土体表面辐射条件，改变土体与大气及冻土热传导状态；主动措施：调控对流的方法包括通风路基、碎（片）石路基及热棒路基；综合措施：三类调控的相互组合，如热棒与隔热板路基的组合等。吸收国内外建设经验调控调控调控被动措施：改变土体表面辐射条件采纳前期科研成果专题：多年冻土地区沥青路面耐久性能研究1.多年冻土地区公路工程地质研究2.多年冻土地区公路病害和机理研究4.多年冻土地区路基稳定性技术研究5.多年冻土地区路面设计与施工技术研究6.多年冻土地区桥涵工程技术研究7.多年冻土地区公路生态环境保护与评价技术研究8.多年冻土地区公路养护与维修技术研究9.季节性冰冻地区路基路面稳定技术研究10．高原（山）地区筑养路职工安全与健康保障研究3.水热力耦合效应与路基路面温度场变化规律研究多年冻土地区公路修筑成套技术研究5项国际领先6项国际先进3方面填补空白6方面重大创新采纳前期科研成果专题：多年冻土地区沥青路面耐久性能研究1.多开展必要的测试验证多年冻土地区合理路线线形控制指标研究气冷碎、块石路基合理设计参数研究宽幅路基下通风管效应研究热棒作用半径的测试验证开展必要的测试验证多年冻土地区合理路线线形控制指标研究气冷《细则》

工程地质勘察技术细则区划、分类评价标准

一般土质路基设计原则、合理断面、处治策略、设计方法和关键指标等特殊路基设计原则、实用条件、合理结构、关键参数等施工工艺与流程

合理路面材料与结构低温耐久性控制指标路面结构组合设计型式

施工工艺与流程

提出多年冻土区桥涵设计的特殊要求提出设计方法施工工艺与流程路基路面施工质量检测标准环境保护策略与对策《细则》工程地质勘察技术细则一般土质路基设计原则、合理断总则1术语、符号2路线3工程地质勘察4一般路基设计5特殊结构路基设计6沥青路面设计7桥涵设计8路基施工9沥青路面施工10桥涵施工11环境保护与景观12总则1术语、符号2路线3工程地质勘察4一般路基设计51.0.1编制目的1.0.2适用范围

-适用于新建、改扩建的各级公路设计与施工。1.0.3冻土工程病害防治原则。

-预防为主、治理为辅。1.0.4新技术应用问题 1.0.5与相关规范的关系总则11.0.1编制目的总则1本指南用到而已有规范未列到的术语和符号。

术语和符号2术语和符号23.1一般规定明确多年冻土地区公路选线的指导思想和原则（宁填勿挖、重视环境保护）。3.2公路选线的技术和方法

3.3高海拔多年冻土区公路线性指标路线33.1一般规定路线3指导思想：宁填勿挖。冻土融化是冻土工程病害的最主要原因，多填少挖具有避免扰动冻土环境、保护冻土覆盖层的积极作用。靠山侧挖方基地发生条带状热融，波及路面发生纵向裂缝斜坡高含冰量冻土融化，导致滑塌现象，选线阶段应予以回避斜坡高含冰量冻土融化，导致滑塌现象，选线阶段应予以回避路线3指导思想：宁填勿挖。靠山侧挖方基地发生条带状热融，波及路面发重视环境保护。多年冻土地区生态环境脆弱，植被恢复非常困难，应特别强调环境保护工作。大面积铲除植被后发生融沉，只得改道大开挖引起融冻泥流大面积铲除植被后发生融沉路线3重视环境保护。大面积铲除植被后发生融沉，只得改道大开挖引起融线形指标选用随海拔升高，驾驶员血氧含量减少，反应时间要比正常情况下增长。设计速度（km/h）1201008060403020高海拔停车视距（m）反应时间3.5s280215160115755535反应时间3.0s260200150110705030高海拔地区停车视距路线3线形指标选用设计速度（km/h）120100806044.1一般规定勘察要求4.2工程地质勘察阶段和要求4.3勘察设备与实验仪器4.4工程地质勘探与取样4.5工程地质分区-冻土三级分区。4.6工程地质评价

土体冻胀和融沉特性评价

冻土工程地质条件评价

不良冻土现象评价

对生态环境影响评价工程地质勘察44.1一般规定工程地质勘察4冻土工程地质分区。可根据地貌条件、冻土分布和特征及冻土物理力学指标进行分区，反映冻土工程地质条件和场地复杂程度。场地复杂程度冻土温度（℃）含冰状态不良地质现象对环境影响复杂场地≥-1.5厚层地下冰发育强烈发育影响大一般场地≥-1.5地下冰发育一般发育有不利影响简单场地<-1.5地下冰不发育不发育无影响勘察场地复杂程度工程地质勘察4冻土工程地质分区。场地复杂冻土温度（℃）含冰不良地质对环境复工程地质勘察与取样工程地质勘察适宜的时间应有利于工作，又不至于过多影响冻土环境。冻土地质坑探冻土岩芯工程地质勘察4工程地质勘察与取样冻土地质坑探冻土岩芯工程地质勘察45.1一般规定5.2设计原则-保护冻土；主动冷却、综合治理；控制融化速率；预融冻土。5.3路床5.4路堤设计5.5低填浅挖及零断面结构设计5.6路堑设计5.7路基防排水设计5.8挡土墙设计5.9过渡段路基设计5.10取、弃土场设计一般路基设计55.1一般规定5.8挡土墙设计一般路基设计5路基防排水考虑地表水对多年冻土的不利影响，采取措施疏导地表水，做好路基排水防护设计。地表水入渗改变冻土温度多年冻土融化诱发病害排水不良形成积水导致基地融化路堑积水加速底部融化排水沟排水不畅导致基地融化设置排水通道设置防水护坡一般路基设计5路基防排水地表水入渗改变冻土温度多年冻土融化诱发病害排水不良路基高度多年冻土地区新建路基设计高度应大于最小填土高度。零填路基在道路运营1年后即发生病害低填路基，随路基高度增加，冻害时间有所延缓中等高度路基（1.4~2.0m），一般在运营2~3年后发生冻害冻土路基病害与路基高度存在一定关系一般路基设计5路基高度零填路基在道路运营1年后即发生病害低填路基，随路基高路堑设计应遵循保护多年冻土的原则进行路堑设计。部分挖除多年冻土换填的路堑断面形式全部挖除多年冻土换填的路堑断面形式未采取保护措施的冻土挖方路堑，在施工后1年内发生的热融沉陷一般路基设计5路堑设计部分挖除多年冻土换填的路堑断面形式全部挖除多年冻土换6.1一般规定依据冻土地温选择路基形式6.2隔热层路基隔热材料的技术要求隔热层设置厚度隔热层埋设深度6.3片块石路基块石粒径的选择块石层的铺筑厚度块石层的铺筑位置6.6通风管路基通风管管径及壁厚通风管间距通风管埋深适用状况6.5热棒路基热棒自身参数的确定合理埋深的确定特殊结构路基设计66.1一般规定6.6通风管路基特殊结构路基设计6隔热层路基适用于低温多年冻土路段。特殊结构路基设计6隔热层路基特殊结构路基设计6片块石路基可用于高温冻土区地下泉水发育或地表径流较发育的区段，也可用于治理高含冰量区段融化夹层发育所引发的路基病害。特殊结构路基设计6片块石路基特殊结构路基设计6通风管路基可用于路基高度大于2.0m的高温高含冰量多年冻土路段。特殊结构路基设计6通风管路基特殊结构路基设计6热棒路基可用于极高温多年冻土区或冻土退化区；或用于治理由于融化盘偏移所引起的路基不均匀沉陷、纵向裂缝等病害。特殊结构路基设计6热棒路基特殊结构路基设计67.1一般规定7.2结构组合设计结构层结构组合7.4基层、底基层7.3.1半刚性材料7.3.2粒料类材料7.3沥青面层普通沥青混凝土改性沥青混凝土7.5垫层垫层设置要求宜采用粒料，厚度宜大于20cm沥青路面设计77.1一般规定7.3沥青面层沥青路面设计7沥青面层材料的选择多年冻土区气温低、降温速率快、昼夜温差大、日照强烈、紫外线辐射强烈、冻土路基不均匀变形等特殊使用条件，选用沥青混合料的技术要求重点应强调抗低温和老化性能。沥青路面设计7沥青面层材料的选择沥青路面设计7沥青混合料的配比沥青混合料宜采用骨架-密实结构，且混合料的沥青用量宜在室内试验确定的最佳沥青用量基础上增加0.5-0.8个百分点，以提高面层沥青混合料的低温抗裂性和抗冻特性。沥青路面设计7沥青混合料的配比沥青路面设计78.1一般规定适用的范围，设计原则，桥涵结构形式选择的依据等。8.2桥位设计中应考虑的主要因素，具体参数、尺寸的选择。8.3桥梁上部结构上部结构的一般要求，提出优化的结构形式。8.4桥梁基础桥梁基础处理的基本原则，提出各类桩基的适用条件。8.5桥梁基础及下部抗冻防护提出寒区桩基础抗冻防护的基本要求及形式，提出稳定性验算方法及阈值。8.6涵洞结构设计提出涵洞形式选择的基本要求及具体设计参数。8.7涵洞基础涵洞基础处理的要求及措施。8.8涵洞进出口涵洞进出口形式的选择及具体设计参数。桥涵设计88.1一般规定8.5桥梁基础及下部抗冻防护桥涵设计8桥涵地基设计原则融沉、强融沉地段，桥涵地基宜采用保护冻土的设计原则；不融沉和弱融沉地段，桥涵地基宜采用容许融化的原则。基础埋深应满足基地强度、稳定性验算和冻拔力的要求。桥台与基础埋设过浅，多年冻土融化，大桥两头逐年下沉两年后，大桥南、北段下沉，已成险桥旧桥冻拔破坏，新桥加大基础埋深，并换填地基土冻胀推力使桥台倾倒、梁板折断桥涵设计8桥涵地基设计原则桥台与基础埋设过浅，多年冻土融化，大桥两头逐金属波纹管涵金属波纹管涵作为柔性结构涵，较适合大变形和不均匀变形地基使用。运营多年的金属波纹管涵运营多年的金属波纹管涵桥涵设计8金属波纹管涵运营多年的金属波纹管涵运营多年的金属波纹管涵桥涵9.1一般规定对施工前准备工作的要求多年冻土地区路基施工的一般原则多年冻土地区路基施工季节的选择9.2路堤施工路基施工的基本要求路基填料与压实度的要求排水与附属设施9.3路堑施工路堑施工基本要求开挖与换填边坡保温防护9.4隔热层铺设施工准备层下填料的压实隔热层铺设层上填料的压实路基施工99.1一般规定9.3路堑施工路基施工99.5片块石路基施工块石粒径的选择块石的填筑方式块石的整平与碾压9.6通风管安装施工准备基地处理路堤填筑沟槽开挖铺设安装管顶路堤填筑9.7热棒安装施工准备钻孔吊装回填及现场清理9.8防护及排水工程施工准备施工季节路基施工99.5片块石路基施工9.7热棒安装路基施工9冻土路基填料路基填料不良、路基压实度不够或压密不均匀将会造成冻融变形差。路基施工9冻土路基填料路基施工9路基施工期积水路基施工中造成路基侧向人为积水，或原积水坑没有在施工中处理与排除，积水浸泡引起路基边坡与路肩坍塌。路基施工9路基施工期积水路基施工9保温板路基施工隔热层施工时，施工机械不能直接碾压隔热板，应按照设计的最小压实度进行填料摊铺，达到最小压实厚度要求后再用机械压实。路基施工9保温板路基施工路基施工9片块石路基施工片块石应选择无风化、裂纹的石料，采用重型振动压路机碾压，边坡宜采用人工码砌。重型振动压路机碾压挖掘机施工平整边坡路基施工9片块石路基施工重型振动压路机碾压挖掘机施工平整边坡路基施工9通风管安装宜采用人工或小型起重设备安装，安装应平顺，避免碰撞接口，损坏通风管。路基施工9通风管安装路基施工9热棒安装热棒吊装时严禁压伤或擦伤热棒及上部翅片，吊装结束后，及时用砂土回填。路基施工9热棒安装路基施工910.1一般规定针对多年冻土地区环境特点，提出路面施工特殊规定。10.2材料技术要求重点对高标号沥青及改性沥青、沥青粘附性提出要求。10.3沥青混合料面层施工混合料配合比设计系统提出多年冻土地区混合料配合比设计方法及各项性能指标。混合料拌和混合料运输混合料碾压10.4半刚性材料基层、底基层10.5粒料类材料基层、底基层沥青路面施工1010.1一般规定混合料运输沥青路面施工10路面施工条件温度低、施工期短、碾压成型困难、养生条件有限。路面摊铺温度普通沥青混合料应在130℃以上，改性沥青混合料摊铺温度应在