任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工课件讲解

路基工程施工通过本工作任务的学习与具体实施，学生应学会下列知识：（1）叙述冻土的特点、分布、常用的工程处理措施；（2）知道冻土路基的特点与工程危害，处理方案的适用条件和施工工艺；（3）分析冻土的力学指标，选择合适的处理措施。应掌握下列技能：（1）会根据公路路基施工技术规范，完成冻土路基处理施工技术作业；（2）会选择适当的处理措施，编制施工工艺流程。（一）多年冻土概述1、多年冻土的定义及特性凡是土温等于或低于0℃，且含有冰的土（石）称为冻土，这种状态保持三年或三年以上者，称为多年冻土。主要集中于我国东北大、小兴安岭和青藏高原。如图2-5-1所示。图2-5-1多年冻土地区（1）多年冻土上下限及冻土厚度。在多年冻土地区，地表以下的一定深度内，每年夏季融化，冬季冻结，该层成为季节融化层。在该深度以下的土，则终年处于冻结状态，称为多年冻土。这一深度成为季节融化层底板或多年冻土上限。从地表到达这一深度的距离即为季节融化层厚度或多年冻土上限的埋深。多年冻土层的底部称作多年冻土下限，下限处的地温值为0℃，下限以上为多年冻土，以下为融土。上限和下限之间的距离称为多年冻土厚度。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（六）路基填料要求在盐渍土地区施工时，路基填料应符合下列要求。1、路基填料的含盐量不得超过表2-4-4的规定，不得夹有盐块和其他杂物。2、在内陆盆地干旱地区，如当地无其他适用的填料，需用易溶盐含量超过规定值的土、砾等作填料时，应根据当地气候、水文地质等条件，通过试验决定填筑应采取的措施。多年冻土厚度是多年冻土的重要标志之一，它反映着冻土的发育程度。冻土层的厚度对评价建筑物地层基础设计不可缺少的依据。多年冻土薄的在10m以下，最厚的多年冻土在大小兴安岭，可超过100m。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（2）多年冻土分类1）多年冻土按含冰量分类，可分为少冰冻土、多冰冻土、富冰凉土、饱冰冻土和含土冰冻层五类，见表2-5-1所示。表2-5-1冻土的描述定名和融沉性等级分类工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工2）按冻土的成因分为：①后生冻土层。土层堆积后形成的，特点是含冰量少，多为整体结构或层状结构，具裂隙冰；②共生冻土层。与堆积土害融沉层同时形成的，特点是含冰量多，多为层状或网状结构。（3）多年冻土上限的类别及用途多年冻土上限有天然上限和人为上限两种。2、多年冻土的力学性质（1）荷载强度1）瞬时荷载强度。2）长期荷载强度。3）冻土融化强度。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（2）冻土的压缩性质多年冻土在短期荷载作用下，压缩性很低，类似岩石，一般不计变形，但在长期荷载作用下，尤其是在-0.1～0.5度的温度下，压缩变形相当大。融陷变形一部分与压力有关，一部分与压力无关，冻土构造及腐殖质含量对融化下沉系数有很大影响。（3）冻土的流变性流变是冻土强度的主要特征，包括蠕变和松弛两个方面。蠕变是不变压力作用下变形随时间而发展，当荷载不超过持久强度时，变形逐渐衰减，趋于稳定，一般荷载超过持久强度，便出现塑-粘性流动，荷载越大，变形速率越大。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工松弛是指在固定条件下，压力随时间衰减。（4）冻土的冻胀与沉陷冻土融化的沉陷，分为热力沉陷和压实沉陷。胶结冰融化为水使冻土的物理力学性质发生明显变化，使得体积收缩和空隙率减少，产生不均匀沉陷。3、多年冻土地区公路路基的主要病害（1）融沉（2）冻胀和翻浆工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（二）季节性冻土概述季节性冻融地区的路基在冰冻过程中，土中的水分不断地向上移动，使路基上部的水分含量大大增加。春融季节，由于土基含水率过多，强度急剧降低，再加上行车的作用，路面会发生弹簧、裂缝、鼓包、冒泥等现象，行车翻浆，主要发生在我国北方各省及南方的季节性冰冻地区。翻浆的发生，不仅会破坏路面，妨碍行车，严重的还会中断交通。因此，在翻浆地区修筑公路，对水文及水文地质不良地段，要注意详细调查沿线地面水、地下水、路基土和筑路材料的情况，以便采取相应的处理措施。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工翻浆是季节性冻融地区的主要路基病害，如图2-5-2。图2-5-2翻浆工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工1、翻浆发生的过程及其影响因素（1）翻浆发生的过程，如图2-5-3所示。地处平原地带，地下水位高，排水不畅，特别是土质情况表层为粉性土，下层为透水性差的粘性土地段较多，并且年冻结时间长，初冻时冷暖交替，促使了负温作用下的水分聚流，翻浆道路段在同季节有着不同的变化过程。1）秋季2）冬季3）春季4）夏季工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工图2-5-3翻浆发生的过程工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（2）影响道路翻浆的因素影响公路翻浆的主要因素有土质、温度、水分、路面结构与行车荷载等。其中，土质、密度、水是形成翻浆的三个自然因素，三者同时作用，才能形成翻浆。土质温度水分路面结构行车荷载工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（一）多年冻土地区路基施工1、资料收集多年冻土地区有关资料的收集，是路基施工前的一项关键性工作。只有对多年冻土地区气象资料、地质资料及冻土的物理力学性质资料等，在施工中进行综合考虑，采用切实可行的技术措施，才能确保工程质量。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工2、路堤施工（1）填料选择路堤填料宜选用保温、隔水性能均较好的填料，严禁使用塑性指数大于12，液限大于32%的细粒土和富含腐植质的土及冻土。高含冰的土不宜用于路基填料。采用粘性土或透水性不良土填筑路堤时，应控制土的含水率，碾压时含水率控制在最佳含水率±2个百分点范围内。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工通过热融湖（塘）的路堤，水下部分必须用透水性良好的填料填筑，填筑高度应高于最高水位0.5m以上。靠近基底部分有饱冰冻土层且有可能融化时，宜设保温护道和护脚。应根据设计要求采用土工格栅等技术措施，增加路基整体性和强度。路基填筑应分层碾压，压实度应符合规范规定。（2）基底处理基底处理要根据冻土路基工程特点、季节融化层厚度和多年冻土层含水率、基底地面横坡坡度、路堤填土高度等采用相应的施工方法与措施进行处理。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工与措施进行处理。开工前先核对设计文件、搜集相关冻土的工程地质和水文地质资料，了解季节融化层的岩性成份、厚度、多年冻土的类别、地表植被覆盖情况及冻土层上水的发育程度等，并按设计要求进行补充勘察。其次，根据永久性的平面和高程控制点，在施工范围内全面恢复中线，测定处理边界范围。1）低含冰量冻土分布地段路堤基底处理2）高含冰量冻土分布地段路堤基底处理工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（3）路堤最小填土高度。保护多年冻土上限不下降的最小高度H1，按式2-5-1计算：H1=Hd-Ho式2-5-1式中：H1——从天然底面算起的填土高度，m；若其数值小于表2-5-2所列数值时，则采用表中数值；工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工Hd——保温厚度，m；Ho——将上限深度换算成保温材料时的当量厚度，m。防治翻浆和冻胀的最小填土高度H2可根据当地已有的公路调查资料确定。表2-5-2有水浸时的边坡值工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工饱冰冻土及含土冰层地段路堤。当全用粗颗粒土填筑路堤，其填土高度不能满足H1的要求时，可在路堤下部换填一层细粒土，细粒土的厚度一般不小于1.0m，以便使核算的填土高度大于或等于最小填土高度H1。3、路堑施工（1）施工准备冻土路堑施工前，要做好以下施工准备工作：工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工首先要核对设计文件，编制实施性施工组织设计及网络施工计划，重点是减少多年冻土暴露时间，防止多年冻土融化，其次要合理选择施工季节。高含冰量冻土分布地段路堑宜在寒季进行开挖，在暖季早期完成基底、边坡的换填和隔热处理以及坡面修整处理。路基面平整以及堑内排水系统的修建可在暖季进行。低含冰量冻土分布地段路堑及石质冻土路堑在寒、暖季节均可施工。路堑开挖前要正确标出边界线，按设计要求做好堑顶排水系统及土石方施工临时排水系统，防止地表水和冻结层上水流入路堑。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工选择好弃土场地，按多年冻土环境保护要求修建施工便道，废弃土石方不得在堑顶堆放。对于高含冰量多年冻土分布地段路堑开挖前，要备好临时保温和遮阳材料，以便开挖后及时做好临时防护，防止多年冻土大量融化，影响冻土地基的稳定性和施工。做好冻土（岩）爆破设计，报请甲方和监理工程师批准。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（2）施工方法少冰冻土、多冰冻土、软岩和风化岩石，首先选用机械开挖。机械无法开挖时，采用爆破作业法开挖。机械开挖采用大马力推土机加松土器、挖掘机并辅以人工配合。爆破开挖采用浅孔、深孔和深孔药壶松动爆破，边坡采用预裂爆破，基床采用光面爆破。根据运距采用推土机推运或自卸汽车运输。冻土路堑采用全断面分层分段开挖方法施工。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工对于高含冰量冻土路堑要视路堑长度分段施工，开挖一段，成型一段，加固防护一段。分段长度可根据多年冻土的工程地质条件和施工力量来确定，以路堑多年冻土暴露时间最短为原则。爆破开挖路堑时，要根据多年冻土岩性成份、结构构造特征、边坡高度选择适当的爆破方法。爆破方法的选择原则要以保持基床、边坡和堑顶山体稳定，不受松动，爆破出的坡面平顺，底板平整为原则。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（3）施工工艺冻土路堑施工工艺流程见如图2-5-4所示。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工4、多年冻土地区路基施工注意事项（1）现场施工冻土路基时，应首先遵守设计说明书中的要求进行施工。（2）施工前应核查沿线冻土分布、类型、冻土上限、地表水及其它不良冻土地质现象。（3）在多年冻土地区修筑路基应根据设计要求按下列原则安排施工：1）保持地基的热状态；2）保护地表覆盖层和植被；工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工3）取土以及挖取草皮和临时运输便道的位置应在路堤坡脚或堑顶20m以外，地面坡陡于10°时，不允许在下侧取土；4）充分作好施工准备，排水设施力求在适宜季节中配套完成。（4）富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层以及有冰丘、冰椎、冻土沼泽、热融滑坍、热融湖（塘）等不良地质地段的路基应按个别设计施工。（5）保温护道的填料、材料应分别堆置。护道垫层与路堤本体垫层使用相同填料时，应连接一起填筑压实。（6）富冰冻土、饱冰冻土或含土冰层地段路堤施工尚应遵守下列规定：工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工1）各种施工机械和车辆不得沿路堤基底与排水沟之间地带行驶，并尽量少设穿行通道，保持地表平顺完整。2）暖季中修筑不需处理基底的低路堤时，应在最大融化季节前一次填筑完成。（7）在富冰冻土、饱冰冻土或含土冰层地段，当路堑按保护冻土原则设计时：施工宜在寒季；如需在暖季施工，应采取临时保温措施；所有换填、保温、防护、排水等设施均宜在春融前完成；不得在雨季施工。（8）多冰冻土路基施工必须防止地表水流入或渗入基底和边坡。在冰丘、冰椎地段，应特别注意地下水的活动变化，防止危及路基，造成病害。工作任务五多年冻土及季节性冻土地区路基施工（二）季节性冻融翻浆地区路基施工1、翻浆的防治（1）做好路基排水，提高路基高度这种方法可以防止地面水或地下水浸入路基，保证路基干燥。减少冻结时水分聚流的来源，增大聚流途径。这种措施效果显著简便易行也比较经济。（2）换土地区地下水位高，表层多为粉性土质。针对这种特性在修筑道路时，采用水稳定性好、冰冻稳定性好、强度高的粗颗料土换填路基上部，可以提高强度和稳定性。（3）改善路基结构常用石灰土、