专利名称：冻土区高速公路片块石通风路基及其施工方法
技术领域：
本发明属于交通工程技术领域，具体涉及一种冻土区高速公路片块石通风路基及其施工方法。
背景技术：
冻土作为一种特殊的土体，其成份、组构、热物理及物理力学性质均不同于一般土体。在冻土区的活动层中每年都发生着季节冻结和融化，并伴生有各种冻土现象，因此给冻土区的公路修筑技术带来了一系列的工程技术难题。目前，在升温和人为活动作用增强的背景下，多年冻土响应逐渐显现，多年冻土区冻土工程地质变得异常复杂且具有多变性，典型问题如冻土路基热融沉陷、路基下冻土温度场各向异性导致人为上限非对称变化引发的路基纵向开裂、浙青路面下路基尺寸效应等等，这不仅大大提高了建筑工程造价，而且严重影响工程的使用效果与寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效缓解多年冻土融化及冻土路基不均勻变形的冻土区高速公路片块石通风路基及其施工方法。本发明所采用的技术方案是
冻土区高速公路片块石通风路基，其特征在于
所述的冻土区高速公路片块石通风路基自下而上依次为砂砾下垫层、片块石层、碎石过渡层、透水土工布、砂砾上垫层和土工格栅； 其中砂砾下垫层部分冲击碾压在地面线以下。所述的砂砾下垫层的厚度为30cm; 所述的片块石层的厚度为0. 9m 1. 5m ； 所述的碎石过渡层的厚度为20cm ； 所述的砂砾上垫层的厚度为30cm。所述的片块石层的片块石粒径为15 30cm，长细比小于3，片块石强度大于 30MPa，空隙率不小于25% ；
所述的碎石过渡层的碎石粒径为5 10cm。所述的冻土区高速公路片块石通风路基的一侧设置水平的护坡道，护坡道外侧设置排水沟。冻土区高速公路片块石通风路基的施工方法，其特征在于 由以下步骤实现
步骤一按照施工设计图纸进行测量放线，标出路线的边线，填筑范围，做好永久和临时的排水工作；
步骤二 进行石料破碎筛选，片块石层的片块石粒径为15 30cm，长细比小于3，片块石强度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石过渡层的碎石粒径为5 IOcm ；步骤三在地面填筑一层土拱，自路基中心向外设坡度为2%的排水横坡； 步骤四在土拱的基底冲击碾压和填筑30cm的砂砾下垫层，砂砾下垫层部分冲击碾压在地平线以下，在砂砾下垫层上方填筑0. 9m 1. 5m厚的片块石层，片块石层上部用20cm 厚的碎石过渡层整平，其上再填筑30cm厚的砂砾上垫层，砂砾上垫层与碎石过渡层间铺设透水土工布，砂砾上垫层上部布设塑钢材质的土工格栅，最后采用重型振动压路机压实。步骤三中，地面为斜坡时土拱为单面坡，地面为平坡时土拱为人字坡。步骤四中，片块石层填料时采取先低后高，先两侧后中央的投料方式进行。步骤四中，片块石路基的压实采用重型振动压路机，直线路段先两侧后中间，曲线段先内侧后外侧，进行反复碾压，碾压遍数不少于6 8次，碾压的纵向行与行之间重叠
0.5m，前后相邻区段重叠an以上。本发明具有以下优点
本发明所述的片块石通风路基结构利用空气的流动来改变路基传热方式，能减小多年冻土路基下冻土融化及冻土路基发生的不均勻变形，减小气候变暖和人为工程活动对多年冻土路基特性的影响，提高路基结构的安全性和稳定性。
图1为片块石通风路基的结构图。图2为片块石通风路基施工流程图。图中，1- 土工格栅，2-砂砾上垫层，3-透水土工布，4-碎石过渡层，5-砂砾下垫层， 6-地面线，7-护坡道，8-排水沟，9-片块石层，10-填土，11- 土拱。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细的说明。片块石路基结构是一个最典型的冷却路基的工程措施，是利用空气的流动来改变路基传热方式的一种通风路基，空气可在路基片块石层内流动。在开放状态下，冬季以通风作用为主的强迫对流效应和较弱的片块石层侧向空气自由对流的复合过程是片块石冷却路基的作用机理，这一复合过程主要与风速和风向有关。当风速较大时，片块石层内产生强迫通风效应；但风速较小时，在阴坡侧片块石层一定厚度内产生自由对流效应。夏季因风速和风向条件，片块石层主要以热传导过程为主，但夏季风速和风向条件有利于片块石结构层内部产生一定的隔热作用。在封闭状态下，由于阻断或大幅度的减弱了风的影响，片块石层路基结构弱化了强迫对流过程；同时由于片块石层路基上部填土的影响，片块石层顶底板温差不足以驱动自由对流过程，因此，在封闭状态下片块石层内部主要以热传导过程为主，片块石层内的空隙起到了一定的隔热保温的作用。本发明所述的冻土区高速公路片块石通风路基自下而上依次为砂砾下垫层5、片块石层9、碎石过渡层4、透水土工布3、砂砾上垫层2和塑钢土工格栅1，其中砂砾下垫层5 部分冲击碾压在地面线以下。砂砾下垫层5的厚度为30cm ；片块石层9的厚度为0. 9m
1.5m ；碎石过渡层4的厚度为20cm ；砂砾上垫层2的厚度为30cm。片块石层9的片块石粒径为15 30cm，长细比小于3，片块石强度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石过渡层4 的碎石粒径为5 10cm。冻土区高速公路片块石通风路基的一侧设置水平的护坡道7，护
4坡道7外侧设置排水沟8。根据片块石路基导热、强制对流换热和自然对流换热这三种机理，在满足力学的前提下，片块石层9的铺筑厚度宜为0. 9 1. 5m。从强化自然对流传热机制的角度考虑，片块石层9在路提中铺设的位置应当在满足力学的前提下，尽量靠路基上部，以减少上覆土层的厚度；但从冷量向地基传输的效率考虑，应靠近路基体的下部。在具体设计当中应综合考虑两方面的因素，将片块石层9布设在路基体的最佳位置，一般为路面结构层以下30 50cm。从保证片块石路基达到设计的空隙率及片块石空隙能与大气良好联通两方面考虑， 推荐在片块石层底部铺设砂砾下垫层5，顶部铺设透水土工布3及砂砾上垫层2，砂砾下垫层5和砂砾上垫层2的厚度一般为30cm。实施例一
富冰冻土段，当路基高度大于2. 5m且小于2. 8m时，在土拱的基底冲击碾压和填筑30cm 的砂砾下垫层5，砂砾下垫层5部分冲击碾压在地面线以下，在砂砾下垫层5上方填筑0. 9m 厚的片块石层9，片块石层9上部用20cm厚的碎石过渡层4整平，其上再填筑30cm厚的砂砾上垫层2，砂砾上垫层2与碎石过渡层4间铺设透水土工布3，砂砾上垫层2上部布设塑钢材质的土工格栅1。实施例二
富冰冻土段，当路基高度大于2. 8m时，在土拱的基底冲击碾压和填筑30cm的砂砾下垫层5，砂砾下垫层5部分冲击碾压在地面线以下，在砂砾下垫层5上方填筑1. an厚的片块石层9，片块石层9上部用20cm厚的碎石过渡层4整平，其上再填筑30cm厚的砂砾上垫层2， 砂砾上垫层2与碎石过渡层4间铺设透水土工布3，砂砾上垫层2上部布设塑钢材质的土工格栅1。实施例三
饱冰冻土段，当路基高度大于2. 5m且小于3. Im时，在土拱的基底冲击碾压和填筑30cm 的砂砾下垫层5，砂砾下垫层5部分冲击碾压在地面线以下，在砂砾下垫层5上方填筑0. 9m 厚的片块石层9，片块石层9上部用20cm厚的碎石过渡层4整平，其上再填筑30cm厚的砂砾上垫层2，砂砾上垫层2与碎石过渡层4间铺设透水土工布3，砂砾上垫层2上部布设塑钢材质的土工格栅1。实施例四
饱冰冻土段，当路基高度大于3. Im时，在土拱的基底冲击碾压和填筑30cm的砂砾下垫层5，砂砾下垫层5部分冲击碾压在地面线以下，在砂砾下垫层5上方填筑1. 5m厚的片块石层9，片块石层9上部用20cm厚的碎石过渡层4整平，其上再填筑30cm厚的砂砾上垫层2， 砂砾上垫层2与碎石过渡层4间铺设透水土工布3，砂砾上垫层2上部布设塑钢材质的土工格栅1。本发明所述的冻土区高速公路片块石通风路基的施工方法，由以下步骤实现 步骤一按照施工设计图纸进行测量放线，标出路线的边线，填筑范围。做好永久和临
时的排水等工作。准备施工机械，保证能满足材料的运输、装卸、整平、压实各个工序紧密衔接，形成连续作业线。保证路基施工中采用全幅全断面施工的方法，对有保通要求公路的路段必须设计修筑保通便道，路基未成形之前社会车辆不得通行。步骤二 石料要求洁净，无风化、水锈、裂纹，耐冻，无级配，不符合要求的石料不得进入施工现场，对合格的石料按设计文件中对粒径的要求进行破碎。破碎后再进行筛选，不要刻意挑选单一粒径，符合设计要求即可，将不符合要求的小碎石作为片块石层上的找平填料，最大限度的利用，减少废弃量。进行石料破碎筛选，片块石层9的片块石粒径为15 30cm，长细比小于3，片块石强度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石过渡层4的碎石粒径为5 IOcm0步骤三在地面填筑一层土拱11，自路基中心向外设坡度为2%的排水横坡，地面为斜坡时土拱11为单面坡，地面为平坡时土拱11为人字坡。坡脚处填层厚度术0. 3 m, 密实度按基床以下填料要求控制，平整度按路基要求控制。步骤四在土拱的基底冲击碾压和填筑30cm的砂砾下垫层5，砂砾下垫层5部分冲击碾压在地面线以下，在砂砾下垫层5上方填筑0. 9m 1. 5m厚的片块石层9，片块石层 9上部用20cm厚的碎石过渡层4整平，其上再填筑30cm厚的砂砾上垫层2，砂砾上垫层2 与碎石过渡层4间铺设透水土工布3，砂砾上垫层2上部布设塑钢材质的土工格栅1，最后采用重型振动压路机压实。片块石路基边坡进行必要防护，并保证路基两侧排水顺畅不产生淤积。填筑采用倾填方式，自卸载重汽车、推土机、挖掘机配合进行作业，并一次填筑到设计高度，边坡采用片块石人工码砌，石料用机械整平，个别部位人工用小石块找平。投料时不得损坏边部已经码砌的石料，对于损坏的要及时修复。填料时采取先低后高，先两侧后中央的投料方式进行。片块石路基的压实采用重型振动压路机，直线路段先两侧后中间，曲线段先内侧后外侧，进行反复碾压，碾压遍数不少于6 8次，碾压的纵向行与行之间重叠0. 5m，前后相邻区段重叠an以上。压实应均勻，按设计要求控制密实度，保证其平整度和稳定性。压路机的线压力应与片石的抗压强度极限相匹配，避免使片石破碎和挤压破坏骨架结构。压路机的线压力是指其单位线载荷，对于片块石来讲，其抗压强度极限只能允许一定的线压力，否则片块石会出现破碎和挤压，破坏骨架结构。常用几种石料的抗压强度极限及允许的线载荷见表1。表1几种石料的抗压强度极限
权利要求
1.冻土区高速公路片块石通风路基，其特征在于所述的冻土区高速公路片块石通风路基自下而上依次为砂砾下垫层(5)、片块石层 (9)、碎石过渡层(4)、透水土工布(3)、砂砾上垫层(2)和土工格栅(1)； 其中砂砾下垫层(5)部分冲击碾压在地面线以下。
2.根据权利要求1所述的冻土区高速公路片块石通风路基，其特征在于 所述的砂砾下垫层(5)的厚度为30cm ；所述的片块石层(9)的厚度为0. 9m 1.5m; 所述的碎石过渡层(4)的厚度为20cm ； 所述的砂砾上垫层(2)的厚度为30cm。
3.根据权利要求1或2所述的冻土区高速公路片块石通风路基，其特征在于所述的片块石层(9)的片块石粒径为15 30cm，长细比小于3，片块石强度大于 30MPa，空隙率不小于25% ；所述的碎石过渡层(4)的碎石粒径为5 10cm。
4.根据权利要求3所述的冻土区高速公路片块石通风路基，其特征在于所述的冻土区高速公路片块石通风路基的一侧设置水平的护坡道(7)，护坡道(7)外侧设置排水沟(8)。
5.冻土区高速公路片块石通风路基的施工方法，其特征在于 由以下步骤实现步骤一按照施工设计图纸进行测量放线，标出路线的边线，填筑范围，做好永久和临时的排水工作；步骤二 进行石料破碎筛选，片块石层(9)的片块石粒径为15 30cm，长细比小于3， 片块石强度大于30MPa，空隙率不小于25% ；碎石过渡层(4)的碎石粒径为5 IOcm ； 步骤三在地面填筑一层土拱(11)，自路基中心向外设坡度为2%的排水横坡； 步骤四在土拱的基底冲击碾压和填筑30cm的砂砾下垫层(5)，砂砾下垫层(5)部分冲击碾压在地平线以下，在砂砾下垫层(5)上方填筑0. 9m 1.5m厚的片块石层(9)，片块石层(9)上部用20cm厚的碎石过渡层(4)整平，其上再填筑30cm厚的砂砾上垫层(2)，砂砾上垫层(2)与碎石过渡层(4)间铺设透水土工布(3)，砂砾上垫层(2)上部布设塑钢材质的土工格栅(1 )，最后采用重型振动压路机压实。
6.根据权利要求5所述的冻土区高速公路片块石通风路基的施工方法，其特征在于 步骤三中，地面为斜坡时土拱(11)为单面坡，地面为平坡时土拱(11)为人字坡。
7.根据权利要求6所述的冻土区高速公路片块石通风路基的施工方法，其特征在于 步骤四中，片块石层(9)填料时采取先低后高，先两侧后中央的投料方式进行。
8.根据权利要求7所述的冻土区高速公路片块石通风路基的施工方法，其特征在于 步骤四中，片块石路基的压实采用重型振动压路机，直线路段先两侧后中间，曲线段先内侧后外侧，进行反复碾压，碾压遍数不少于6 8次，碾压的纵向行与行之间重叠0. 5m，前后相邻区段重叠an以上。
全文摘要
本发明涉及一种冻土区高速公路片块石通风路基及其施工方法。冻土路基热融沉陷引发的路基纵向开裂、沥青路面下路基尺寸效应等，严重影响工程安全和寿命。本发明在土拱基底冲击碾压和填筑30cm砂砾下垫层，砂砾下垫层部分冲击碾压在地面线以下，在砂砾下垫层上填筑0.9m～1.5m厚的片块石层，片块石层上部用20cm厚的碎石过渡层整平，其上填筑30cm厚的砂砾上垫层，砂砾上垫层与碎石过渡层间铺设透水土工布，砂砾上垫层上部布设塑钢材质的土工格栅，逐层采用重型振动压路机压实。本发明能减小多年冻土路基融化及冻土路基发生的不均匀变形，减小气候变暖和人为工程活动对多年冻土路基特性的影响，提高路基结构的安全性和稳定性。
文档编号E01C3/06GK102433814SQ201110448828
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘戈, 朱东鹏, 李金平, 樊凯, 符进 申请人:中交第一公路勘察设计研究院有限公司