一种穿越多年冻土区路基基底处治结构及其施工方法与流程

本发明涉及道路工程施工，特别是一种穿越多年冻土区路基基底处治结构及其施工方法。

背景技术：

1、我国多年冻土面积约占国土面积的21.5％，主要分布在青藏高原地区，是全球高海拔多年冻土唯一集中连片分布地区。由于高寒高海拔区气候条件恶劣、地质灾害多发，生态环境脆弱，且冻土中冰和水的存在，导致其性质极其复杂，地表一定深度范围的土体经受反复的冻融循环，其强度和地基承载力已大大降低，不能满足公路建设需求。

2、在多年冻土区，路基的稳定性主要取决于地基的稳定性和多年冻土的稳定性，冻土区软弱基底处理不仅要提高基底承载力而且要最大限度的维持冻土的稳定性，以防多年冻土退化而引起路基冻胀、融沉、翻浆等，进而导致路面开裂、沉陷等病害。传统的基底换填、提高路基填筑高度，虽解决了地基承载力问题，但没有采取有效措施维持冻土稳定性；而采用片石通风路基、通风管路基等，不仅施工质量控制难度大，而且建设成本高，且无法解决地基强度低的问题。

3、因此，为解决多年冻土区的公路路基基底软弱和冻土稳定性问题，亟待出现一种穿越多年冻土区路基基底处治结构及其施工方法，以提高路基地基承载力，减少热能量向多年冻土区的传递，维持冻土内部的温度稳定，防止地表水进入冻土内部，预防多年冻土地区的路基冻胀、融沉等病害，延长路基路面使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种穿越多年冻土区路基基底处治结构及其施工方法，以克服冻土区路基基底软弱而产生的沉降、冻胀、融沉等质量病害，并延长路基路面使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种穿越多年冻土区路基基底处治结构，包括钢波纹板开挖支护系统、基底换填层、封闭层、xps保温隔热板、路基填筑层、坡脚排水沟、地下测温系统以及挡水埝。

3、根据上述技术方案，优选的，所述钢波纹板开挖支护系统包括钢立柱和钢波纹板，所述钢立柱内径为φ50mm，壁厚4.5mm；所述钢波纹板尺寸为300cm×60cm。

4、根据上述技术方案，优选的，所述基底换填层采用天然砂砾进行换填，天然砂砾粒径大于0.5mm的粗集料要求占50％以上，最大粒径不大于压实厚度的0.7倍，粒径小于0.075mm的细集料含量应小于15％，含泥量不大于3％。

5、根据上述技术方案，优选的，所述封闭层采用黏土封闭，厚度为30～50cm，铺设在基底换填层的天然冻土上限线位置，采用振动压路机碾压密实。

6、根据上述技术方案，优选的，所述xps保温隔热板设置两层，第一层铺设在黏土封闭层表面，第二层铺设在基底换填层表面，即原地面线处。

7、根据上述技术方案，优选的，所述基底天然砂砾换填层换填区域为挖除不良冻土的长度、宽度和高度，分层回填、分层压实。

8、根据上述技术方案，优选的，所述地下测温系统采用地下专用温度传感器，分别埋设在基底换填层的不同深度范围内。

9、根据上述技术方案，优选的，所述坡脚排水沟为浅碟形，排水沟底部和两侧铺设水泥毯，防止地表水下渗。

10、本发明还公开了一种穿越多年冻土区路基基底处治结构的施工方法，包括如前所述的一种穿越多年冻土区路基基底处治结构，还包括以下步骤：

11、s1、根据工程地质勘察报告，确定多年冻土路基的天然上限深度；

12、s2、以冻土天然上限深度以下50cm为界限，确定挖除冻土换填深度，以路基边坡排水沟外侧50cm为宽度界限，将界限范围内所有冻土挖除，并运输至弃土场存放；

13、s3、挖除冻土前采用打桩机，将钢立柱沿预开挖边部从原地表打入地下冻土层，立柱嵌入冻土天然上限以下1.5m，露出原地表0.5m；

14、s4、随着开挖深度的逐步深入，将钢波纹板与立柱进行焊接，逐层开挖逐层支护，对两侧护壁起到支撑防护作用，最底处钢波纹板埋入冻土天然上限以下1.0m；

15、s5、测量放样出温度计的埋设位置，埋设地下测温系统，并将导线穿入细钢管进行保护，随着回填层逐步引出至地表安全位置；

16、s6、基底换填层采用天然砂砾，分层填筑、分层压实，填筑厚度宜控制在30cm以内，以确保换填层压实质量；

17、s7、步骤s5与步骤s6交叉施工，当基底换填填筑至冻土天然上限线时，填筑黏土封闭层，厚度为30～50cm，采用平地机平整，振动压路机碾压密实后，铺设第一层xps保温隔热板；

18、s8、第一层xps保温隔热板铺设完毕后，继续填筑天然砂砾至原地面线，填筑、压实工艺同步骤s5，再铺设第二层xps保温隔热板；

19、s9、继续原地面以上路基填筑施工，路基填筑采用与基底换填同样的天然砂砾，分层填筑、分层压实；

20、s10、路基填筑完成后，在两侧坡脚分别开挖浅碟形排水沟，并铺设水泥毯，防止地表水下渗；在钢波纹板支护外侧原地表培筑挡土埝，拦截地表水进入路基范围内。

21、优选的，所述基底冻土开挖换填宜选择在冬季进行，开挖一段，支护一段，换填一段。

22、优选的，所述钢立柱纵向每隔3m设置一根，柱与板之间采用焊接连接，板与板设置连接孔，孔径为φ22mm，螺栓为m20×65。

23、优选的，所述xps保温板尺寸统一采用240cm×120cm×6cm，错缝拼接方式铺设，板材定制时要求有搭接口，每一处按厚度6cm两层错位布置。其压缩强度不小于250kpa，绝热性能：导热系数25℃条件下≤0.03w(m·k)、10℃条件下≤0.028w(m·k)、-30℃条件下≤0.026w(m·k)；热阻(厚度25mm，平均温度)25℃条件下≤0.83(m2·k)/w、10℃条件下≤0.89(m2·k)/w、-30℃条件下≤0.92(m2·k)/w；吸水率(浸水96h)≤1.0％；

24、优选的，所述地下测温系统分别埋设在基底换填层的不同深度位置，施工至相应层位时埋设温度传感器。温度传感器布设纵向每隔20m一个断面埋设，同一断面分别在路线中线、偏距5m、10m、15m左右两侧分别埋设，深度范围从基底换填层往上每隔100cm埋设一个，定期监测地下温度。为防止温度传感器的导线受到破坏，将导线穿入细钢管中进行保护，引出地表固定位置。

25、本发明的技术效果和优点：

26、1、本发明公开的一种穿越多年冻土区路基基底处治结构，采用钢波纹板开挖支护系统，施工简单，安全性高，能防止冻土层在挖除过程中侧壁坍塌，起到支护作用，避免发生安全事故；多年冻土区生态环境较为脆弱，冻土开挖过程中能起到边界阻挡作用，减少对红线以外的环境破坏，对生态环境影响小。

27、2、本发明采用xps保温隔热板辅助设置黏土封闭层、水泥毯，第一层xps保温隔热板能有效地阻止大气温度、地表温度向地下的热传递，减小地基土温度变化，也能起到水泥毯的作用，防止地表融雪水向地下渗透，保证多年冻土路基基底不受地表水的侵蚀；第二层xps保温隔热板进一步阻止热能量向地下传递，维持多年冻土内部的温度稳定，能有效减少路基冻胀与融沉。

28、3、本发明采用地下测温系统能随时监测地下冻土不同深度和位置的温度变化，收集相关数据，即使出现少量冻土融沉病害也能为处治冻土病害提供依据，同时为后续冻土工程提供相关资料。

29、4、本发明通过关键技术的控制，一是能有效阻止热能量向冻土的传递，继续维持冻土内部的温度稳定，二是防止地表水进入冻土内部，为冻土创造条件；能有效防治多年冻土地区的路基冻胀、融沉等病害，实现公路病害预防，提高路基稳定性与耐久性，直接增强了寒区冻土路基的服役性能。