CN104594149A - 一种冻土层公路结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计公路施工技术领域，尤其是一种冻土公路结构，包括从下至上依次层叠的冻土层、带通孔的路基层和路面层；以及若干根水泥立柱，所述水泥立柱分散安插于所述冻土层上，并穿过所述路基层的通孔、插入所述路面层中；所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合。本发明还提供这种冻土公路的施工方法。本发明采用镁水泥材料与竹筋等材料有很好的和易性，在路基与路面之间设置镁水泥竹筋立柱，使其起到支撑作用，冻土区道路将在结构设计上很好的体现抗冻防护效果。具有优良的抗冻和抗折双重性能。

Description

一种冻土层公路结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及公路施工技术领域，尤其是对冻土公路的结构和施工方法。

背景技术

季节性冻土地区冬季公路因路基冻胀使路面产生不均匀的隆起，冻土的冻胀融沉致使路面破坏程度加重，严重的会导致路面开裂。季节性冻土地区公路抗冻是世界范围内的普遍性问题，至今没有提出较为理想的抗冻公路解决办法。目前解决季节性冻土地区公路抗冻的方案为增加路基厚度、增厚路面、路基回填，材料中增加防冻剂等。这些方案既没有完全解决公路抗冻的要求，而且经济要求也往往比较高。

多年冻土是道路工程最大难关，冻土对温度极为敏感，对道路的修建有非常大的影响。在冻结的状态下，冻土就像冰一样，随着温度的降低体积发生膨胀，建在上面的路基和路面会被它顶起来。到了夏季，冻土发生融化，体积缩小，路面也就随之降下去。冻土的反复冻结、融化交替出现，就会造成路基严重变形，整个路面出现高低不平，甚至扭绞成麻花状，影响正常通车。

中国的多年冻土分布面积广泛,季节性冻土约占国土面积的53.5％，尤其以青藏高原高海拔冻土为代表,区内生态环境脆弱,工程环境对冻土稳定性影响大,导致冻土环境不稳定并带来严重的工程病害。高原冻土温度高，太阳辐射强烈，昼夜温差大，在全球气候变暖背景下，冻土退化响应明显加快，冻土环境不稳定，极易受工程等人为因素破坏。

保护冻土原则是冻土区筑路采用的主要设计原则可根据两种原理来实施保护冻土原则：一是根据保温原理,即通过增加热阻增加路堤高度、使用保温材料,使路堤下冻土上限不变或上升,以保护冻土,从而保证路堤的稳定；二是根据降温原理,即通过改变路堤的结构和材料,调控与外界的热交换条件,使路堤下冻土在一年内的放热量大于吸热量,以降低冻土温度,达到保护冻土的目的。

虽然保护冻土原则采用热棒、保温法、碎石路基、碎石护坡等措施都能较好的达到保护冻土的目的。但是在冻土区道路修建设计中，往往还需尽量绕避不良冻土现象发育的地段，遇到高温极不稳定的厚层地下冰冻土地段，采取“以桥梁通过”的办法。施工中，采用片石通风路基、片石通风护道、通风管路基、热棒、铺设保温板等多项措施，需要增加多项复杂的工程量和材料投入量。

对于冻土区筑路方式，沥青路面吸热，相当于在冻土上加了吸热器，公路病害不断出现，道路寿命缩短，路基稳定性变差，正是冻土不能“自由呼吸”的反馈。而普通水泥混凝土公路普遍采用增加公路的设计尺寸或增加材料的方法。增加设计尺寸的方法是增加路基厚度、路面厚度、路基回填抗冻材料等。增加材料的方法是在普通水泥混凝土中加入防冻剂，或者直接用成本高的特种硅酸盐水泥。这两种方式方法都不同程度的增加了施工的难度和提高了抗冻公路的成本，而且大多抗冻公路的性能达不到指标。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明着眼于新的设计方案结合氯氧镁水泥材料，从设计和材料上提高季节性冻土地区公路的抗冻性能的同时能够有效降低筑路施工量和经济成本。

本发明的冻土公路结构，包括从下至上依次层叠的冻土层、带通孔的路基层和路面层；以及若干根水泥立柱，所述水泥立柱分散安插于所述冻土层上，并穿过所述路基层的通孔、插入所述路面层中；所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合。

进一步地，所述通孔孔径与所述水泥立柱的直径相差0.2～20mm。

进一步地，所述水泥立柱是由固化后的水泥混凝土以及分散于所述水泥混凝土中的水泥筋构成；所述水泥筋纵轴与所述水泥立柱纵轴平行，所述水泥筋数目与所述水泥立柱的直径比为1～10根:5cm～50cm。

进一步地，每条水泥筋是由1～10条竹筋捆扎而成。所述水泥混凝土的材质为镁水泥混凝土。两者结合构成镁水泥竹筋水泥立柱。

进一步地，所述水泥立柱分布于所述冻土层、路基层、路面层中的部分分别占所述水泥立柱总长度的25～50％、30～60％，5～25％。

本发明还提供一种冻土层公路的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：将若干根水泥筋分散于水泥混凝土中，待水泥混凝土固化后获得水泥立柱；其中，所述水泥筋纵轴与所述水泥立柱纵轴平行，所述水泥筋数目与所述水泥立柱的直径比为1～10根:5cm～50cm；

步骤二；将所述水泥立柱安插于所述冻土层中，在所述水泥立柱上、对应路基层的部分包覆一隔离层；

步骤三，在所述步骤二的冻土层表面铺设路基层后，去除所述隔离层，使所述路基层上形成与所述水泥立柱对应的通孔；所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合；

步骤四：在所述路基层上浇注路面层，使所述水泥立柱不凸出于所述路面层表面。

进一步地，所述通孔孔径与所述水泥立柱的直径相差0.2～20mm。

进一步地，每条水泥筋是由1～10条竹筋捆扎而成。所述水泥混凝土的材质为镁水泥混凝土。两者结合构成镁水泥竹筋水泥立柱。

进一步地，所述水泥立柱分布于所述冻土层、路基层、路面层中的部分分别占所述水泥立柱总长度的25～50％、30～60％，5～25％。

进一步地，所述步骤二、步骤三替换为：

步骤Ⅱ；在所述冻土层表面铺设路基层；在所述路基层上钻通孔并延伸入所述冻土层中，所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合；

步骤Ⅲ，将所述水泥立柱穿过所述通孔安插于所述路基层、冻土层中。

有益效果：

本发明的冻土层公路结构，简单、稳定、施工工艺简单，能广泛适用于冻土区域的公路施工。本发明配料方便、取材容易、不需要大量工程设计费用等，经济价值比较高。

本发明采用镁水泥材料与竹筋等材料有很好的和易性，在路基与路面之间设置镁水泥竹筋立柱，使其起到支撑作用，冻土区道路将在结构设计上很好的体现抗冻防护效果。具有优良的抗冻和抗折双重性能。

附图说明

图1为本发明实施例1的水泥立柱结构示意图。

图2为本发明实施例1安插有水泥立柱的路基层、冻土层结构示意图。

图3为本发明的冻土层公路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。

本发明提供一种冻土层公路结构，如图3所示，其包括从下至上依次层叠的冻土层120、带通孔的路基层130和路面层140；以及若干根水泥立柱110，所述水泥立柱110分散安插于所述冻土层120上，并穿过所述路基层130的通孔、插入所述路面层140中；所述水泥立柱110与所述通孔之间间隙配合。

所述水泥立柱110分布于所述冻土层120、路基层130、路面层140中的部分分布占所述水泥立柱110总长度分别为25～50％、30～60％，5～25％。

下面将着重介绍这种冻土公路结构的施工方法。

实施例1

本实施例提供一种冻土层120公路的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：

(1)准备原料。

首先，本实施例采用的水泥混凝土是氯氧镁水泥混凝土(简称镁水泥)。这种镁水泥是以一定浓度氯化镁溶液拌合氧化镁粉而形成的气硬性胶凝材料，主要水化产物是氯氧化镁[Mg3(OH)5Cl·4H2O]及Mg(OH)2。镁水泥是由氧化镁(MgO)、氯化镁(MgCl2)及水混合而成气硬性胶凝材料，与普通水泥不同的是：普通水泥直接拿来可以用，而镁水泥要购得其原材料氧化镁、氯化镁后现场与一定量的砂、石调配产生性能合适的镁水泥混凝土。获得的镁水泥具有强度高、胶凝性能强、耐久性强、快速固化，以及养护容易等优点。原料来源：氧化镁普遍选用东北轻烧氧化镁粉，或其它含氧化镁的原料，水氯镁石容易取自青海察尔汗盐湖)。

镁水泥以氯化镁为调和剂(氧化镁：氯化镁：水＝7:1：15)，而氯化镁属于抗冻剂氯盐。因此，镁水泥具有了自然的抗低温性能，尤其在青海等西部地区以白云石为原料的镁水泥基胶凝材料修建抗冻公路，不需要外加防冻剂，可从材料上解决季节性冻土地区公路的抗冻性能，实现资源就近利用的同时降低抗冻公路的经济成本。

然后，将4根竹子捆扎成一把，作为一条水泥筋111。每根竹子成片状结构，其剖面为1～3mm×5～10mm。竹子材料资源丰富且成本低廉，具有广泛应用价值。当然，本发明的水泥筋111材质不限于此，也可以采用其他具有高抗折性能的材料作为筋材。

(2)将5条水泥筋111分散于所述水泥混凝土中，待水泥混凝土固化后获得直径范围为25cm、长度约为200cm的水泥立柱110，如图1所示。其中，为使得水泥立柱110达到最佳的支撑效果，所述水泥筋111纵轴与所述水泥立柱110纵轴平行。这种镁水泥混凝土与竹子扎成的把水泥筋111结合良好，能够达到高抗折强度的柱子的要求。

步骤二；在所述冻土层120上打孔，将所述水泥立柱110竖直安插于所述冻土层120中。

然后在露出冻土层120的水泥立柱110对应路基层130的部分包覆一隔离层。本实施例的隔离层作用是使得路基层130与水泥立柱110之间活动套接，故此实现该功能作用具有多种方式，例如，采用合适孔径的PVC管道预先套住水泥立柱110。其中，为了使得路基层130与水泥立柱110之间可形成间隙过渡，控制PVC管的内径与外径差在0.1～10mm范围内。

步骤三，在安插有水泥立柱110的冻土层120表面铺设路基层130，路基层130厚度要按修路当地地质条件进行决定，本实施例中的路基层厚度为70～80cm。由于在水泥立柱110表面已经预先套上了隔离层，路基层130与水泥立柱110之间可形成间隙过渡。待所述路基层130完成铺设后去除所述PVC管，使所述路基层130上形成与所述水泥立柱110对应的通孔；所述水泥立柱110与所述通孔之间间隙配合，如图2所示。

步骤四：最后在所述路基层130上直接浇注路面层140，本实施例中的路面层140厚度为20～25cm。水泥立柱110的上端可以在路面层140里面，也可以与路面层140表面平行，即优选使所述水泥立柱110不凸出于所述路面层140表面。

此时水泥立柱110良好地结合路面内部，两者之间形成整体，整个过程中水泥立柱110起到了支撑路面层140、联通路基层130与冻土层120的作用。如图3所示。待所述路面层140固化后获得所述的冻土层公路结构。为达到最佳的稳定支撑效果，所述水泥立柱110分布于所述冻土层120、路基层130、路面层140中的部分分布占所述水泥立柱110总长度的25～60％、30～60％，5～25％为佳。

本实施例的水泥立柱110埋于路基层130下方冻土层120中并穿过路基层130，水泥立柱110与路基层130形成一定的间隙，间隙的范围0.1mm-10mm，便于路基层130能通过水泥立柱110上下具有一定的移动性。

路基层130、路面层140材料可以为普通水泥，也可以为镁水泥混凝土材料。本实施例的水泥立柱110与多种材料具有很好的和易性。以此实施例形成的道路由于有水泥立柱110的作用，从结构上具有一定的抗冻性。夏天冻土层120解冻其体积缩小，路基层130随着冻土层120有一定的下沉距离。由于水泥立柱110与路基层130之间具有一定的间隙，此时的水泥立柱110仍然可以起到支撑路面层140的作用，使路面层140不至于下沉，保持路面平整度。冬天冻土层120冰冻，体积膨胀，路基层130随之上升与路面层140完全贴合，因为路面层140与路基层130之间具有一定间隙，因此上升的路基层130不至于完全使路面层140隆起。

实施例2

本实施例的步骤一中，将10根竹子捆扎成一把，作为一条水泥筋111。再将10条水泥筋111分散于所述镁水泥混凝土中，待水泥混凝土固化后获得直径范围为50cm、长度约为200cm的水泥立柱。

本实施例与实施例1突出的不同之处在于：采用其他方法手段实现水泥立柱与路基层能间隙过渡，形成活动套接。即所述步骤二、步骤三替换为：

步骤Ⅱ；在所述冻土层表面先铺设路基层。然后在路基层上需要安插水泥立柱的地方直接钻通孔。所钻通孔穿过路基层并延伸入所述冻土层中，用于水泥立柱的安插。其中，为了使得所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合，通孔的孔径与水泥立柱的直径差为0.2～20mm。

步骤Ⅲ，再将所述水泥立柱穿过所述通孔安插于所述路基层、冻土层中。

最后再在路基层上浇注路面层。

其他步骤或细节参阅实施例1所述。

Claims (10)

1.一种冻土公路结构，其特征在于，包括从下至上依次层叠的冻土层、带通孔的路基层和路面层；以及若干根水泥立柱，所述水泥立柱分散安插于所述冻土层上，并穿过所述路基层的通孔、插入所述路面层中；所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合。

2.根据权利要求1所述冻土公路结构，其特征在于，所述通孔孔径与所述水泥立柱的直径相差0.2～20mm。

3.根据权利要求1所述冻土公路结构，其特征在于，所述水泥立柱是由固化后的水泥混凝土以及分散于所述水泥混凝土中的水泥筋构成；所述水泥筋纵轴与所述水泥立柱纵轴平行，所述水泥筋数目与所述水泥立柱的直径比为1～10根:5cm～50cm。

4.根据权利要求3所述冻土公路结构，其特征在于，每条水泥筋是由1～10条竹筋捆扎而成；所述水泥混凝土的材质为镁水泥混凝土。

5.根据权利要求1所述冻土公路结构，其特征在于，所述水泥立柱分布于所述冻土层、路基层、路面层中的部分分别占所述水泥立柱总长度的25～50％、30～60％，5～25％。

6.一种冻土层公路的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将若干根水泥筋分散于水泥混凝土中，待水泥混凝土固化后获得水泥立柱；其中，所述水泥筋纵轴与所述水泥立柱纵轴平行，所述水泥筋数目与所述水泥立柱的直径比为1～10根:5cm～50cm；

步骤二；将所述水泥立柱安插于所述冻土层中，在所述水泥立柱上、对应路基层的部分包覆一隔离层；

步骤三，在所述步骤二的冻土层表面铺设路基层后，去除所述隔离层，使所述路基层上形成与所述水泥立柱对应的通孔；所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合；

步骤四：在所述路基层上浇注路面层，使所述水泥立柱不凸出于所述路面层表面。

7.根据权利要求6所述冻土层公路的施工方法，其特征在于，所述通孔孔径与所述水泥立柱的直径相差0.2～20mm。

8.根据权利要求6所述冻土层公路的施工方法，其特征在于，每条水泥筋是由1～10条竹筋捆扎而成；所述水泥混凝土的材质为镁水泥混凝土。

9.根据权利要求6所述冻土层公路的施工方法，其特征在于，所述水泥立柱分布于所述冻土层、路基层、路面层中的部分分别占所述水泥立柱总长度的25～50％、30～60％，5～25％。

10.根据权利要求6所述冻土层公路的施工方法，其特征在于，所述步骤二、步骤三替换为：

步骤Ⅱ；在所述冻土层表面铺设路基层；在所述路基层上钻通孔并延伸入所述冻土层中，所述水泥立柱与所述通孔之间间隙配合；

步骤Ⅲ，将所述水泥立柱穿过所述通孔安插于所述路基层、冻土层中。