CN106676987A - 多年冻土区高速公路片块石‑通风板复合路基的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多年冻土区高速公路片块石‑通风板复合路基的施工方法，首先进行片块石备料，底垫层检测合格后，一次性倾填片块石，填筑整型、找平填塞，静压碾压；在片块石上填筑碎石，整平静压碾压，在碎石层上铺设透水土工布，透水土工布上方铺筑砂砾垫层及土工格栅，完成路基施工；路基顶面铺设高强隔水薄膜，安装通风板的浇筑模板，制作钢筋网并设置横向的PVC通风管，完成浇筑，顶部拉毛处理后，养生、脱模。本发明能达到降低片块石路基顶面温度，加强其内部对流换热效果，片块石层上部增设通风板后，由于通风作用，片块石层上部温度降低，增加了片块石层顶部和底部的温差，加强其对流换热作用。

Description

多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法

技术领域

本发明涉及一种路基施工方法，具体涉及一种多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法。

背景技术

多年冻土区公路建设对路基的热扰动较为强烈，由于路基的修建，改变了冻土的水热状况，引起水热的重分布，导致多年冻土的退化进程加快。防止路基产生较大的变形，确保路基强度和稳定性，是公路工程建设的关键。公路路基下部的多年冻土上限的下降所造成的不均匀沉陷是道路破坏的最主要方式，以前处理这些路基病害时，设计方案上存在过分依赖增加热阻保护冻土的指导思想，并且冻土工程的治理手段也比较单一。国内外大量的工程实践证明，增加热阻的措施，如增加路堤高度和采用保温材料，虽能够延缓多年冻土的融化，但不能从根本上改善路基逐年热储增加的趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，适用于富冰、饱冰冻土段的路基冻土保护。

本发明所采用的技术方案为：

多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：采取小洞室爆破方案爆破出石料，先采用挖掘机进行初选，再进行小解或采用冲击气锤分解，将初选后的石料用装载机装运至振动喂料机进行筛分；

步骤二：底垫层检测合格后，一次性倾填片块石，人工配合挖掘机进行片块石路基整形，边填筑边整型；

步骤三：利用破碎锤对超粒径的片块石进行破碎和大体整平，后人工用小石块找平，并使用小石块将表面孔隙进行人工填塞；

步骤四：采用重型光轮压路机先静压2遍，然后强振碾压6-8遍；

步骤五：在片块石上全宽范围内填筑碎石，人工配合推土机整平；先用重型压路机静压1遍，然后采用三边压路机进行冲击碾压补强，冲击碾压遍数不少于25遍；冲击碾压后再整平，重型压路机静压1遍；在碎石层上铺设透水土工布；

步骤六：透水土工布上方铺筑砂砾垫层及土工格栅，完成路基施工；

步骤七：路基顶面铺设一层高强隔水薄膜，安装通风板的浇筑模板，包括横向的端模板和两侧纵向的带孔板；在模板范围内制作钢筋网并设置横向的PVC通风管，PVC通风管端部插入带孔板的孔洞中；之后完成浇筑；

步骤八：浇筑后在通风板顶部采用钢丝刷进行拉毛处理，之后养生、脱模。

步骤一中，挖掘机初选时将大于30cm的片块石挑出来，，振动喂料机筛分时将小于15cm石块筛除。

步骤二中，填筑整型时，路堤边坡坡脚采用粒径大于25cm的石料堆砌。

步骤七中，PVC通风管为管节拼接组成，管节与管节之间下插短钢筋，插入砂砾垫层。

步骤七中，横向每两块通风板、纵向每10块通风板设置一道施工缝，采用塑料板或沥青麻絮填塞。

步骤七中，PVC通风管底部设置有限位垫块，管节对接时采用短接头连接。

本发明具有以下优点：

本发明的片块石-通风板路基，在片块石层顶部铺设长宽高为6m*1m*0.3m的通风板（采用C30钢筋混凝土预制或现浇而成），其上布置3个直径为0.2m的通风孔，能达到降低片块石路基顶面温度，加强其内部对流换热效果。

片块石路基宽度从10m增加至12.5m时，其对流换热降温效果将有所削弱。片块石层上部增设通风板后，由于通风作用，片块石层上部温度降低，增加了片块石层顶部和底部的温差，加强其对流换热作用。

附图说明

图1为通风板结构图。

图2为路基结构图。

图3为通风板现浇平面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

一、片块石—通风板路基的工作原理

片块石-通风板路基是指在片块石层顶部铺设长宽高为6m*1m*0.3m的通风板（采用C30钢筋混凝土预制或现浇而成），其上布置3个直径为0.2m的通风孔，以达到降低片块石路基顶面温度，加强其内部对流换热效果。片块石路基宽度从10m增加至12.5m时，其对流换热降温效果将有所削弱。片块石层上部增设通风板后，由于通风作用，片块石层上部温度降低，增加了片块石层顶部和底部的温差，加强其对流换热作用。

二、片块石-通风板路基适用条件

片块石-通风板路基适用于路基高度大于3.5m，且路基纵向填土高度差别不大的富冰、饱冰冻土段。

三、片块石-通风板路基结构

在基底处理完成后，先填筑1.2m～1.5m片块石通风路基，其上依次设置0.2m厚碎石整平层、土工布、0.2m厚砂砾垫层、土工格栅等附属结构。设置通风板一方面可以加强路基与外界的热量交换，另一方面可以增大片块石层底面和片块石层顶面间温度梯度，增强片块石层内空气的自然对流，因此，通风板的埋设位置宜尽可能的靠近片块石结构层，即铺筑于0.2m厚的砂砾垫层顶面。

然而公路路基某一断面路基填土高度受原地面标高和设计标高控制，并随着纵向不断变化，若通风板铺设于片块石的砂砾垫层顶面，通风板的铺筑宽度也会随着纵向不断变化，不但加大了施工难度，而且也不美观。因此，设计要求通风板埋设在路面顶面下某一固定位置，并规定单个通风板横向长度（横向长、纵向宽、竖向高别为6m*1m*0.3m）。

四、片块石-通风板路基现浇施工工艺

4.1 下部片块石的施工工艺

1、基本要求

在施工片块石路基前应对底垫层检测，底垫层的厚度、宽度、路拱、弯沉和压实度等应满足设计要求。自然爆破后的片块石材料，应在石料场经过进一步筛选、破碎，满足粒径要求后再运至工地。石料严禁运至路基上再破碎。

片块石材料应洁净，无风化，粒径范围15～30cm，粒径大于30cm的石料不得超过5%（重量比）。片块石最小边长宜大于15cm，长细比小于3。片块石饱水抗压强度≥30MP。

2、施工工艺

（1）备料

片块石粒径的控制，直接影响着通风效果，由于在施工现场控制片块石粒径效果较差，只能在采石场控制片块石质量。从爆破环节开始着手，采用振动喂料机筛选石料新工艺，合理配置生产机具，加快片块石的筛分选料速度。

采取小洞室爆破方案，通过合理选择爆破施工的各项技术参数，取得良好的爆破效果，对片块石粒径进行初步控制。

选料是控制片块石质量的关键。爆破出的石料，先采用挖掘机进行初选，将大于30cm的片块石挑出来，进行小解或采用冲击气锤分解，将初选后的石料用装载机装运至振动喂料机进行筛分。

在采石场搭建筛分台，筛分台采用工字钢搭建，120工字钢9m,按照15cm间距布置。坡度为1:1,台下净空满足装载机作业要求。

利用振动喂料机将小于15cm石块筛除，筛分出的片块石即可达到粒径要求。

表1为采石场生产片块石机具配置表：

根据现场统计分析，PC200挖掘机每台班可选料400-450m³，采石场在配置1套筛分平台，1台冲击锤（可由PC200挖掘机改装），7-8台挖掘机选料的情况下每日可选料3500m³。满足了质量和工期要求。

（2）填筑

底垫层检测合格后，将满足粒径及强度的片块石一次倾填至预留高度（设计高度+预留压实沉降量）。预留压实沉降量应根据不同的材料性质通过现场压实试验确定。施工时，提前安排好运输路线，专人指挥，采取先低后高，先两侧后中央的投料方式进行。

人工配合挖掘机进行片块石路基整形，边填筑边整型，路堤边坡坡脚采用粒径大于25cm的石料堆砌，边码堆砌的块石粒径宜选择20-30cm,不允许粒径≤10cm的片块石填塞缝隙，边坡外露面应做到平整、稳固。施工过程中注意防止挖掘机将底部土体带起，以免影响通风。

（3）整平

利用破碎锤（可由挖掘机改装）对超粒径的片块石进行破碎和大体整平，后人工用小石块找平，粒径控制在5～10cm，并使用小石块将表面孔隙进行人工填塞，填塞后不得有明显可见的较大孔隙。

（4）碾压

找平、填塞完成后，采用重型光轮压路机（25t以上）先静压2遍，然后强振碾压6-8遍。压路机的线压力应与片块石的极限抗压强度匹配，避免造成石料破碎而破坏骨架结构。碾压速度控制在2-4km/h。直线路段应先两侧后中间，曲线段应先内侧后外侧，碾压的纵向行与行之间应重叠0.5m左右，前后相邻区段应重叠2m以上。

碎石封层施工前，先在施工后的片块石两侧边坡铺设彩条布，彩条布深入片块石路基表面30cm,伸出坡脚处30cm,并用石块压牢。防止片块石路基上部的碎石封层、砂砾垫层等细料划入边坡、堵塞孔隙，影响通风效果。

在片块石上全宽范围内填筑碎石，碎石粒径5～10cm,插杆挂线法控制碎石封层的虚铺厚度，人工配合推土机整平。先用重型压路机静压1遍，然后采用三边压路机进行冲击碾压补强，冲击碾压遍数不少于25遍，行驶速度不小于12km/h。冲击碾压后再整平，重型压路机静压1遍。按照要求在碎石层上铺设透水土工布。

（6）铺设砂砾垫层及土工格栅

砂砾垫层采用中粗砂，施工前应对中粗砂的外观筛分析、细度模数、含泥量等检验，符合要求后方可施工，砂砾垫层的填筑方法与碎石层相同，砂砾垫层施工并检验合格后，在上部铺设土工格栅，加强片块石路基的整体稳定性。

3、片块石施工质量控制要点

（1）底垫层

底垫层为铺筑片块石路基的基础，底垫层的厚度和宽度应符合设计要求，底垫层压实度≥96%。

（2）片块石材料

片块石路基是为了充分利用片块石中的空隙产生对流机制，降低路基内部温度，达到保护冻土路基的整体稳定性，根据试验结果选取片块石粒径15～30cm。施工时要求片块石材料不要刻意挑选单一粒径，自然爆破后经过进一步筛选、破碎，满足粒径要求即填筑，填筑采用倾填方式，并一次填筑到设计高度，石料用机械整平，个别部位需人工用小石块找平。

（3）预留高度与片块石厚度

片块石一次倾填至预留高度（设计高度+预留压实沉降量）。预留压实沉降量应根据不同的材料性质通过现场压实试验确定。避免因片块石一次倾填过厚，影响到片块石层上方的路基结构层的铺筑。

为保证片块石路基的通风效果，片块石层最小厚度应不小于90cm。施工前，施工单位应重点核查片块石层厚和路面标高。个别地段受地形和路面标高限制，可适当减少片块石的厚度，但最小不能小于90cm。局部按照90cm厚度处理，还是无法保证标高时，不能下挖，应上报改用其他工程措施处理。

（4）压实质量控制

片块石路基压实质量控制一般采用施工工艺控制和压实沉降差控制的双控方法。其中施工工艺参数指的是压实功率、碾压速度、碾压遍数和铺筑厚度等。

压实沉降差为重点控制指标，沉降差监测点沿路基纵向每40m设置一个观测断面，单幅路基每个断面测点不小于4个，整幅路基不少于9个，测点距路基边缘不小于0.5m。压实沉降差平均值≤5mm，标准差≤3mm。

（5）土工布设置问题

土工布的作用是阻止在施工和运营过程中，片块石上部的细集料漏入片块石层中，形成空洞，影响路基强度，其次是漏入的细集料将会堵塞片块石的空隙，从而影响片块石通风路基的降温效果。所以应将土工布铺设在砂砾层与碎石整平层之间，避免直接铺筑在片块石层与碎石整平层之间，导致土工布大面积被刺破

（6）常见施工问题

片块石路基是为了充分利用片块石中的空隙产生对流机制，降低路基内部温度，达到保护冻土路基的整体稳定性，根据试验结果选取片块石粒径15～30cm。施工时要求片块石材料不要刻意挑选单一粒径，自然爆破后经过进一步筛选、破碎，满足粒径要求即填筑，填筑采用倾填方式，并一次填筑到设计高度，石料用机械整平，个别部位需人工用小石块找平。

施工现场发现，个别片块石路基在施工中采用大粒径的石块堆积后，在施工现场进行破碎，由于施工中大粒径的石块堆积过厚，部分大粒径的石块没有得到破碎而直接填筑到路基的内部，不能满足所有的粒径达到设计要求15～30cm。这将导致片块石路基的空隙率出现变化，影响片块石路基后期的通风降温效能。

风化的石料在填筑、压实的过程中会破碎、分散，破碎后的细料会在片块石内部填充，也会影响片块石内部的孔隙率，进而影响到片块石通风效果。因此设计要求石料强度大于30MPa，洁净、耐冻、无风化、无水锈和裂纹的石料。然而施工现场发现，个别片块石路基风化，对风化石料料应废弃。

通风板现浇施工应制定专项施工方案，并按要求制作首件工程，经检测合格后，方可进行大面积施工。专项施工方案应考虑施工季节、每日气温变化规律对混凝土强度形成的影响，合理的施工季节为每年6-9月。现场每日早上10时前完成混凝土浇筑，确保在混凝土在形成阶段，外界气温达到最高值，下午进行模板安装、钢筋笼、PVC管敷设等工作。

用于制作通风板的钢筋必须具有出厂证明和合格报告；水泥、砂、碎石进场需检验符合设计、规范要求，并出具试验合格报告；C25混凝土根据其28d试验强度报告，按批复的配合比拌合；模板在专业模板加工厂定制，尺寸符合设计及规范要求。

1、路基放样、整修

恢复路基中桩，边桩，测量路基高程，整修路基，为确保通风板铺设的平顺性和平整度，以及横向通风管道畅通，不设路拱横坡。现场检测路基平整度、压实度和弯沉值等项目，并确保达到路基交验标准。以插短钢筋挂线标示通风板的浇筑位置。

2、铺设薄膜

路基顶面为通风板的底板，为确保混凝土强度形成所需水分不散失，在现浇混凝土板的底部铺设一层高强隔水薄膜。隔水薄膜横向、纵向搭接宽度应＞0.5m。

3、安装模板

侧模板根据设计图纸尺寸加工制作而成，并采用钢模板。由于模版尺寸横向长度过长，为防止模板变形，还应加装限位装置。侧模板安装完成后应对其内部尺寸，侧模板底部是否托空进行检查。

为使现浇后的通风板与下承层之间不出现滑动，每块通风板在通风管管节与管节之间下插3个短钢筋，管钢筋下部插入砂砾层，插入深度≮10cm，短钢筋上部与通风板一起现浇形成。

横向每两块通风板（12m），纵向每10块通风板（10m）设置一道施工缝,缝宽2cm，采用塑料板或沥青麻絮填塞。

4、制作、放置钢筋笼

钢筋网制作、绑扎应在钢筋加工区进行，钢筋的尺寸、间距、数量应符合设计要求，绑扎牢固，无脱筋。

5、敷设PVC管

通风管采用内部设置直径20cm的高强PVC管，来实现横向通风的目的。PVC管应满足国家标准和设计要求，PVC管应完整，无破损。每块通风板的3道PVC管长度均应大于6.2m,以保证其能顺利穿过两侧横向端模板、钢筋笼。PVC管中部易出现挠度过大的问题，应在通风管的底部增加垫块；横向相邻两块通风管应采用短接头连接，连接长度≮15cm，以保证通风管的横向通顺。

以上工序结束后，施工单位、监理单位应根据设计图纸，对每块通风板的配筋数量、钢筋绑扎、保护层厚度、短钢筋插设、PVC管完整性、垫块等仔细检查。监理工程师签字确认无问题后，方可进行下一步施工。

6、混凝土浇筑、振捣、收面

混凝土自搅拌站中卸出后，应及时运到浇筑地点，并完成浇筑，在运输过程中防止混凝土离析、水泥浆流失、塌落度变化及产生初凝现象。施工单位、监理单位必须对混凝土进行现场取样，每个批次平行取样不少于3个，具体检验参照《混凝土强度检验评定标准》GB/T50107-2010执行。

浇筑采用赶浆法，从模板一端开始浇筑，向另一端推进，浇筑捣鼓时，浇筑与振捣必须紧密配合，振捣时，不得触动钢筋及通风管PVC管。加强混凝土的振捣，确保混凝土不出现空洞、蜂窝、麻面(特别在钢筋、管道密集处)。若施工出现问题时，应立即停止浇筑，并进行整改。

板面经振捣后，采用铁铲拍实。长尺刮平，再用木搓刀搓平，以确保混凝土表面密实、平整。

7、拉毛处理

为保证通风板与路基土方的稳定性，砼浇筑后在通风板顶部采用钢丝刷进行拉毛处理，拉毛深度控制在1cm左右，间距控制在20cm之间。

8、通风板覆盖洒水养生及脱模

针对青藏高原蒸发量及风力较大的特点，通风板必须延长养护时间，脱模时间，增加洒水频次。养生应采用土工膜和草帘子覆盖养生，养生周期不少于15天，洒水每天不少于2次。当混凝土强度达到设计强度的50%，混凝土的表面温度与环境温度之差不大于15℃，且能保证构件棱角完整时方可拆模。

9、混凝土试件留置

混凝土试块除正常规定组数制作外，每次混凝土浇筑增设一组与结构同条件养护，用以检验现场混凝土的强度。若强度不满足设计要求，加强覆盖及养生，确保通风板砼满足设计要求。

10、通风板施工质量控制要点

（1）专项施工方案制定及审批、首件工程检查验收、施工季节及施工时段

通风板现浇施工应制定专项施工方案，并按要求制作首件工程，经检测合格后，方可进行大面积施工。现浇施工季节宜为每年6-9月。每日早上10时前完成混凝土浇筑。

（2）通风板基础压实度、弯沉和平整度应达到路基顶面交验标准，不设路拱横坡。

（3）模板安装应牢固无脱空，加装限位装置，模板内按照设计要求插设短钢筋；钢筋笼钢筋的尺寸、间距、数量应符合设计要求，绑扎牢固，无脱筋，保护层厚度应≥2.5cm；PVC管完整无破损，长度≥6.2m，中部设置垫块，垫块间距不宜过大，不应出现漏放部位。横向相邻两道通风管必须采用直接封闭垫圈连接；纵向、横向施工缝设置满足要求。

（4）混凝土标号、配合比符合设计要求，并进行现场取样。浇筑采用赶浆法，浇筑与振捣作业必须紧密配合，布料设备的出口离模板内侧面不应小于50mm，并且不向模板内侧面直冲布料，振捣不得触动钢筋及PVC管，钢筋、管道密集处必须加强振捣，混凝土表面密实、平整。

（5）养生应采用土工膜和草帘子覆盖养生，养生周期不少于15天，洒水每天不少于2次。混凝土强度达到设计强度的50%，且构件棱角完整时方可拆模。

（6）混凝土坍落度误差范围在±2cm，不合格混凝土不得使用，测试结果有偏差及时向混凝土搅拌站反馈，及时修正。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：采取小洞室爆破方案爆破出石料，先采用挖掘机进行初选，再进行小解或采用冲击气锤分解，将初选后的石料用装载机装运至振动喂料机进行筛分；

步骤二：底垫层检测合格后，一次性倾填片块石，人工配合挖掘机进行片块石路基整形，边填筑边整型；

步骤三：利用破碎锤对超粒径的片块石进行破碎和大体整平，后人工用小石块找平，并使用小石块将表面孔隙进行人工填塞；

步骤四：采用重型光轮压路机先静压2遍，然后强振碾压6-8遍；

步骤五：在片块石上全宽范围内填筑碎石，人工配合推土机整平；先用重型压路机静压1遍，然后采用三边压路机进行冲击碾压补强，冲击碾压遍数不少于25遍；冲击碾压后再整平，重型压路机静压1遍；在碎石层上铺设透水土工布；

步骤六：透水土工布上方铺筑砂砾垫层及土工格栅，完成路基施工；

步骤七：路基顶面铺设一层高强隔水薄膜，安装通风板的浇筑模板，包括横向的端模板和两侧纵向的带孔板；在模板范围内制作钢筋网并设置横向的PVC通风管，PVC通风管端部插入带孔板的孔洞中；之后完成浇筑；

步骤八：浇筑后在通风板顶部采用钢丝刷进行拉毛处理，之后养生、脱模。

2.根据权利要求1所述的多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，其特征在于：

步骤一中，挖掘机初选时将大于30cm的片块石挑出来，，振动喂料机筛分时将小于15cm石块筛除。

3.根据权利要求1所述的多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，其特征在于：

步骤二中，填筑整型时，路堤边坡坡脚采用粒径大于25cm的石料堆砌。

4.根据权利要求1所述的多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，其特征在于：

步骤七中，PVC通风管为管节拼接组成，管节与管节之间下插短钢筋，插入砂砾垫层。

5.根据权利要求1所述的多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，其特征在于：

步骤七中，横向每两块通风板、纵向每10块通风板设置一道施工缝，采用塑料板或沥青麻絮填塞。

6.根据权利要求1所述的多年冻土区高速公路片块石-通风板复合路基的施工方法，其特征在于：

步骤七中，PVC通风管底部设置有限位垫块，管节对接时采用短接头连接。