[發(fā)明專利]一種凍土層公路結(jié)構(gòu)及其施工方法

有效

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• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104594149B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭衛(wèi)新;肖學(xué)英;常成功;董金美;文靜;李穎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院青海鹽湖研究所
• 主分類號: E01C3/04
• 分類號: E01C3/04;E01C11/16
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44304
• 代理人: 孫偉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及公路施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是對凍土公路的結(jié)構(gòu)和施工方法。

背景技術(shù)

季節(jié)性凍土地區(qū)冬季公路因路基凍脹使路面產(chǎn)生不均勻的隆起，凍土的凍脹融沉致使路面破壞程度加重，嚴重的會導(dǎo)致路面開裂。季節(jié)性凍土地區(qū)公路抗凍是世界范圍內(nèi)的普遍性問題，至今沒有提出較為理想的抗凍公路解決辦法。目前解決季節(jié)性凍土地區(qū)公路抗凍的方案為增加路基厚度、增厚路面、路基回填，材料中增加防凍劑等。這些方案既沒有完全解決公路抗凍的要求，而且經(jīng)濟要求也往往比較高。

多年凍土是道路工程最大難關(guān)，凍土對溫度極為敏感，對道路的修建有非常大的影響。在凍結(jié)的狀態(tài)下，凍土就像冰一樣，隨著溫度的降低體積發(fā)生膨脹，建在上面的路基和路面會被它頂起來。到了夏季，凍土發(fā)生融化，體積縮小，路面也就隨之降下去。凍土的反復(fù)凍結(jié)、融化交替出現(xiàn)，就會造成路基嚴重變形，整個路面出現(xiàn)高低不平，甚至扭絞成麻花狀，影響正常通車。

中國的多年凍土分布面積廣泛,季節(jié)性凍土約占國土面積的53.5％，尤其以青藏高原高海拔凍土為代表,區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境脆弱,工程環(huán)境對凍土穩(wěn)定性影響大,導(dǎo)致凍土環(huán)境不穩(wěn)定并帶來嚴重的工程病害。高原凍土溫度高，太陽輻射強烈，晝夜溫差大，在全球氣候變暖背景下，凍土退化響應(yīng)明顯加快，凍土環(huán)境不穩(wěn)定，極易受工程等人為因素破壞。

保護凍土原則是凍土區(qū)筑路采用的主要設(shè)計原則可根據(jù)兩種原理來實施保護凍土原則：一是根據(jù)保溫原理,即通過增加熱阻增加路堤高度、使用保溫材料,使路堤下凍土上限不變或上升,以保護凍土,從而保證路堤的穩(wěn)定；二是根據(jù)降溫原理,即通過改變路堤的結(jié)構(gòu)和材料,調(diào)控與外界的熱交換條件,使路堤下凍土在一年內(nèi)的放熱量大于吸熱量,以降低凍土溫度,達到保護凍土的目的。

雖然保護凍土原則采用熱棒、保溫法、碎石路基、碎石護坡等措施都能較好的達到保護凍土的目的。但是在凍土區(qū)道路修建設(shè)計中，往往還需盡量繞避不良凍土現(xiàn)象發(fā)育的地段，遇到高溫極不穩(wěn)定的厚層地下冰凍土地段，采取“以橋梁通過”的辦法。施工中，采用片石通風(fēng)路基、片石通風(fēng)護道、通風(fēng)管路基、熱棒、鋪設(shè)保溫板等多項措施，需要增加多項復(fù)雜的工程量和材料投入量。

對于凍土區(qū)筑路方式，瀝青路面吸熱，相當(dāng)于在凍土上加了吸熱器，公路病害不斷出現(xiàn)，道路壽命縮短，路基穩(wěn)定性變差，正是凍土不能“自由呼吸”的反饋。而普通水泥混凝土公路普遍采用增加公路的設(shè)計尺寸或增加材料的方法。增加設(shè)計尺寸的方法是增加路基厚度、路面厚度、路基回填抗凍材料等。增加材料的方法是在普通水泥混凝土中加入防凍劑，或者直接用成本高的特種硅酸鹽水泥。這兩種方式方法都不同程度的增加了施工的難度和提高了抗凍公路的成本，而且大多抗凍公路的性能達不到指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明著眼于新的設(shè)計方案結(jié)合氯氧鎂水泥材料，從設(shè)計和材料上提高季節(jié)性凍土地區(qū)公路的抗凍性能的同時能夠有效降低筑路施工量和經(jīng)濟成本。

本發(fā)明的凍土公路結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次層疊的凍土層、帶通孔的路基層和路面層；以及若干根水泥立柱，所述水泥立柱分散安插于所述凍土層上，并穿過所述路基層的通孔、插入所述路面層中；所述水泥立柱與所述通孔之間間隙配合。

進一步地，所述通孔孔徑與所述水泥立柱的直徑相差0.2～20mm。

進一步地，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構(gòu)成；所述水泥筋縱軸與所述水泥立柱縱軸平行，所述水泥筋數(shù)目與所述水泥立柱的直徑比為1～10根:5cm～50cm。

進一步地，每條水泥筋是由1～10條竹筋捆扎而成。所述水泥混凝土的材質(zhì)為鎂水泥混凝土。兩者結(jié)合構(gòu)成鎂水泥竹筋水泥立柱。

進一步地，所述水泥立柱分布于所述凍土層、路基層、路面層中的部分分別占所述水泥立柱總長度的25～50％、30～60％，5～25％。

本發(fā)明還提供一種凍土層公路的施工方法，包括如下步驟：

步驟一：將若干根水泥筋分散于水泥混凝土中，待水泥混凝土固化后獲得水泥立柱；其中，所述水泥筋縱軸與所述水泥立柱縱軸平行，所述水泥筋數(shù)目與所述水泥立柱的直徑比為1～10根:5cm～50cm；

步驟二；將所述水泥立柱安插于所述凍土層中，在所述水泥立柱上、對應(yīng)路基層的部分包覆一隔離層；

步驟三，在所述步驟二的凍土層表面鋪設(shè)路基層后，去除所述隔離層，使所述路基層上形成與所述水泥立柱對應(yīng)的通孔；所述水泥立柱與所述通孔之間間隙配合；

步驟四：在所述路基層上澆注路面層，使所述水泥立柱不凸出于所述路面層表面。