青藏铁路多年冻土区高含冰量地段半填半挖路基施工技术 4页

青藏铁路多年冻土区高含冰量地段半填半挖路基施工技术中铁二十局集团四公司李瑞杰摘要：针对青藏铁路多年冻土区高含冰量地段的特点，介绍了半填半挖路基开挖、换填、保温板铺设、复合土工膜铺设、挡水埝以及U型水沟的施工技术。关键词：青藏铁路多年冻土区高含冰量地段半填半挖路基施工技术1引言青藏铁路半填半挖路基为多年冻土区路堤与路堑过渡段的一种设计形式，多出现在填挖过渡段及局部陡坡地段，分为高含冰量地段和低含冰量地段两种类型。低含冰量地段半填半挖路基处理措施与非冻土区半填半挖路基处理措施相同，即将边坡开挖作宽度不小于1.0m的台阶，而后分层回填压实；而高含冰量地段半填半挖路基由于受到热融和冻胀等因素的影响易发生变形，从而导致路基病害，因此高含冰量地段半填半挖路基的施工技术就显得尤其重要。2高含冰量地段半填半挖路基的处理措施0.8图1高含冰量地段半填半挖路基横断面高含冰量地段半填半挖路基横断面见图1。首先，将路肩及边坡以下3.5m深度范围内的地基土挖除，换填粗颗粒土（路堑开挖边坡坡率1∶1.75，填方边坡坡率1∶1.5）；其次，将路肩以下0.2m处及路堑边坡换填面与原地面衔接处平铺一层复合土工膜隔水层，隔水层上下各平铺一层0.1m厚中粗砂垫层；再者，将路肩以下0.8m处平铺一层0.06m厚聚胺脂板保温层，保温层上下各平铺一层0.2m厚中粗砂垫层；最后，在路堑侧面设预制U型侧沟和2.0m宽侧沟平台，侧沟下铺设复合土工膜隔水层，每10～15m设伸缩缝一道，缝内用沥青麻筋全断面填塞，U型侧沟结构型式见图2。此外，在堑顶设土质包角，包角处铺设一层复合土工膜；包角外设挡水埝，挡水埝下设SPRE止水板，并在挡水埝外侧铺设0.1m厚砼块板；挡水埝外侧设预制U型天沟（挡水埝结构型式见图3）。图2U型侧沟结构型式4n多年冻土天然上限1.0m砼面板50cm1.5m1︰1.540cm1︰1.5沟槽SPRE止水板地面线图3挡水埝结构型式3施工方法3.1施工准备3.1.1概述施工时间的选择对高含冰量地段半填半挖路基的施工质量十分重要。根据青藏铁路设计与施工细则以及施工暂行规定，高含冰量地段路堑开挖要求在寒季进行，基底及边坡换填在开挖后及时填筑，并确保在暖季融化到来之前完工。因此，高含冰量地段半填半挖路基应选择在寒暖交替的4～6月份开挖换填较为适宜。施工时要配备充足的施工资源，一鼓作气，快速连续完成。水是妨碍正常施工和造成工程病害的主要隐患，而影响半填半挖路基的水源主要为地表水和冻结层上水。进入暖季，气温和地温回升，地表积雪开始融化，活动层开始解冻，地表水和冻结层上水汇入路基施工范围，将会造成路基各种病害。为此，施工前要先做好上游的永久性排水系统。3.1.2SPRE止水板埋设SPRE止水板埋设于原地面以上40cm至冻土天然上限以下50cm的范围内。最适宜安排在半填半挖路基施工的前一年9～10月份埋设，因为这个时段是多年冻土融化最深的季节，冻土天然上限显示最为清晰，而且开槽无需爆破，既能很好的控制止水板的埋深，又能保证沟槽开挖回填的压实质量。根据工期要求，止水板也可以安排在其它季节埋设，如果安排到寒季埋设，施工相对要困难。沟槽采用挖掘机或开槽机开挖，在寒季开挖时采用浅孔小爆破；SPRE卷材采用TH-20渗膜热合焊接机在现场热焊连接，人工埋设，埋设深度及伸出地面长度要满足设计要求；沟槽则用原土分层回填并压实。3.1.3挡水埝填筑挡水埝高度根据工点冻结层上水的水量来控制，高度一般为1.5m，选用粘性土质填筑；陡坡地段挡水埝基底要挖台阶处理，分层填筑压实，每层厚度≯25cm；挡水埝密实度较路基本体密实度标准减少5%。3.1.4挡水埝外侧天沟的施工挡水埝外侧拼装预制U型天沟用以通畅排除地表水，其内边缘距挡水埝中心距离≮5.0m；U型水沟构件在预制厂集中统一预制，运输至现场人工安装。若U型排水沟的预制安装速度不能满足路基施工需求，可在沟内铺隔水彩条布（或其它隔水物），用以临时排水。3.2基底及路堑边坡开挖路基堑顶排水系统完成后，路基主体开始组织施工，高含冰量半填半挖路基开挖换填安排在寒暖交替季节的4～6月份施工。开挖换填前，人工配合挖掘机、装载机移植草皮，把发育良好的草皮移植养护用于将来环保恢复，把施工范围表层30cm粘土开挖堆在堑顶（原地面表层土为很好的堑顶包角填料）。依设计断面全宽分层开挖基底和路堑边坡。半填半挖路基基底及边坡挖方深度较浅，下面的冻土软岩和风化岩石用推土机松土器配合挖掘机基本能正常开挖，个别地段配合小爆破开挖，即可完成开挖作业。为最大限度减小开挖后冻土暴露时间，开挖作业应连续进行，并利用高原昼夜温差大的特点，昼盖夜开以利降温；每日上午11时至下午15时温度较高时段，冻土路堑边坡用保温板临时覆盖，防止热融滑塌，其余时段可去除保温覆盖物进行开挖作业。经检查路基开挖断面及基底土质符合设计要求后，方可进入下道工序施工。3.3路基分层回填及压实回填作业在清方成型后全段尽快一次完成。回填采用粗颗粒土分层填筑、分层压实，每层填筑最佳铺筑厚度为35cm4n，采用重型振动压路机碾压，压实质量标准视换填层位置而定。当换填层位于基床以下时，按路堤本体控制；当换填层位于基床范围时，按基床填土控制；边坡换填压实度按基床以下路堤本体控制。路基填筑至保温层（或复合土工膜防渗层）时，填筑面自线路中心向外做成4%的横坡。半填半挖路基基底换填过渡段长度不得小于10m，换填厚度不小于3.5m。3.4铺设保温层3.4.1概述路肩下0.8m处平铺一层0.06m厚聚胺脂板保温层，保温层上下各平铺一层0.2m厚中粗砂垫层。3.4.2铺设保温层下垫层下垫层选用颗粒级配良好、质地坚硬的中粗砂，含泥量不大于5%，且砂中不得含有杂草、垃圾及粒径大于10mm的石块等杂质，压实厚度为0.2m。采用在路肩上每隔20m设标桩控制下垫层层厚，采用平地机摊铺，振动压路机压实，确保密实和表面平整。3.4.3铺设保温板聚胺脂板性能指标要求密度不小于55kg/m3，导热系数λ不大于0.021w/m℃，吸水率不大于4%，在压缩变形量不大于5%时抗压强度不小于0.3Mpa。保温板采用人工铺设，铺设要使保温板与垫层密切接触，不留孔隙，聚胺脂板块之间采用聚胺脂单组份粘结剂企口粘结，粘接强度不小于0.2Mpa。3.4.4铺设保温层上垫层保温板20cm上垫层，也采用中粗砂。填料要求与下垫层相同，采用人工小推车摊铺、人工平整，严禁机械车辆等大型机械直接驶入保温板表面，采用轻型机具压实。随后进入正常路基填筑。3.5复合土工膜隔水层铺设路肩下20cm铺设一层复合土工膜隔水层，隔水层上下各平铺一层0.1m厚中粗砂垫层。复合土工膜下0.1m厚中粗砂垫层表面做成中心向两边4%的排水横坡，基面中不允许含有尖锐杂物和碎石；土工膜采用搭接方式连接，搭接宽度不小于30cm，纵向搭接时高的一端要压在低的一端之上；土工膜铺设要平整无褶皱，并与基面密贴；上垫层中粗砂应人工摊铺，砂垫层连同基床表层、路拱、预留沉落量一次摊铺到位并碾压。3.6边坡回填在填筑路基同时，分层回填压实边坡换填料并在路堑边坡换填面与原地面衔接处铺设复合土工膜，边坡换填层压实度同路堤本体压实度即86%。3.7完善排水系统堑顶外土质包角用原准备好的路基范围的表层土填筑，修整挡水埝并铺砌砼预制块。开挖路堑侧面侧沟沟槽，并组织U型侧沟拼装，U型侧沟下铺的土工膜要与路基土工膜搭接在一起，确保路基土工膜隔水层上20cm填土排水通过U形侧沟泄水孔排入侧沟内。3.8路基整修与验收所有半填半挖路基填筑完毕后，要及时进行边坡清刷及路拱修整，清除路基范围内多余的土方及杂物。有科研项目的按要求埋设测试元件，做好竣工后的首次观测和记录。青藏铁路多年冻土区高含冰量地段半填半挖路基施工工艺流程见图4。4体会与探讨4.1施工体会（1）施工关键合理选择最佳施工季节和施工时段，及时隔绝地表水和冻结层上水，同时加强各道工序的衔接，保持各工序连续性，最大限度减少冻土的暴露时间是决定高含冰量地段半填半挖路基工程施工质量的关键环节，在施工中一定要引起足够的重视。（2）数据积累为了更好的掌握这一特殊地段路基变形情况，确保路基稳定，为日后运营维修提供可靠的参数，要及时埋设沉降观测点，并且定期进行沉降观测。4.2技术探讨（1）止水板的埋设目前，止水板的埋设深度在天然上限以下50cm。随着全球气温在逐步的变暖，青藏高原的气温也在逐年上升，同时由于人为活动对天然上限的影响，若干年后止水板的埋深是否可行，有待进一步研究和探讨。（2）“U”型水沟的施工在青藏高原多年冻土区，由于冻融循环，“U”型水沟、砼块板、伸缩缝以及拼装缝等将出现不同程度的开裂现象，防、排水措施有待进一步提高。同时为了减小劳动强度，提高工效，需开发研制一种特殊的小型机具来安装“U”型水沟预制构件。4n图4高含冰量地段半填半挖路基施工工艺流程完善包角、挡水埝及U型侧沟等排水系统挖除基底土开挖基底平台分层回填换填粗颗粒土回填土分层压实回填土压实质量检测施工准备铺砂垫层复合土工膜防渗层铺设工业保温材料隔热层铺设复合土工膜防渗层施工质量检查工业保温材料隔热层施工质量检查铺砂垫层及基床表层剩余土方填筑路基检查及验收边坡换填料分层填筑及压实并在路堑边坡换填面与原地面衔接处铺设复合土工膜回填土压实质量检测路基整修测量放线开挖埋设SPRE止水板并填筑挡水埝施作天沟备足换填料4