多年冻土地区公路设计与施工技术细则

2013年5月●xxxxxxxxx提纲1《细则》编制概况《细则》编制实施过程《细则》总体解读多年冻土区公路建设存在的问题2341.多年冻土区公路建设存在的问题多年冻土区公路建设现状花大公路1.多年冻土区公路建设存在的问题青藏公路（G109）：是进藏运输的主通道，穿越750km多年冻土地带，全段二级标准，沥青路面，平均速度约为80km/h多年冻土区公路建设现状1.多年冻土区公路建设存在的问题多年冻土区公路建设现状青康公路（G214）：是青海、西藏两省区干线公路，穿越约300km多年冻土，全段二级标准，沥青路面和水泥混凝土路面共存，平均速度约为70km/h，现正进行高速化改造1.多年冻土区公路建设存在的问题多年冻土区公路建设现状新藏公路（G219）：是连接新藏两省区唯一干线，是中印、中巴边境战略主通道，穿越累计380km多年冻土区，无高级路面，2003年开始升级改建，目前平均速度不到50km/h1.多年冻土区公路建设存在的问题多年冻土区公路建设现状其他国道317、318，东北大小兴安岭的部分公路（黑北、伊嘉、加漠等）等均有少量路段穿越多年冻土或岛状多年冻土1.多年冻土区公路建设存在的问题多年冻土工程地质特性冻胀特性融沉特性1.多年冻土区公路建设存在的问题不良冻土地质现象热融滑塌热融湖塘热融沉陷融冻泥流冻胀丘河冰锥1.多年冻土区公路建设存在的问题工程活动引发融化盘变化10年气温上升0.3～0.4℃平衡多年冻土季节活动层天然冻土上限Q输出Q进入热交换活动层深度增加上限处地下冰融化人为多年冻土上限地表条件水文环境植被条件1.多年冻土区公路建设存在的问题冻土路基病害融沉波浪开裂1.多年冻土区公路建设存在的问题路面病害沥青路面：开裂车辙老化混凝土路面：断裂松散自然老化1.多年冻土区公路建设存在的问题桥涵病害桥梁：桩基融沉冰害涵洞：冻胀涵洞冻胀沉降变形1.多年冻土区公路建设存在的问题隧道病害洞内渗水顶部挂冰洞内路面结冰洞口路堑雪害洞口冰雪融水涌入2.《细则》编制概况编制背景条件已经成熟自1954年青康公路第一次发现多年冻土至今，我国多年冻土地区公路修筑技术的工程建设历史已有50多年，研究历史持续30多年，特别是《成套技术》的完成取得众多突破性成果，然而至今没有行业技术规范出台。区域发展需要我国多年冻土地区地域辽阔、资源丰富、经济落后，实现交通的跨越式发展是西部大开发和振兴东北老工业基地战略决策的需要。对科学贯彻后续公路建设中和谐交通的理念具有重要意义。高速技术准备青藏高速公路及东北多条省级高速公路已列入国家高速公路网规划，未来高速公路建设中必将面临众多新的问题。考虑高速公路建设特点与多年冻土地区特殊条件，形成导向性文件，迎接新挑战。2.《细则》编制概况总体指导思想总结经验结合实际研究试验规定指标明确方法提出细则系统总结以往工程的成熟经验，从多年冻土区气候环境、生态环境以及冻土环境的实际出发，有针对性的开展试验、检测工作，规定指标、明确方法，使提出的《细则》不仅能满足当前多年冻土地区公路改（扩）建的需要，还能适应将来一段时间内新建公路突飞猛进发展的需要，使其成为多年冻土地区公路勘察设计施工的科学性、实用性、导向性的技术文件。2.《细则》编制概况编制基本原则1先进实用参考相关规范结合地区特点跟踪已有工程确保先进实用2科学合理广泛征求意见依据工程经验纳入可靠成果保证科学合理3专业协调发扬技术民主协调专业意见开展必要研究恰当得出结论4突出特点考虑冻土环境特点突出与一般地区差异提出关键指标方法2.《细则》编制概况主编及参编单位单位分工编制单位名称完成内容主编单位中交第一公路勘察设计研究院规范的立项、工作大纲、调研、编制、统稿、组织评审等；冻土路基设计与施工、特殊路基设计与施工、多年冻土区路面设计与施工参编单位中科院寒旱所冻土路基设计青海省公路科研勘测设计院冻土路基、多年冻土区沥青路面设计与施工黑龙江省公路勘察设计院岛状冻土区路基路面设计与施工长安大学多年冻土区沥青路面设计与施工3.《细则》编制实施过程开展大量调研工作红其拉浦达坂1调研高原多年冻土地区（高海拔中低地纬度）青藏铁路青藏公路214国道318国道317国道219国道315国道中巴公路3.《细则》编制实施过程红其拉浦达坂开展大量调研工作2调研东北多年冻土区（高纬度低海拔）加格达奇北安嘉荫加漠公路黑北公路哈伊公路伊嘉公路3调研阿拉斯加管线、道路、房建等资料收集现场调查重点座谈调研方式3.《细则》编制实施过程吸收国内外建设经验调控对流调控辐射调控传导被动措施：改变土体表面辐射条件，改变土体与大气及冻土热传导状态；主动措施：调控对流的方法包括通风路基、碎（片）石路基及热棒路基；综合措施：三类调控的相互组合，如热棒与隔热板路基的组合等。3.《细则》编制实施过程采纳前期科研成果专题：多年冻土地区沥青路面耐久性能研究1.多年冻土地区公路工程地质研究2.多年冻土地区公路病害和机理研究4.多年冻土地区路基稳定性技术研究5.多年冻土地区路面设计与施工技术研究6.多年冻土地区桥涵工程技术研究7.多年冻土地区公路生态环境保护与评价技术研究8.多年冻土地区公路养护与维修技术研究9.季节性冰冻地区路基路面稳定技术研究10．高原（山）地区筑养路职工安全与健康保障研究3.水热力耦合效应与路基路面温度场变化规律研究多年冻土地区公路修筑成套技术研究5项国际领先6项国际先进3方面填补空白6方面重大创新3.《细则》编制实施过程开展必要的测试验证多年冻土地区合理路线线形控制指标研究气冷碎、块石路基合理设计参数研究宽幅路基下通风管效应研究热棒作用半径的测试验证4.《细则》总体解读《细则》工程地质勘察技术细则区划、分类评价标准一般土质路基设计原则、合理断面、处治策略、设计方法和关键指标等特殊路基设计原则、实用条件、合理结构、关键参数等施工工艺与流程合理路面材料与结构低温耐久性控制指标路面结构组合设计型式施工工艺与流程提出多年冻土区桥涵设计的特殊要求提出设计方法施工工艺与流程路基路面施工质量检测标准环境保护策略与对策4.《细则》总体解读总则1术语、符号2路线3工程地质勘察4一般路基设计5特殊结构路基设计6沥青路面设计7桥涵设计8路基施工9沥青路面施工10桥涵施工11环境保护与景观124.《细则》总体解读•1.0.1编制目的•1.0.2适用范围-适用于新建、改扩建的各级公路设计与施工。•1.0.3冻土工程病害防治原则。-预防为主、治理为辅。•1.0.4新技术应用问题•1.0.5与相关规范的关系总则14.《细则》总体解读•本指南用到而已有规范未列到的术语和符号。术语和符号24.《细则》总体解读•3.1一般规定–明确多年冻土地区公路选线的指导思想和原则（宁填勿挖、重视环境保护）。•3.2公路选线的技术和方法•3.3高海拔多年冻土区公路线性指标路线34.《细则》总体解读指导思想：宁填勿挖。冻土融化是冻土工程病害的最主要原因，多填少挖具有避免扰动冻土环境、保护冻土覆盖层的积极作用。靠山侧挖方基地发生条带状热融，波及路面发生纵向裂缝斜坡高含冰量冻土融化，导致滑塌现象，选线阶段应予以回避斜坡高含冰量冻土融化，导致滑塌现象，选线阶段应予以回避路线34.《细则》总体解读重视环境保护。多年冻土地区生态环境脆弱，植被恢复非常困难，应特别强调环境保护工作。大面积铲除植被后发生融沉，只得改道大开挖引起融冻泥流大面积铲除植被后发生融沉路线34.《细则》总体解读线形指标选用随海拔升高，驾驶员血氧含量减少，反应时间要比正常情况下增长。设计速度（km/h）1201008060403020高海拔停车视距（m）反应时间3.5s280215160115755535反应时间3.0s260200150110705030高海拔地区停车视距总的延误010020030040050065707580859095100血氧含量（%）延误时间（ms）不同海拔高度血氧含量图02040608010012012345678样本数血氧含量（%）200030004000路线34.《细则》总体解读•4.1一般规定–勘察要求•4.2工程地质勘察阶段和要求•4.3勘察设备与实验仪器•4.4工程地质勘探与取样•4.5工程地质分区-冻土三级分区。•4.6工程地质评价–土体冻胀和融沉特性评价–冻土工程地质条件评价–不良冻土现象评价–对生态环境影响评价工程地质勘察44.《细则》总体解读冻土工程地质分区。可根据地貌条件、冻土分布和特征及冻土物理力学指标进行分区，反映冻土工程地质条件和场地复杂程度。场地复杂程度冻土温度（℃）含冰状态不良地质现象对环境影响复杂场地≥-1.5厚层地下冰发育强烈发育影响大一般场地≥-1.5地下冰发育一般发育有不利影响简单场地-1.5地下冰不发育不发育无影响勘察场地复杂程度工程地质勘察44.《细则》总体解读工程地质勘察与取样工程地质勘察适宜的时间应有利于工作，又不至于过多影响冻土环境。冻土地质坑探冻土岩芯工程地质勘察44.《细则》总体解读•5.1一般规定•5.2设计原则-保护冻土；主动冷却、综合治理；控制融化速率；预融冻土。•5.3路床•5.4路堤设计•5.5低填浅挖及零断面结构设计•5.6路堑设计•5.7路基防排水设计•5.8挡土墙设计•5.9过渡段路基设计•5.10取、弃土场设计一般路基设计54.《细则》总体解读路基防排水考虑地表水对多年冻土的不利影响，采取措施疏导地表水，做好路基排水防护设计。地表水入渗改变冻土温度多年冻土融化诱发病害排水不良形成积水导致基地融化路堑积水加速底部融化排水沟排水不畅导致基地融化设置排水通道设置防水护坡一般路基设计54.《细则》总体解读路基高度多年冻土地区新建路基设计高度应大于最小填土高度。零填路基在道路运营1年后即发生病害低填路基，随路基高度增加，冻害时间有所延缓中等高度路基（1.4~2.0m），一般在运营2~3年后发生冻害051015202530阳坡阴坡阳坡阴坡阳坡阴坡阳坡阴坡阳坡阴坡0.50.5～1.51.5～2.52.5～3.53.5路基高度/m高路基病害数量/条纵向裂缝路肩（边坡）开裂纵向凹陷边坡冲蚀冻土路基病害与路基高度存在一定关系一般路基设计54.《细则》总体解读路堑设计应遵循保护多年冻土的原则进行路堑设计。粘性土(夯填)或加铺保温材料草皮或植物边坡防护层高含冰量多年冻土层砂砾或粗粒土≮0.5m保温性能好的填料或加铺隔热保温材料砂砾或粗粒土≮0.5m路基中线冻土上限≮1m地面线路面结构层砂砾或粗粒土≮0.5m当地填料砂砾或粗粒土≮0.5m高含冰量多年冻土层草皮或植物边坡防护层粘性土(夯填)或夹铺保温材料冻土上限≮1m路基中线地面线路面结构层部分挖除多年冻土换填的路堑断面形式全部挖除多年冻土换填的路堑断面形式未采取保护措施的冻土挖方路堑，在施工后1年内发生的热融沉陷一般路基设计54.《细则》总体解读•6.1一般规定–依据冻土地温选择路基形式•6.2隔热层路基–隔热材料的技术要求–隔热层设置厚度–隔热层埋设深度•6.3片块石路基–块石粒径的选择–块石层的铺筑厚度–块石层的铺筑位置•6.6通风管路基–通风管管径及壁厚–通风管间距–通风管埋深–适用状况•6.5热棒路基–热棒自身参数的确定–合理埋深的确定特殊结构路基设计64.《细则》总体解读隔热层路基适用于低温多年冻土路段。特殊结构路基设计64.《细则》总体解读片块石路基可用于高温冻土区地下泉水发育或地表径流较发育的区段，也可用于治理高含冰量区段融化夹层发育所引发的路基病害。特殊结构路基设计64.《细则》总体解读通风管路基可用于路基高度大于2.0m的高温高含冰量多年冻土路段。特殊结构路基设计64.《细则》总体解读热棒路基可用于极高温多年冻土区或冻土退化区；或用于治理由于融化盘偏移所引起的路基不均匀沉陷、纵向裂缝等病害。特殊结构路基设计64.《细则》总体解读•7.1一般规定•7.2结构组合设计–结构层–结构组合•7.4基层、底基层–7.3.1半刚性材料–7.3.2粒料类材料•7.3沥青面层–普通沥青混凝土–改性沥青混凝土•7.5垫层–垫层设置要