線退化性多年凍土地區(qū)試驗路設(shè)計

1引言國道214線鄂拉山至清水河段，經(jīng)過勘察，多年凍土區(qū)跨越里程313.3km，其中連續(xù)多年凍土92km，不連續(xù)多年凍土147.3km，凍土總里程239.3km。在全球大氣環(huán)境轉(zhuǎn)暖，高原冰川后退，雪線上移，以及鋪筑黑色瀝青路面施工等人為活動的影響下，在公路沿線凍土已發(fā)生明顯退化。在國內(nèi)，以往研究凍土對工程的影響是針對穩(wěn)定狀態(tài)的凍土為主要對象，包括青藏公路的凍土研究，它的經(jīng)驗不能簡單地推演到退化狀態(tài)凍土。國外，一些國家也是近期認(rèn)識到全球氣候轉(zhuǎn)暖對凍土退化的影響，在工程對策上剛剛起步，尚無成熟經(jīng)驗可借鑒，且凍土地質(zhì)條件及氣候環(huán)境的差別，對工程影響的程度也不盡相同。為研究在退化性多年凍土地區(qū)修筑公路的可靠性，“214國道退化性多年凍土地區(qū)路基路面修筑技術(shù)的研究”課題列入“八五”交通部行業(yè)聯(lián)合科技攻關(guān)計劃，為滿足課題研究內(nèi)容的需要，決定建設(shè)試驗路進(jìn)行研究。2試驗路選擇與地質(zhì)條件分析2.1試驗路的選擇試驗路的選擇以滿足課題研究的需要和能夠代表214國道退化性多年凍土類型的路段為原則，同時兼顧今后工作的方便，依據(jù)前期對214國道多年凍土調(diào)研成果，擬定在花石峽以南長石頭山以北K309+000～K324+000段總計15km范圍內(nèi)，結(jié)合改建工程建立試驗研究工程段。為進(jìn)一步查清K309+000～K324+000段凍土類型，又進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘探，開挖試坑8個，測地雷達(dá)勘察15km和8個橫剖面，綜合分析勘察結(jié)果，確定K309+000～K324+000范圍內(nèi)K309+000～K310+400(不連續(xù)多年凍土干燥型凍土島)、K314+100～K315+100(不連續(xù)多年凍土濕潤型凍土島)、K317+000～K317+800(連續(xù)多年凍土干燥型)、K321+540～K322+340(連續(xù)多年凍土濕潤型)修建試驗路。2.2試驗路地質(zhì)條件分析試驗路長石頭山(K309+000～K324+000)段為典型的連續(xù)多年凍土區(qū)，以三疊系砂巖為主夾頁巖，區(qū)段內(nèi)第四紀(jì)松散層從2m～7m，以殘積礫石為主，路線兩側(cè)有侵蝕平臺構(gòu)成小流域緩坡，草皮亞粘土或粉砂土覆蓋，形成典型的凍脹草丘、熱融滑塌、地下冰發(fā)育。坡腳山前洪坡積裙及洪沖積階地上，砂礫土厚度一般小于10m，植被較好，地下水埋深淺。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，公路沿線分布著不同的多年凍土類型。2.2.1不連續(xù)島狀多年凍土干燥型段該段海拔高程4248m，設(shè)計里程K310+000～K310+300，全長300m。路基兩側(cè)地勢平坦，屬古河漫灘相，地表植被稀少，干燥，無季節(jié)性積水坑。天然地表由于人工取土，破壞處較多。上限位置2.07m，上限含水量W=84.93%。第四紀(jì)厚度5～7m，強(qiáng)風(fēng)化層8～9m。凍土層厚度3～5m。2.2.2不連續(xù)多年凍土濕潤型段該段海拔高程4347～4333m，設(shè)計里程K314+200～K314+500和K314+650～K314+950，全長600m。路基上方丘狀草皮發(fā)育，潮濕，有少量季節(jié)性淺層地下水出露，多年形成斑土，并有小型凍脹丘，有少量凍拔石。路基下方草皮發(fā)育，地面稍平整，K314+650～K314+950路線右側(cè)有季節(jié)性積水坑。上限位置1.34～1.48m，上限含水量W=25.78%。第四紀(jì)厚度5～6m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度8～9m。凍土層厚度6～10m。2.2.3連續(xù)多年凍土干燥型段該段海拔高程4388～4381m，設(shè)計里程K317+100～K317+700，全長600m。地表有少量積水坑，植被較好，但地表較干燥，有凍脹裂縫，無礫塊石裸露。上限位置1.28m，上限含水量W=40.82～58.63%。干容重ρd=0.81～1.14g/cm3。第四紀(jì)厚度5～6m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度7～8m。凍土層厚度大于15m。2.2.4連續(xù)多年凍土濕潤型段該段海拔高程4484～4474m，設(shè)計里程K321+640～K322+240，全長600m。地表為高山草甸，丘狀草皮發(fā)育，地表季節(jié)性積水坑較多，潮濕。路基上方開挖，天然地表排水溝兩側(cè)熱融滑塌嚴(yán)重。上限位置1.15～1.20m，上限含水量W=156.62～196.38%，干容重ρd=0.33g/cm3。第四紀(jì)厚度約為5～6m，凍土層厚度大于40m。晴3續(xù)試驗路娘與觀測網(wǎng)箱設(shè)計洪3.椅1盈試驗路眉設(shè)計引試驗卸路的設(shè)計廊主要為路謠基設(shè)計和聯(lián)路面設(shè)計價，路基、單路面設(shè)計跡遵循的原析則：址夢虜(1胃)必采用嚴(yán)格俘保護(hù)凍土怕原則的路損段，屬連書續(xù)多年凍刺土濕潤型撲；防攏浩(2名)誦不能保護(hù)筑凍土，僅雹僅盡可能肝地減緩凍拾土層的融同化速率，放直到其完啞全退化為礦季節(jié)凍土鴿為止，在悅公路正常礎(chǔ)運行期以最局部修補(bǔ)炊為主，避果免大規(guī)模淚的融沉、閉翻漿等病導(dǎo)害。此種壯路段有不士連續(xù)多年塑凍土區(qū)濕隨潤型凍土排島及未來麻可能退化臂為凍土島亭的濕潤型黃連續(xù)多年合凍土區(qū)；均浮伐(3鑒)錘以保護(hù)凍鈔土為主，慌允許緩慢叨融化為原乎則的路段姐，有連續(xù)潑多年凍土虧干燥型和粉不連續(xù)多羅年凍土干捕燥型凍土楚島。捆根據(jù)近以上設(shè)計截原則，路席基高秀度膠(杠原天然地次面算賞起彈)鞭分別愧為押1.耀5鵲、輪2.銜0違、霧2.榆5停、厲3.0竊m堤四種，路粘基寬齒度頌8.5堡m哀，無側(cè)向懸保護(hù)結(jié)構(gòu)凡。割試驗歇路系在原元舊路的基夾礎(chǔ)上改建孕而成。為路保證今后聲科研觀測艷的效萌果貌半，路基加顧寬部分填闊土，要和獨原路基土鹽相同，提俘高路基部灰分土要用戰(zhàn)碎濃(顧礫走)尼石土。損為研聚究在不同跑路面類型賀下，路基悶的穩(wěn)定性制及凍土上凈限的變化腸，確定試票驗路的路呈面形式為攪：中粒式親瀝青碎石爬路河面被(1.8卸0km賴)浴，厚郊度個4c短m孟；水泥混昂凝土路擾面針(0.3劇0km迎)煩，厚犧度儉20c床m塘；砂礫路匯面用(0.1躁0km核)松，厚截度針15c芹m傅。喂中粒見式瀝青碎由石路面設(shè)桂計累計當(dāng)笨量軸唇次酸(BZZ嫂-100乏)眠為普2.64鍋×10牙6甚次，設(shè)計讀使用年穩(wěn)限蒸1紀(jì)2鞋年蔑(葉L始R腔=0.6商86mm鴿)定。渾水泥礎(chǔ)混凝土路連面設(shè)計累串計當(dāng)量軸熱次絮(BZZ寬-100各)棟為驚7.83泡×10春5普次，設(shè)計寬使用年灶限備2魂0拾年，設(shè)計怖抗折強(qiáng)度桶為股4.0M疊P吩a喪。涂試驗師路路基、輔路面設(shè)計壁情況如顫表槽1脈授。集試驗路路化基、路面扇設(shè)計一覽粗表愛表廈1盜序號催起訖樁號蜘長度謹(jǐn)路面類型便路基高謠度窩(鍋m)糠凍土類型宰1租K310幣+00燕0陡～良K310臘+300否300綿瀝青砼確1.說5膛、沉2.0縣連續(xù)多年柜凍土干燥銅型凍土島閉2票K213渴+20德0出～復(fù)K314茶+500沫300田瀝青砼歇2.想0禍、孕2.5抱不連續(xù)多肉年凍土濕慶潤型凍土截島秩3上K314豐+65折0路～冒K314董+800冬150灶瀝青砼蘆2.巨0查、去2.5宴不連續(xù)多哥年凍土濕多潤型凍土播島艙4揚K314童+80五0念～軟K314周+950像150背水泥砼搬1.5瑞不連續(xù)多幟年凍土濕悼潤型凍土泛島民5釣K317蒸+10瘦0多～志K317策+700艘600組瀝青砼搭2.捧0廣、卸2.5填連續(xù)多年偵凍土干燥步型殺6幅K317硬+70沃0批～迎K317莫+800漏100速砂礫蔬2.0情連續(xù)多年繁凍土干燥軟型血7折K321壟+64折0弊～輪K321袋+790上150裁水泥砼堅2.0寬連續(xù)多年補(bǔ)凍土濕潤腳型蝴8餃K321籌+79雙0歐～供K322蓬+240透450據(jù)瀝青砼耗2.歲5星、距3.0悶連續(xù)多年凡凍土濕潤抵型樣合計繳2200監(jiān)3.墳2貿(mào)觀測網(wǎng)偽設(shè)計剝本研口究課題的涼核心是凍滅土的退化撥，即不同視狀態(tài)的凍均土延(緩連續(xù)多年蠻凍土、不獄連續(xù)多年煤凍慕土垂)世在全球大暈氣變化環(huán)濤境下多年國凍土退化枝趨勢和速段率，它是國基礎(chǔ)，也寶是討論其叫它因素參誰照的前提銳。這是一仇方面。第上二方面是塵地下水對菌凍土層的碌融蝕，不甚同路研面忙(常瀝青、水委泥混凝土悔、砂鳥礫除)欄及不同路束堤高度影蠟響下的退室化系數(shù)。存觀測網(wǎng)由殺氣象觀測項、地溫變乘化觀測、揭路基變形眾觀測等三施部分組成疾。丹3.2.鏡1發(fā)氣象盯氣象漸條件與多且年凍土的廳退化趨勢癢有著密切甜的關(guān)系。索氣象觀測蠅是為課題灑研究提供刃氣象基本健資料，以蔬利于對多憂年凍土退硬化趨勢和寸速率進(jìn)行翅預(yù)報。地修面氣象觀滾測的主要汁項目都是濫在觀測現(xiàn)限場內(nèi)通過燈各種儀器袋進(jìn)行的。號觀測地的揪選擇是否幅適宜，對臉觀測資料伙的代表性彼、準(zhǔn)確性播和比較性豬影響極大搜。并根據(jù)濕研究課題暮所需的氣業(yè)象資料和賓對氣象場矮地的要求繞，氣象場鉤地選擇去在協(xié)K311盈+00催0跟路線左側(cè)違，場地大迅小晃為遺20濫(謝南辯北跡)×16笑(嫁東熊西餐)(寸m漸世2義)挽，確定地柄面觀測的寶項目有：崖氣溫、濕嶼度、風(fēng)、饑降水、蒸培發(fā)、地溫幸等。氣象祥觀測場及房儀器的布劣置均按國旨家氣象觀把測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)庭行，氣象紫觀測時間蹄以我國確協(xié)定的北京漸時粗間用0池8纖、著1浴4裳、桃2判0瘋時進(jìn)行。還3.2.扶2奏地溫怎地溫欲觀測是對碗不同路面哀和不同路層堤高度及諷地下水對啦凍土層融粱蝕影響下愁的地下溫屯度觀測，乓以確定多斷年凍土的壤上限變化木情況，為旨分析路基愛變形奠定村基礎(chǔ)。孫為分凍析自然氣貞候變化多淋年凍土的棗退化趨勢且，期望恢直復(fù)乎2奪0繡年氣候變者化與地溫譯變化的直梳接聯(lián)系，緞在連續(xù)多夢年凍土隸區(qū)息K322省+90稍0才左側(cè)天然傭地面布設(shè)刻一匠個獎40烤m扛地溫觀測嫁孔。同時徑針對島狀腫凍土特點伙，為監(jiān)測究凍土島的雨退化情況宅，在島狀違凍土嚇區(qū)株K311垂+00棋0后路線左側(cè)噸天然地叛面獵(奪氣象觀測找場企內(nèi)姑)朵布設(shè)一課個罷15喜m由地溫觀測駛孔。這兩布個地溫觀區(qū)測孔對研數(shù)究多年凍刺土退化問蒙題有著重脈要的意義姜，希望能膽持續(xù)較長拉的時間，藍(lán)盡可能保臘留，延長狂使用壽命腹。濫地下朋水凍土層陣的融蝕是桃研究凍土料退化不容旁忽視的一剩個問題，艦為解刻決曉21調(diào)4跡線凍土島畜形成的基丘本條件及臨試驗路段氣地下水影睜響系數(shù)，茂考慮到地旦下水融蝕自對凍土層哲影響的深買度最大鵲為側(cè)6謹(jǐn)m葛。因此童在分K310災(zāi)+22太0秘、豐K314騰+35急0社、微K317慧+25伍0梅路線左側(cè)奏天然地面施布戰(zhàn)設(shè)盜3舊個水文孔浩，測量水蔥位變化及鳳水溫垂直頸梯度變化把，孔乳深酸5劃～餡6愉m接。損不同阿類型路面菊、路基高糊度對地溫完有不同影再響結(jié)果，冶在不同類泛型路面、荒路基高度餡選擇碎了所9魚個橫剖面部，分別在委路基左、乒右路肩、宏路中心布撤設(shè)測溫孔筐，能使不鏈同天然地乖面進(jìn)行比折較，同時券在天然地陸面布設(shè)測省溫孔。由慶于課題經(jīng)押費所限，西橫剖面布燈設(shè)測溫孔兩為全剖面誰與半剖面頌兩種。路之中心孔深虎度版為霧1麥2詢～殿13故m凱，路肩孔昆深度昂為痰0.濁8拋～床8.5暗m條，天然地裹面亦孔們6.騰0姜～崖6.5撐m旬。順地溫京測量孔總傾計呀3批7釣個，總有災(zāi)效孔緩深休337罰m俊，測溫路點劑45謝2鋪個，測溫競均采用高慨精度半導(dǎo)直體熱敏電鉤阻溫度計盤測量，精尾度紋0.00還1°癥C貍，測量結(jié)懷果計算由生計算機(jī)統(tǒng)芳一完成。泥計劃地溫到測量每叛年誦1評、勺2旁、外3造、追1舅2守月每月二緩次，每慈年椒4熔、緒5餓、稼6貓、保7風(fēng)、朽8蝶、站9綁、蹈1至0適、嚴(yán)1惜1饑月每月三嬌次，今后塵根據(jù)資料淡分蜜析居身，觀測次獨數(shù)可適當(dāng)固調(diào)整?？?.2.乎3皂路基變籃形觀測繪本研許究課題的仁最終目標(biāo)介就是解決誠在退化性租多年凍土蛙地區(qū)的路窮基、路面潛修筑的技案術(shù)難關(guān)。姥能最大限盛度的解決耳路基變形柴，也就是是本研究課票題的關(guān)鍵執(zhí)。因此，工路基變形劇觀測在整競個觀測網(wǎng)肝中有舉足效輕重的作葡用。海路基妙變形觀測被選擇角在涌9搏個測溫剖汁面前借后斃40裳m枝范圍內(nèi)，歸每間根隔備4月m疏埋設(shè)變形凱觀測點，救同時路基市橫向也設(shè)煙路基變形桂觀測點，悅每斷面襪布舟3崗3培個點，累廚計全試驗所路歇有欲29她7洽個變形點土?？紤]到允試驗路是濫在老路基店基礎(chǔ)上修柱筑而成形拘的，對于筒分層變形謙測量已沒馬有什么實膚際意義，卡故僅測量偏路基總變端形量。秤路基墨變形觀測矛基準(zhǔn)點利添用深度大稈于幅6宜m訂的天然地超面測量觀純測孔，路敘基變形觀崗測采用水諸準(zhǔn)儀，精突度鼠0.01黨m隨。觀測頻膛率同地溫哨觀測。4總結(jié)朋目前燦，試驗路隨及觀測網(wǎng)坦已勇于化199樸5蟲年墨1憶0奉月建成，宣并尼于癢199篩6齊年感5蠶月通過了喜由交通部?？萍妓窘M劃織的技術(shù)貪鑒定。觀陳測網(wǎng)的氣胃象觀測、處地溫變化廁觀測、路掀基