一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法技术

一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法，本发明专利技术涉及道路工程和岩土工程技术领域，具体涉及一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法。本发明专利技术目的是为了解决现有减少冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法缺少连续的水平加筋元件来分担车辆荷载的垂直作用力；而且外部因素会导致路基下多年冻土上限不均匀下移，将导致其上的路面继续发生不均匀变形的问题。方法：对天然土体进行路堑开挖；钻垂直和倾斜钻孔；下套管；回填碎石缓冲层；铺设土工合成材料加筋层；回填粗粒土铺设路面结构层，再进行路基施工。本发明专利技术用于减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形。

【技术实现步骤摘要】
一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法
本专利技术涉及道路工程和岩土工程
，具体涉及一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法。
技术介绍
中国是世界第三冻土大国，多年冻土区总面积占中国国土面积的22.4％。青藏公路及黑龙江的漠北公路都有很长的路段修筑在多年冻土上，运营过程中产生了大量的道路变形。众所周知，路面变形通常是由于在运行过程中路基的地基土的承载力降低而引起的。这是由于各种物理和地质作用，包括多年冻土的融化有关。由于融化过程中多年冻土的上限的位置不明确，包含多年冻土的上限的路基的地基可能会遭受复杂的不均匀变形。基于多年冻土的上限在时间和空间上恒定的假设进行的设计决策可能是无效的。在黑龙江漠北公路采用清除多年冻土软弱层换填砂砾后，路基在运营后较短时间内完成了大部分的沉降量，后趋于稳定。但是该方法缺少连续的水平加筋元件来分担车辆荷载的垂直作用力；而且外部因素会导致路基下多年冻土上限不均匀下移，将导致其上的路面继续发生不均匀变形。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有减少冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法缺少连续的水平加筋元件来分担车辆荷载的垂直作用力；而且外部因素会导致路基下多年冻土上限不均匀下移，将导致其上的路面继续发生不均匀变形的问题，而提供一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法。本专利技术一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法具体按以下步骤进行：一、对天然土体开挖得到路堑；二、在路堑底部至多年冻土层上限位置之间，以正方形网格进行钻孔施工；所述钻孔施工包括垂直钻孔和倾斜钻孔，沿公路走向两侧设置倾斜钻孔，中间设置垂直钻孔；三、分别在垂直钻孔和倾斜钻孔内下入钢套管，在所述钢套管的下部填充砂子，上部填充混凝土，形成桩体；四、在路堑底部回填一层碎石缓冲层；五、在碎石缓冲层的顶部铺设土工合成材料加筋层；所述土工合成材料加筋层由碎石填充水平铺筑；六、在路堑内采用粗粒土回填至路面结构层底部形成粗粒土回填层，然后铺设路面结构层，再进行路基施工。本专利技术的有益效果：本专利技术能够减少或消除多年冻土上公路运营过程中产生变形的可能性；在复杂的工程和地质条件下道路运营的高度可靠性得以保障；消除了各种物理地质负面因素对路基发生作用引起的路面结构层修复的费用，降低了公路运营成本。附图说明图1为本专利技术减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的构造示意图；其中1为路面结构层，2为粗粒土回填层，3为碎石缓冲层，4为土工合成材料加筋层，5为桩体，6为多年冻土层上限位置。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法具体按以下步骤进行：一、对天然土体开挖得到路堑；二、在路堑底部至多年冻土层上限位置6之间，以正方形网格进行钻孔施工；所述钻孔施工包括垂直钻孔和倾斜钻孔，沿公路走向两侧设置倾斜钻孔，中间设置垂直钻孔；三、分别在垂直钻孔和倾斜钻孔内下入钢套管，在所述钢套管的下部填充砂子，上部填充混凝土，形成桩体5；四、在路堑底部回填一层碎石缓冲层3；五、在碎石缓冲层3的顶部铺设土工合成材料加筋层4；所述土工合成材料加筋层4由碎石填充水平铺筑；六、在路堑内采用粗粒土回填至路面结构层1底部形成粗粒土回填层2，然后铺设路面结构层1，再进行路基施工。本实施方式通过土工合成材料加筋层的结构结合填充土工合成材料加筋层空间的碎石一起重新分配了各部分之间载荷，从而确保了应力从过载区域传递到相邻的欠载区域，并承受到了拉应力。因此，考虑到来自碎石缓冲层，相对均匀的载荷被传递到垂直和倾斜桩体以及它们之间的土体上，从而显著减小了拉力。土工合成材料加筋层的层数由土工合成材料加筋层结构在实际计算以及给定载荷效果下的相互作用效率决定。在桩体的上部，由于来自土工合成材料加筋层和碎石缓冲层的压力而被土体压缩，而在下部，沿其侧面产生摩擦力。因此，采用垂直和倾斜的桩体以及碎石缓冲层及其重叠的“土工合成材料加筋层加固路基地基，使得路基地基、路堤以及路面结构层中各种变形的减少甚至完全被排除。本实施方式能够保障运营期间多年冻土区上任意时间、空间上的路面结构层的稳定。本实施方式开挖的深度不小于标准冻结深度，且不小于3～3.5m。本实施方式消除多年冻土融化引起的道路变形的物理过程如下：在道路运营的最初阶段，当多年冻土层上限与设计标高一致时，沉入钻孔中至多年冻土上限的钢套管用作端承桩，将路堤、路面结构层和车辆荷载的重量转移到多年冻土上限。借助于铺设的碎石缓冲层和土工合成材料加筋层来进行荷载在桩上的传递和分配。在道路进一步的运营中，由于自然因素和技术因素的综合影响可能产生多年冻土上限退化，伴随着上限下降。在这种情况下，钢套管的下端处于一层融化的土体中，该土体具有较低的承载能力。此时原来端承桩的作用模式发生了变化，钢套管变成了一个摩擦桩，其工作如下：管外侧与土体接触面承受上述载荷。土体中的横向压缩确保了这种垂直荷载在土体中的传递方案，垂直荷载路堤、路面结构层和车辆荷载的重量在垂直桩体之间对土体施加的压力，由碎石缓冲层和土工合成材料加筋层来进行荷载在桩上的传递和分配。而且，位于道路轴线两侧边缘的垂直桩体经历明显的水平变形，从而导致垂直桩体弯曲直到它们破坏。因此，边缘桩体设计为向道路轴线倾斜的，这使边缘桩体的计算模型得以改变：其特征是桩体开始受压与受弯同时工作。这样的设计方案避免了边缘桩体的破坏，由于明显地降低了弯矩和改变为压力传递到桩体上，这有利于桩体结构。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中开挖的深度不小于标准冻结深度。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述钻孔施工的桩距为2～2.5m，孔径为0.35～0.45m。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中两侧设置的倾斜钻孔与碎石缓冲层3和多年冻土层上限位置6形成梯形截面；所述倾斜钻孔相对于垂直钻孔的倾斜角度为10°～15°。其他与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四所述碎石缓冲层3的厚度为0.3～0.4m。其他与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤五中在碎石缓冲层3的顶部铺设土工合成材料加筋层4分为三种情况：①当桩长小于5m时铺设一层土工合成材料加筋层4；②当桩长为5～9m时铺设两层土工合成材料加筋层4；③当桩长大于9m时铺设三层土工合成材料加筋层4。其他与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：单层土工合成材料加筋层4的厚度为0.2～0.25m。其他与具体实施方式一至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法，其特征在于减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法具体按以下步骤进行：/n一、对天然土体开挖得到路堑；/n二、在路堑底部至多年冻土层上限位置(6)之间，以正方形网格进行钻孔施工；所述钻孔施工包括垂直钻孔和倾斜钻孔，沿公路走向两侧设置倾斜钻孔，中间设置垂直钻孔；/n三、分别在垂直钻孔和倾斜钻孔内下入钢套管，在所述钢套管的下部填充砂子，上部填充混凝土，形成桩体(5)；/n四、在路堑底部回填一层碎石缓冲层(3)；/n五、在碎石缓冲层(3)的顶部铺设土工合成材料加筋层(4)；所述土工合成材料加筋层(4)由碎石填充水平铺筑；/n六、在路堑内采用粗粒土回填至路面结构层(1)底部形成粗粒土回填层(2)，然后铺设路面结构层(1)，再进行路基施工。/n

【技术特征摘要】
1.一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法，其特征在于减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法具体按以下步骤进行：
一、对天然土体开挖得到路堑；
二、在路堑底部至多年冻土层上限位置(6)之间，以正方形网格进行钻孔施工；所述钻孔施工包括垂直钻孔和倾斜钻孔，沿公路走向两侧设置倾斜钻孔，中间设置垂直钻孔；
三、分别在垂直钻孔和倾斜钻孔内下入钢套管，在所述钢套管的下部填充砂子，上部填充混凝土，形成桩体(5)；
四、在路堑底部回填一层碎石缓冲层(3)；
五、在碎石缓冲层(3)的顶部铺设土工合成材料加筋层(4)；所述土工合成材料加筋层(4)由碎石填充水平铺筑；
六、在路堑内采用粗粒土回填至路面结构层(1)底部形成粗粒土回填层(2)，然后铺设路面结构层(1)，再进行路基施工。


2.根据权利要求1所述的一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法，其特征在于步骤一中开挖的深度不小于标准冻结深度。


3.根据权利要求1所述的一种减少多年冻土区公路运营期间融化沉降变形的方法，其特征在于步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵茂才，古德俩夫采夫·谢尔盖，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23