1.本发明涉及路基填筑技术领域，具体地说，涉及一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法及装置。


背景技术：

2.多年冻土天然状态下分为两层：上部是夏融冬冻的活动层；下部是终年不融的多年冻结层。冻土上限是指多年冻土层的顶面(天然上限)。
3.在多年冻土区施工必定会对下部多年冻土造成扰动，引起下部多年冻土状态发生变化，研究表明路基填筑会引起下部多年冻土温度升高，短期内导致多年冻土退化，冻土上限下移，当附近水热环境发生改变时，可能会引起路基结构持续融化下沉、热融滑塌、结构歪斜等病害，因此施工过程中冻土场的稳定性对施工完成后路基结构的长期稳定性具有重要影响。
4.目前现有的路基填筑方法忽略了施工过程中路基下部多年冻土场的稳定性问题。
5.针对现有技术的问题，本发明提供了一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法及装置。


技术实现要素：

6.为解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法，所述方法包含以下步骤：
7.s1、在第一施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的天然冻土上限位置，并填筑第一层预设厚度的路基填料；
8.s2、静置至少一次冻融循环后，在第二施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的人为冻土上限位置；
9.s3、若所述人为冻土上限位置高于所述天然冻土上限位置，则表征多年冻土场的状态稳定，进行下一层路基填筑施工。
10.根据本发明的一个实施例，所述方法包含：利用综合物探技术对施工区域进行勘探，确定所述天然冻土上限位置以及所述人为冻土上限位置。
11.根据本发明的一个实施例，步骤s1包含：在填筑第一层预设厚度的路基填料前，不对原有地表进行清除，采用平地机整平后由振动机压实。
12.根据本发明的一个实施例，步骤s1包含：在填筑预设厚度的路基填料时，选用具有防冻胀作用的路基填料，按照分层填筑、分层压实的施工方法进行填筑。
13.根据本发明的一个实施例，步骤s1包含：依据施工当地的季节性冻结深度以及季节性活动层厚度，确定所述第一层预设厚度。
14.根据本发明的一个实施例，步骤s1包含：填筑第一层预设厚度的路基填料后，在路基两侧沿路基边坡修筑护道，以对路基边坡起到加固作用，并防止路基坡脚积水。
15.根据本发明的一个实施例，步骤s3包含：
16.若所述人为冻土上限位置高于所述天然冻土上限位置，则表征多年冻土场呈稳定状态，在进行下一层路基填料时，填筑第二预设厚度的路基填料；
17.若所述人为冻土上限位置低于或等于所述天然冻土上限位置，则表征多年冻土场呈不稳定状态，需要延缓下一层路基填筑施工。
18.根据本发明的一个实施例，所述方法包含：
19.s4、进行下一层路基填筑施工后，测量得到路基顶面高度，若所述路基顶面高度小于设计标高，则循环执行步骤s2以及步骤s3。
20.根据本发明的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行如上任一项所述的方法步骤的一系列指令。
21.根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于多年冻土场稳定的路基填筑装置，执行如上任一项所述一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法，所述装置包含：
22.第一施工模块，其用于在第一施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的天然冻土上限位置，并填筑第一层预设厚度的路基填料；
23.第二施工模块，其用于静置至少一次冻融循环后，在第二施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的人为冻土上限位置；
24.比较确定模块，其用于若所述人为冻土上限位置高于所述天然冻土上限位置，则表征多年冻土场的状态稳定，进行下一层路基填筑施工。
25.本发明提供的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法及装置，具备以下优点：
26.(1)本发明的下一层路基填筑施工是在保证路基下部多年冻土场稳定的情况下进行的，避免了多年冻土退化，附近水热环境发生改变时，可能会引起的路基结构持续融化下沉、热融滑塌、结构歪斜等病害；
27.(2)本发明通过多次路基填筑过程，能够加速路基填筑后冻土上限的恢复；
28.(3)本发明可以减少相应冻土保护工程措施的设置，如块石层、热棒、通风管等，减少工程量，节约施工成本。
29.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
30.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
31.图1显示了根据本发明的一个实施例的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法流程图；
32.图2显示了根据本发明的另一个实施例的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法流程图；
33.图3-图8显示了根据本发明的一个实施例的冻土上限变化示意图；以及
34.图9显示了根据本发明的一个实施例的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑装置结构框图。
35.在附图中各附图标记的含义如下：1-多年冻土层，2-冻土上限，3-季节性活动层，
4-路基填料1，5-护道，6-路基填料2。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。
37.现有技术(陈震.青藏高原多年冻土地段路基施工[j].中国铁路，2004(09):59-61.)采取分层填筑、分层压实的施工方法，按路基全宽水平分层，逐层向上填筑。按“四区段、八流程”方法进行施工。
[0038]“四区段”是将作业面分为卸料区、摊铺区、碾压区和检测区，做到界限分明，以便控制摊铺厚度、平整度、含水量，碾压范围和碾压遍数，防止漏压。
[0039]“八流程”是指填料选择、基底处理、摊铺平整、含水量控制、振动碾压、检测签认、路基成型、边坡修整。整个路堤施工做到区段分明，流程合理，保证施工质量符合规范要求。填筑时用自卸车运输填料，推土机摊铺、初平，平地机终平，重型振动压路机碾压。机械处理不到的边角、涵洞边及台后，用人工配合摊铺及小型夯实机械压实。但是，现有技术(陈震.青藏高原多年冻土地段路基施工[j].中国铁路，2004(09):59-61.)忽略了施工过程中路基下部多年冻土场的稳定性问题。
[0040]
现有技术(王运诗.青藏铁路多年冻土区路基设计原则与施工[j].安徽建筑，2009，16(02):81-83.)对基底多年冻土进行换填处理的低路堤，换填宽度和深度均应满足设计要求。路堤施工选择在融化期，施工进度要有一定的限制。对高路堤应分年度施工。因填土中易积蓄热量，若高路堤填筑厚度过高，寒季到来时，地基与堤身土并未完全冻结，在上部路堤表层冻土和基底多年冻土之间存在未冻土层(融土核)，不利于路堤的稳定。填筑厚度不应超过季节冻结可能达到的深度与填土时活动层厚度之差。但是，现有技术(王运诗.青藏铁路多年冻土区路基设计原则与施工[j].安徽建筑，2009，16(02):81-83.)对基底多年冻土进行换填处理，可能对下部多年冻土产生扰动，忽略了施工过程中路基下部多年冻土场的稳定性问题。
[0041]
图1显示了根据本发明的一个实施例的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法流程图。
[0042]
如图1所示，在步骤s101中，在第一施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的天然冻土上限位置，并填筑第一层预设厚度的路基填料。
[0043]
在一个实施例中，在步骤s101中，在填筑第一层预设厚度的路基填料前，不对原有地表进行清除，采用平地机整平后由振动机压实。
[0044]
在一个实施例中，在步骤s101中，在填筑预设厚度的路基填料时，选用具有防冻胀作用的路基填料，按照分层填筑、分层压实的施工方法进行填筑。
[0045]
在一个实施例中，在步骤s101中，依据施工当地的季节性冻结深度以及季节性活动层厚度，确定第一层预设厚度。
[0046]
在一个实施例中，在步骤s101中，填筑第一层预设厚度的路基填料后，在路基两侧沿路基边坡修筑护道，以对路基边坡起到加固作用，并防止路基坡脚积水。
[0047]
如图1所示，在步骤s102中，静置至少一次冻融循环后，在第二施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的人为冻土上限位置。具体来说，利用综合物探技术对施工区域进行
勘探，确定天然冻土上限位置以及人为冻土上限位置。
[0048]
如图1所示，在步骤s103中，若人为冻土上限位置高于天然冻土上限位置，则表征多年冻土场的状态稳定，进行下一层路基填筑施工。
[0049]
在一个实施例中，在步骤s103中，若人为冻土上限位置高于天然冻土上限位置，则表征多年冻土场呈稳定状态，在进行下一层路基填料时，填筑第二预设厚度的路基填料。
[0050]
在一个实施例中，在步骤s103中，若人为冻土上限位置低于或等于天然冻土上限位置，则表征多年冻土场呈不稳定状态，需要延缓下一层路基填筑施工。
[0051]
进一步地，一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法还包含步骤s104：在步骤s104中，进行下一层路基填筑施工后，测量得到路基顶面高度，若路基顶面高度小于设计标高，则循环执行步骤s102以及步骤s103。
[0052]
图2显示了根据本发明的另一个实施例的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法流程图。
[0053]
在多年冻土区修筑路基后，原天然地层的热平衡条件和水文条件发生改变，必然引起天然上限位置发生变化，进而形成路基人为上限，路基人为上限位置在原天然上限位置以上，表明路基的热稳定性是好的，否则路基的热稳定性不利于路基稳定。多年冻土区路基填筑后路基下方的人为上限一般会随着时间的推移逐渐上升，人为上限上升有利于路基结构的稳定性。
[0054]
基于此，本发明提出一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法，该施工方法考虑了施工过程中多年冻土场的稳定性问题，具体来说：
[0055]
第一施工阶段：路基填筑前先利用综合物探技术如地质雷达、地震折射波法等确定天然地基冻土上限h1，然后填筑第一层预设厚度h1的路基填料，经过至少一次冻融循环(例如：一次冻融循环为一年)后，填料热量逐渐耗散，冻土上限上升。
[0056]
第二施工阶段：施工前再利用综合物探技术判断冻土上限是否上升，冻土上限上升有利于路基结构的稳定性，若冻土上限恢复到h1以上则可以进行下一层路基填筑施工，填筑第二预设厚度的路基填料；若未上升则在保证整体施工进度的情况下延缓路基填筑进程。
[0057]
如图2，在步骤一中确定天然地基冻土上限h1。具体来说，采用综合物探技术对施工区域进行勘探，确定天然冻土上限位置h1(如图3所示，天然地表为高度为0，天然地表以上为正值，天然地表以下为负值)。采用综合物探技术确定冻土上限无需专门埋设传感器，工程量小，可检测范围大。
[0058]
如图2，在步骤二中对天然地表整平、压实。具体来说，对原有地表不清除，并采用平地机整平，由振动机压实。不清除地表有利于减少对下部多年冻土的扰动。
[0059]
如图2，步骤三中填筑路基填料1(即首次填筑)。具体来说，选用防冻胀类型路基填料，按照分层填筑、分层压实的施工方法进行填筑，第一施工阶段填筑总厚度为h1。假设当地季节性性冻结深度为h2，季节性活动层厚度为h3，则h1应满足：h1≤h
2-h3。
[0060]
进一步地，若部分路段在路基填料施工过程中周围水热环境发生变化，如坡脚积水，线路沿线由于施工开挖导致的热融湖塘等，则需要对该区域的路基结构增加采取相应措施，具体措施包括完善排水措施及时将线路沿线附近水排出，增设热棒以增加下部多年冻土的散热等。
[0061]
如图2，步骤四中修筑路基两侧护道。具体来说，步骤三完成后，需要在路基两侧沿路基边坡修筑护道。在一个实施例中，护道宽2m，高1m。修筑路基两侧护道一方面可以对路基边坡起到加固作用，另一方面可以防止路基坡脚积水现象的发声。
[0062]
如图2，步骤五中进行路基填料散热。具体来说，路基填料填筑1(即首次填筑)完成后，需要静置一年(即至少一次冻融循环)，目的是让已经填筑的路基填料充分与外界环境进行热交换，减少路基填料向下部多年冻土传递的热量。一般情况下，这一年内冻土上限先下降后上升。图4显示了第一施工阶段路基填筑后冻土上限下移，图5显示了第一个冻融循环后冻土上限上移。
[0063]
如图2，步骤六中，在第二施工阶段前确定人为冻土上限位置h2。具体来说，第一施工阶段的路基填料1经过至少一次冻融循环后，路基填料热量得到充分耗散，人为上限逐渐上移。采用综合物探技术确定第二次施工阶段前的人为冻土上限位置h2。
[0064]
如图2，步骤七中填筑路基填料2(即二次填筑)。具体来说，若人为冻土上限位置h2满足h
2-h1≥0，则说明此时人为冻土上限位置高于原天然地基冻土上限，目前的下部多年冻土场呈稳定状态，此时可以进行路基填料2的填筑，填筑厚度可以稍大于h1。图6显示了第二施工阶段路基填筑后冻土上限下移。图7显示了第二施工阶段路基填筑后冻土上限逐渐恢复。
[0065]
进一步地，若测得人为冻土上限位置h2与天然地基冻土上限h1之间的关系为h
2-h1≤0，说明路基填料自身携带的热量对下部多年冻土影响较大，若此时继续填筑填料下部多年冻土会呈现继续融化的趋势，不利于路基结构的稳定性。因此路基填筑需要适当延缓。
[0066]
如图2，步骤八中确定路基顶面标高。具体来说，现场测量路基顶面高度，并与路基设计标高进行对比。若施工路基顶面高度小于设计标高，则需要循环步骤五至步骤七。
[0067]
如图2，步骤九中路基施工完成。具体来说，若施工路基顶面高度达到设计标高，则路基填筑施工完成。图8显示了路基填筑后冻土上限不断上移。
[0068]
本发明在第二施工阶段填筑前需要采用综合物探技术确定冻土上限已经恢复至原天然地基冻土上限及以上，确保了多年冻土场处于稳定状态，避免了多年冻土退化，附近水热环境发生改变时，可能会引起的路基结构持续融化下沉、热融滑塌、结构歪斜等病害。
[0069]
本发明提供的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法及装置还可以配合一种计算机可读取的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，执行计算机程序以运行一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法。计算机程序能够运行计算机指令，计算机指令包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
[0070]
计算机可读取的存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
[0071]
需要说明的是，计算机可读取的存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读取的存储介质不包括电载波信号和电信信号。
[0072]
图9显示了根据本发明的一个实施例的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑装置
结构框图。如图9所示的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑装置执行一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法，其包含：第一施工模块901、第二施工模块902以及比较确定模块903。
[0073]
具体来说，第一施工模块901用于在第一施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的天然冻土上限位置，并填筑第一层预设厚度的路基填料；第二施工模块902用于静置至少一次冻融循环后，在第二施工阶段，探测得到多年冻土场中地基土的人为冻土上限位置；比较确定模块903用于若人为冻土上限位置高于天然冻土上限位置，则表征多年冻土场的状态稳定，进行下一层路基填筑施工。
[0074]
综上，本发明提供的一种基于多年冻土场稳定的路基填筑方法及装置，具备以下优点：
[0075]
(1)本发明的下一层路基填筑施工是在保证路基下部多年冻土场稳定的情况下进行的，避免了多年冻土退化，附近水热环境发生改变时，可能会引起的路基结构持续融化下沉、热融滑塌、结构歪斜等病害；
[0076]
(2)本发明通过多次路基填筑过程，能够加速路基填筑后冻土上限的恢复；
[0077]
(3)本发明可以减少相应冻土保护工程措施的设置，如块石层、热棒、通风管等，减少工程量，节约施工成本。
[0078]
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0079]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0080]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0081]
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0082]
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
[0083]
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，
但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。