多年冻土隧道边仰坡及路堑边坡截排水系统及其施工方法

技术领域

    本发明属于公路隧道与路基工程技术领域，具体涉及一种多年冻土隧道边仰坡及路堑边坡截排水系统及其施工方法。

背景技术

全球多年冻土面积占陆地面积的25％，随着冻土区工程建设的不断展开，冻土与人类的经济活动愈加紧密,在冻土区修建的公路工程也愈来愈多。冻土区隧道洞口边仰坡或路堑开挖后，边仰坡暴露，改变冻土原有的水热平衡，在夏（暖）季，会形成融化圈，冻土中融化的地下水会向临空面汇集，导致边仰坡热融滑塌；地表水或热融水汇聚到边墙脚，会使边仰坡坡脚软化、失稳。在春夏及秋冬冷热交替季节，地下水会形成冻融圈，在冻胀作用影响下导致边仰坡防护开裂，或形成涎溜冰。冻土区边仰坡工程施工最重要的是保护冻土，加强对地表水以及冻结上限内融化水的处理，防止冻融现象的发生。以往在多年冻土地区，基本以填方路基为主，采用的截排水系统，一般有两种，一种是设置挡水埝，在挡水埝下方埋设延伸至多年冻土上限以下的止水板，用于阻隔冻结层上水，并在埝外设置排水沟；第二种是设置保温渗水暗沟，在暗沟上方设置排水沟。这两种排水系统主要适用于填方路基排水，但对隧道（路堑）边仰坡则存在以下问题：前者利用挡水埝处理地表水，而地下融水只是通过防水板进行简单的拦截，没有给融水提供排水通道，地下水易在挡水埝下方积聚，在暖末寒初季节，容易发生冻胀致地表隆起，地下融水会渗流到边仰坡面与挡护结构之间，导致挡护结构出现冻胀问题；后者考虑了地下融水的排放，但地表排水沟在经过几个冻融循环后，不管是预制水沟还是浆砌片石水沟均会出现不同程度的损坏，使地表排水系统失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合考虑多年冻土区地表水和地下融水处理、结构形式简单、排水性能好的多年冻土隧道边仰坡及路堑边坡截排水系统及其施工方法。

本发明所采用的技术方案是：

多年冻土隧道边仰坡及路堑边坡截排水系统，其特征在于：

截排水系统设置有位于边仰坡坡顶的沟槽，沟槽底部为保温渗水暗沟，保温渗水暗沟中回填有原基坑土；

原基坑土的上方及沟槽靠近边仰坡的侧壁铺设隔水层；

沟槽剩余空间内设置被无纺土工布整体包裹的级配碎石，级配碎石上方回填有粘性土。

所述的隔水层自外向内依次为防水板、保温隔热层和另一层防水板。

所述的沟槽与边仰坡之间的地表设置有由粘性土填筑的挡水埝，挡水埝表层粘性土下方铺设有防水板。

所述的保温渗水暗沟的原基坑土中，设置有面向地下融水水流方向的防水板。

所述的沟槽的槽宽为1.2m，深入多年冻土上限以下0.6m。

远离边仰坡一侧的沟槽侧壁底部位于多年冻土上限以下的部分设置有隔水层，隔水层由自外向内依次铺设的防水板、保温隔热层和另一层防水板组成，隔水层延伸至多年冻土上限位置的土层中。

所述的级配碎石中位于多年冻土上限的位置处设置有双壁波纹管。

所述的多年冻土隧道边仰坡及路堑边坡截排水系统的施工方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：确定多年冻土上限的位置，开挖沟槽，沟槽宽1.2m，深入多年冻土上限以下0.6m；

步骤二：在沟槽底部的保温渗水暗沟中埋设防水板，防水板面向地下融水水流方向，防水板定位后及时用原基坑土回填，采用手扶式振动夯分层夯实；

步骤三：在保温渗水暗沟的回填原基坑土上方及沟槽靠近边仰坡的侧壁铺设隔水层，隔水层自外向内依次为防水板、保温隔热层和另一层防水板；在远离边仰坡一侧的沟槽侧壁底部位于多年冻土上限以下的部分也铺设隔水层，隔水层由自外向内依次为防水板、保温隔热层和另一层防水板，隔水层延伸至多年冻土上限位置的土层中；

步骤四：沟槽剩余空间内设置被无纺土工布整体包裹的级配碎石，级配碎石中位于多年冻土上限的位置处设置有双壁波纹管，级配碎石上方回填有粘性土，用手扶式振动夯分层夯实，回填至地表0.2cm时用原植被草皮进行覆盖；

步骤五：在沟槽与边仰坡之间的地表采用黏性土填筑挡水埝，挡水埝表层粘性土下方铺设有防水板，挡水埝表层用原草皮覆盖。

本发明首次将前截后挡排水机理应用到冻土区隧道洞口段临时边仰坡及路堑边坡排水中，前截即采用保温渗水暗沟截排地下融水，后挡即采用挡水埝处理地表水，具有以下几个优点：

1.功能全面，彻底阻断水源

本发明采用前截后挡机理，将挡水埝与保温渗水暗沟相结合，全面处理地表水和地下融水，彻底阻断了水源这一多年冻土区隧道（路堑）诱发边仰坡产生病害的主要因素。

2.结构形式简单可靠，排水性能好

本发明中的挡水埝与保温渗水暗沟挡排结合，协同工作，各司其责，相辅相成。挡水埝下方的地下融水不再是简单的阻挡，而是通过暗沟及时排走，降低暖末寒初之季土体冻胀程度，保障了挡水埝结构的安全以及地下融水向边仰坡面的渗流；保温渗水暗沟采用级配碎石回填，在经过长久的冻融循环后仍有很好的透水性、集水性、抗冻性，保温水沟上部做好隔水层，地表水通过挡水埝截挡，使地表水及时排放。

3.长期服役性好，减少养护成本

本发明的排水系统由于其结构稳定、不易失效，具有很好的长期服役性，解决了多年冻土区排水系统屡清屡堵，屡修屡坏的情况，极大的降低养护难度，减少工程投入与维护成本，在多年冻土区隧道（路堑）边仰坡排水中具有实用、耐久、少维护的优点。

附图说明

图1为本发明的截排水系统断面布置图。

图中，1-沟槽，2-挡水埝，3-粘性土，4-保温渗水暗沟，5-防水板，6-保温隔热层，7-双壁波纹管，8-级配碎石，9-无纺土工布，10-暗沟开挖线，11-多年冻土上限，12-边仰坡。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所述的隧道洞口段边仰坡及路堑边坡的截排水系统，设置有位于边仰坡12坡顶的沟槽1，沟槽1的槽宽为1.2m，深入多年冻土上限11以下0.6m。沟槽1底部为保温渗水暗沟4，保温渗水暗沟4中回填有原基坑土；原基坑土的上方及沟槽1靠近边仰坡的侧壁铺设隔水层；沟槽1剩余空间内设置被无纺土工布9整体包裹的级配碎石8，级配碎石8中位于多年冻土上限11的位置处设置有双壁波纹管7；级配碎石8上方回填有粘性土3。隔水层自外向内依次为防水板5、保温隔热层6和另一层防水板5。

沟槽1与边仰坡12之间的地表设置有由粘性土3填筑的挡水埝2，挡水埝2表层粘性土下方铺设有防水板5。保温渗水暗沟4的原基坑土中，设置有面向地下融水水流方向的防水板5。

远离边仰坡12一侧的沟槽1侧壁底部位于多年冻土上限11以下的部分设置有隔水层，隔水层由自外向内依次铺设的防水板5、保温隔热层6和另一层防水板5组成，隔水层延伸至多年冻土上限11位置的土层中。

本发明所述的截排水系统，具有排水性能全面、结构简单不易失效、养护费用低等优点，是保持多年冻土区隧道（路堑）边仰坡长期安全稳定的重要保障措施，以下为本发明的施工方法：

1、施工前结合实际冻结层面情况（即含冰量及冻结程度）准确地判断多年冻土上限的位置，宁深勿浅，每年9月底至10月中旬是青藏高原冻土最大限度融化时间，此时冻土融化最深，多年冻土上限显示清晰，而且地面没有冻结，地表承载力较弱，探槽易开挖。

2、沟槽开挖宜选在6至7月，此时，冻土初融，易挖不易垮，沟槽宽1.2m，深入多年冻土上限以下0.6m。坑槽用挖掘机倒退开挖，挖出的土堆至坑壁两侧，以备回填时用。

3、在沟槽底部的保温渗水暗沟中埋设防水板，防水板面向地下融水水流方向，阻隔冻结层上水的渗透流动。埋设的防水板要求伸展不卷曲，防水板定位后．及时用原基坑土回填坑槽。采用手扶式振动夯分层夯实，同时要尽量减小热扰动，尽快恢复至原冻土环境。

4、在原基坑土回填完成后，在保温渗水暗沟的回填原基坑土上方及沟槽靠近边仰坡的侧壁铺设隔水层，隔水层自外向内依次为防水板、保温隔热层和另一层防水板；在远离边仰坡一侧的沟槽侧壁底部位于多年冻土上限以下的部分也铺设隔水层，隔水层由自外向内依次为防水板、保温隔热层和另一层防水板，隔水层延伸至多年冻土上限位置的土层中，形成迎水面隔水层。

5、沟槽内填洗净级配碎石，回填至多年冻土上限处，安装φ200mm双壁波纹管，继续回填至坡面下方0.6m处，用无纺土工布将级配碎石层整体包裹，采用粘性土回填，用手扶式振动夯分层夯实，回填至地表0.2cm时用原植被草皮进行覆盖。

6、在沟槽与边仰坡之间的地表采用黏性土填筑挡水埝，当粘土来源困难时可采用粗颗粒土填筑。挡水埝应填筑密实，坡面平顺，表层全部用原草皮覆盖。同时对埝内、埝外高低不平、排水不畅的地段按一定坡度顺坡整平，使埝内、埝外不积水，确保排水畅通。

7、开挖洞口段边仰坡或路堑边坡，施工季节应避开雨季、暖季，根据需要设置遮阳棚，施工中将表层植被集中堆放，将坡面浮渣清除并将坡面清理干净，及时挡护工程，恢复植被。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。