过水路面在大庆油田的适用性0120

过水路面在大庆油田的适用性大庆油田有限责任公司油田建设设计研究院2010年1月 大庆油田有限责任公司 油田建设设计研究院 过水路面在大庆油田的适用性编 制 人：王会军 张维斌审 核 人：王胜存 审 定 人：付春江参 加 人：黄碧中 袁淑茹 崔志军 宋丽莉15目录一、过水路面的由来和在大庆油田的应用1二、各种路面的适用性21. 沥青混合料路面22. 水泥混凝土路面4三、道路方案及经济分析51. 方案要素52. 经济评价73. 方案对比11四、过水路面的适用范围13附录：公路技术标准规范中有关路基填高的条文 大庆油田有限责任公司 油田建设设计研究院 过水路面在大庆油田的适用性一、 过水路面的由来和在大庆油田的应用过水路面原本是用于低等级公路越过宽浅河沟、洪水持续时间短暂、平时无流水的路段代替桥涵，或者河滩、泄洪区避免路堤阻碍行洪、限制道路高度而又允许洪水漫过的道路，我国西北地区应用较多。过水路面的路面结构大部分在地面以下，容易受地下水和地面水的影响，要求水稳性好，因此大多采用混凝土路面。近年来，大庆油田为了节约投资、提高道路服务质量，相继在敖南和齐家北产能区块的油田井排路上应用了过水路面。图1敖南井排路照片，路基高度30cm40cm。图2是齐家北井排路标准横断面图，路面边缘高出两侧地面仅10cm。这两种过水路面沿线均没有设置穿水涵洞或截水边沟。图1 敖南井排路图2 齐家北井排路标准横断面图敖南型和齐家北型过水路面各有优缺点。敖南型纵坡较平顺，路面结构受地下水影响小些，但耕地路段雨季易淹地而引发经济纠纷；齐家北型则反之，雨季过水较容易，但纵坡随着地表面起伏，行车不太平顺，坑洼路段雨季也容易积水。实际上，过水路面是一种道路型式，而不仅仅是一种路面结构。和目前油田常用道路建设标准相比，过水路面的优点是少占耕地、节约土方、省去涵洞、减少维修工作量。二、 各种路面的适用性因为当前油田道路主要采用沥青混凝土、沥青碎石及拌合法表处路面，过水路面则是水泥混凝土路面，所以下面对各种路面结构的适用性进行详细分析。1. 沥青混合料路面沥青混凝土、沥青碎石及拌合法表处路面，这三种路面均属于沥青混合料路面，施工工艺上属于拌和法，是把具有一定级配的矿料和沥青拌和后，摊铺压实而成的路面。拌和法施工机械化及自动化程度较高，不仅需要沥青洒布车和压路机，而且需要更重要的拌合站和摊铺机。因拌合时能自动清洗、烘干、筛分、掺配碎石，摊铺时能自动找平，故对材料质量和技工水平的包容性要好得多，对施工气温的要求也宽，容易保证质量，是比较先进的施工方法。与水泥混凝土路面相比，沥青混合料路面具有表面平整无接缝、行车舒适震动小、施工机械化程度高、养护维修容易等优点。因沥青混合料路面属于柔性路面，本身抗弯刚度较低，其强度和稳定性在很大程度上取决于路面基层和土基。沥青混凝土的矿料含有石粉并按最佳密实原则配制，空隙率35%，因密实不透水而耐久性较好但热稳性略差。沥青混凝土属于高级路面，使用寿命可以达到1215年，以前国内常用于等级较高的公路。近年来由于经济的发展，各级公路都有应用，现行的国家标准和公路标准也放开了它的应用范围。适用于较薄路面面层的沥青碎石属于半开级配，矿料中细颗粒含量少，不含或少含矿粉，空隙率6%12%。如果沥青碎石用在路表、厚度不大于3cm，就是拌和法沥青表处。热拌沥青碎石路面属次高级路面，适用于二级及二级以下公路，从外观上看，与沥青混凝土路面基本相同，只是表面略显粗糙。这种路面在强度上是按半嵌挤半密实原则构成的，嵌挤与密实并重。与沥青混凝土相比，沥青碎石具有高温稳定性较好、沥青用量少造价较低的优点，其缺点是具有较大的空隙率而容易进水，不仅降低了石料与沥青的粘结力导致强度较低、耐久性较差，而且容易引起路面基层软化沉陷，引起面层与基层脱离，进而造成路面沉陷和松散。因此，仅用沥青碎石做路面面层，必须采用水稳性好的路面基层，还要做好沥青下封层或透层防水并加强层间结合。沥青碎石面层本身的空隙率也应严格控制在10以下，不宜过大。大庆及附近地区沥青混合料路面的施工能力较强，大庆油田路桥工程公司和道路管理公司都有比较先进的拌合摊铺设备和较强的能力，肇源和安达的筑路公司也有拌合摊铺设备。多年来大庆油田交通量较大、等级较高的道路均为沥青混凝土路面，采用半刚性路面基层后已经克服了容易翻浆的弊病，采用重交通道路沥青后裂缝、拥包等病害也大大减轻。2. 水泥混凝土路面 过水路面一般采用水泥混凝土面层。目前应用最广泛的水泥混凝土路面是就地浇筑的、除接缝区和局部范围（边缘和角隅）外不配置钢筋的普通混凝土路面。与其它类型路面相比，水泥混凝土路面具有以下优点：） 强度高。具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力。） 耐久性好。混凝土路面的水稳性、热稳性均较好，特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青路面的那种“老化”现象，因此经久耐用，一般能使用2030年，而且它能通行包括履带式车辆等在内的各种运输工具。） 施工比较方便。和沥青混凝土路面相比，施工设备简单，技术通用性强，小型工程只需混凝土搅拌机和建筑工人即可施工。） 由于较高的抗弯拉强度使路面基层受力小，因而对基层强度要求低于其它路面。） 有利于节能。混凝土路面属于刚性路面，在车轮作用下弯沉很小，行车耗油小于其它路面。 但是，水泥混凝土路面也存在一些缺点，主要有以下几方面：） 有接缝。一般混凝土路面要建造许多接缝，这些接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车振动，影响舒适性，接缝又是路面的薄弱点，如处理不当，将导致路面板边和板角处破坏。） 开放交通较迟。一般混凝土路面完工后，要经过28天的潮湿养生，才能开放交通，如需提早开放交通，则需采取特殊措施。） 修复困难。混凝土路面损坏后，开挖很困难，修补工作量也大，因养生时间长而影响交通。三、 道路方案及经济分析路基和路面是一个相辅相成、不可分离的整体。路基是路面的基础，坚固的路基是路面平整坚实的保证；路面则保护路基不直接承受车辆和气候的破坏，长期保持稳定。油田道路有新建、改建之分，所在位置不同也使水文地质、材料运距等条件不同，为了“有钢使在刀刃上”，在可能的经济条件下提高道路服务质量，既要遵循道路建设本身的客观规律，也要充分考虑各种条件下路基路面的特点，选择不同的路面结构和路基填高，采用性价比最高的方案。下面以新建井排路为例进行经济分析。1. 方案要素以前井排路常用横断面见图3，排水沟在地势较高一侧，由于路基放坡及设排水沟，占地较多，并需设置串水涵洞。但路床处于干燥或中湿状态，使路面具有一次性投资低且不易冻胀翻浆等优点。过水路面横断面见图4，相对于图3过水路面具有占地较少、不需设置涵洞等优点。但存在路面一次性投资高、纵坡不顺、易被积雪掩埋等缺点。结合大庆油田目前常规井排路及过水路面设计，列出6个方案路基土方、路面结构、占地面积等要素，其中方案1方案为不同路面结构的常规井排路，方案4方案6为不同槽底干湿类型的过水路面，详见表1。材料运距较近时垫层用石灰粉煤灰土(12:35:53)，运距较远则用水泥石灰土(4:6:90)，石灰粉煤灰碎石比例为10:20:70。水泥混凝土路面总厚度根据槽底干湿类型、路基土类、季节性冰冻地区的冻深等综合确定，应保证路面整体强度和满足最小防冻厚度需要。表1 每公里道路方案要素方案编号路面类型路面结构宽3.5m路面面积m2路基（m）土方量（m3）占地m2宽度均高就地外运1沥青表处(拌和法）新建常规井排路3cm拌和法沥青表处+透层+10cm泥灰结碎石+30cm石灰粉煤灰土（水泥石灰土）35006.50.714002490150002沥青碎石新建常规井排路4cm沥青碎石+透层+15cm石灰粉煤灰碎石+30cm石灰粉煤灰土（水泥石灰土）35006.50.6514001950150003沥青混凝土新建常规井排路5cm沥青混凝土+透层+15cm石灰粉煤灰碎石+30cm石灰粉煤灰土（水泥石灰土）35006.50.6514001910150004水泥混凝土过水路面20cm水泥混凝土+35cm石灰粉煤灰土（水泥石灰土）路槽底面处于干燥状态38004.50.150068005水泥混凝土过水路面20cm水泥混凝土+15cm石灰粉煤灰碎石+40cm石灰粉煤灰土（水泥石灰土）路槽底面处于中湿状态38004.50.150068006水泥混凝土过水路面20cm水泥混凝土+15cm石灰粉煤灰碎石+40cm石灰粉煤灰土（水泥石灰土）+20cm砂砾路槽底面处于潮湿状态38004.50.15006800图3 新建井排路常用横断面图图4 过水路面横断面图2. 经济评价不同材料运距时外围油田各种道路费用估算及现值见表2表5，老区油田见表6表7，其中每次重建费用采用改建井排路一次建设费用。从表中看出，外围油田20年现值不论耕地还是草地方案4均最低，方案5次之，方案6随着材料运距的不同而有所变化，与方案1方案相比15km运距时现值略低，30km运距时现值基本持平，60km及110km运距时现值则明显偏高。老区油田20年现值过水路面方案4方案6均高于常规井排路方案1方案3。表2 外围油田15km运距各方案费用及现值（万元/每公里）方案编号路面类型首建费用 占地费每次重建费用使用年限每年养护费建养费现值现值合计耕地草地耕地草地1沥青表处（拌和法）54.2 94.2 86.7 28.4 8.0 0.8 80.4174.6167.12沥青碎石60.0 94.2 86.7 35.9 10.0 0.7 79.8174.0166.53沥青混凝土65.4 94.2 86.7 41.8 12.0 0.5 83.0177.2169.74水泥混凝土过水路面（槽底干燥）95.8 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 97.5140.2136.85水泥混凝土过水路面（槽底中湿）111.0 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 112.7155.4152.06水泥混凝土过水路面（槽底潮湿）123.8 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 125.5168.2164.8表3 外围油田30km运距各方案费用及现值（万元/每公里）方案编号路面类型首建费用 占地费每次重建费用使用年限每年养护费建养费现值现值合计耕地草地耕地草地1沥青表处（拌和法）58.6 94.2 86.7 32.1 8.0 0.8 87.4181.6174.12沥青碎石65.3 94.2 86.7 40.5 10.0 0.7 86.9181.1173.63沥青混凝土70.5 94.2 86.7 45.8 12.0 0.5 89.4183.6176.14水泥混凝土过水路面（槽底干燥）102.9 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 104.6147.3143.95水泥混凝土过水路面（槽底中湿）121.1 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 122.8165.5162.16水泥混凝土过水路面（槽底潮湿）138.0 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 139.7182.4179.0表4 外围油田60km运距各方案费用及现值（万元/每公里）方案编号路面类型首建费用 占地费每次重建费用使用年限每年养护费建养费现值现值合计耕地草地耕地草地1沥青表处（拌和法）59.5 94.2 86.7 34.3 8.0 0.8 89.8184.0176.52沥青碎石67.7 94.2 86.7 44.2 10.0 0.7 90.7184.9177.43沥青混凝土72.7 94.2 86.7 49.3 12.0 0.5 92.7186.9179.44水泥混凝土过水路面（槽底干燥）106.6 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 108.3151.0147.65水泥混凝土过水路面（槽底中湿）128.3 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 130.0172.7169.36水泥混凝土过水路面（槽底潮湿）151.6 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 153.3196.0192.6表5 外围油田110km运距各方案费用及现值（万元/每公里）方案编号路面类型首建费用 占地费每次重建费用使用年限每年养护费建养费现值现值合计耕地草地耕地草地1沥青表处（拌和法）66.3 94.2 86.7 40.6 8.0 0.8 100.9195.1187.62沥青碎石77.1 94.2 86.7 52.9 10.0 0.7 103.5197.7190.23沥青混凝土81.8 94.2 86.7 57.8 12.0 0.5 104.5198.7191.24水泥混凝土过水路面（槽底干燥）119.3 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 121.0163.7160.35水泥混凝土过水路面（槽底中湿）147.9 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 149.6192.3188.96水泥混凝土过水路面（槽底潮湿）181.9 42.7 39.3 0.0 20.0 0.2 183.6226.3222.9表6 老区油田15km运距各方案费用及现值（万元/每公里）方案编号路面类型首建费用 占地费每次重建费用使用年限每年养护费建养费现值现值合计耕地草地耕地草地1沥青表处（拌和法）54.2 19.7 19.7 28.4 8.0 0.8 80.4100.1100.12沥青碎石60.0 19.7 19.7 35.9 10.0 0.7 79.899.599.53沥青混凝土65.4 19.7 19.7 41.8 12.0 0.5 83.0102.7102.74水泥混凝土过水路面（槽底干燥）95.8 8.9 8.9 0.0 20.0 0.2 97.5106.4106.45水泥混凝土过水路面（槽底中湿）111.0 8.9 8.9 0.0 20.0 0.2 112.7121.6121.66水泥混凝土过水路面（槽底潮湿）123.8 8.9 8.9 0.0 20.0 0.2 125.5134.4134.4表7 老区油田30km运距各方案费用及现值（万元/每公里）方案编号路面类型首建费用 占地费每次重建费用使用年限每年养护费建养费现值现值合计耕地草地耕地草地1沥青表处（拌和法）58.6 19.7 19.7 32.1 8.0 0.8 87.4107.1107.12沥青碎石65.3 19.7 19.7 40.5 10.0 0.7 86.9106.6106.63沥青混凝土70.5 19.7 19.7 45.8 12.0 0.5 89.4109.1109.14水泥混凝土过水路面（槽底干燥）102.9 8.9 8.9 0.0 20.0 0.2 104.6113.5113.55水泥混凝土过水路面（槽底中湿）121.1 8.9 8.9 0.0 20.0 0.2 122.8131.7131.76水泥混凝土过水路面（槽底潮湿）138.0 8.9 8.9 0.0 20.0 0.2 139.7148.6148.63. 方案对比老区油田20年现值过水路面方案远高于常规井排路方案，基于投资原因在老区油田不适合修建过水路面。下面就外围油田过水路面与常规井排路方案进行对比，详见表8。表8 外围油田各种道路方案对比方案编号路面类型施工养护量服务质量20年现值起码设备材料要求技术难度路面平顺度不利通车状况行车安全第一次投资耕地草地1沥青表处(拌和法）A、B、C、D、F较严较大较大较好较多较好低较低较低2沥青碎石A、B、C、D、F较严较大较大好较少好较低较高较高3沥青混凝土A、B、C、D、F较严一般较小好少好较低较高较高4水泥混凝土过水路面（槽底干燥）A、E、F一般较小小较差很少较好较高低低5水泥混凝土过水路面（槽底中湿）A、E、F一般较小小较差很少较好较高较低较低6水泥混凝土过水路面（槽底潮湿）A、E、F一般较小小较差很少较好高高高注1：施工设备：A压路机，B洒布车，C沥青混合料拌和站，D沥青混合料摊铺机E混凝土搅拌机，F路面基层拌和设备（拌和机、旋耕机等）注2: 不利通车状况，指雨天路基路面软弱、春融期翻浆等严重病害以及路面维修。从表8可以看出：1) 拌和法沥青表处路服务质量一般，一次性投资低，宜用于投资不足的项目或开采时间短的产能区块。因为3cm沥青表处面层太薄、摊铺机还有自动找平功能，所以对路面基层的平整度要求较高，宜选择有路面基层摊铺机的施工单位；2) 沥青碎石和混凝土路服务质量较好，一次性投资适中，但20年现值较高，在大庆地区技术成熟。大庆长垣道路，或者建设规模较大、适宜迁建沥青混合料拌和站时宜优先选用；3) 水泥混凝土过水路面的服务质量较好，首次建安费投资较高，但随着今年土地费的大幅上涨，计入土地费后的工程总造价则较低。由于水泥混凝土过水路面减少占地、降低投资、设计使用年限长，并且不阻碍行洪或排水，因此在今后油田产能建设的新建井排路上，可结合自然地形地势等经过方案优选和技术经济论证后选用。4) 水泥混凝土过水路面之所以能减少占地、降低土地费用，主要在于路基宽由常用井排路的6.5m变窄为4.5m，其次是沿自然地势建设并取消路边排水沟。按油田道路工程设计规定及有关标准要求，4.5m宽路基的过水路面在不大于300m的长度内应设置错车道，过往车辆会车时需在错车道处停车等待。5) 土地费上涨后，目前外围油田每平方米耕地费约63元，草地费约58元。设路边排水沟人工取土每立方米约20元，外运土每立方米27元。如果新建井排路垂直于等高线布设，两侧地势相对平缓，不存在阻断自然地面漫流毁田淹地的情况下取消路边排水沟，路基全部采用外运土填筑，则耕地中井排路每公里可节约投资约20万元，草地中井排路每公里可节约投资约18万元。外围油田道路如果建设规模较小，而且距离现有拌和站较远的不宜采用沥青混合料路面。沥青混合料路面以热拌热铺质量最好，拌和好的混合料运距较远时不仅不经济，而且质量难以保证。建设规模较小时另建拌和站费用过高。四、 过水路面的适用范围通过上述技术经济分析，由过水路面的特点得出适用条件如下：1.处于泄洪区、江滩的井排路建设应使用过水路面。2.外围油田产量长期稳定、开发前景明朗的产能区块新建井排路，位于耕地或草地中、地势较高起伏较小、路槽底面处于干燥或中湿状态，通过方案比选后可优先选用过水路面。路槽底面处于潮湿状态运距较近（30km以内）时可选用过水路面，路槽底面处于过湿状态一般不应再选用过水路面。3.老区油田过水路面现值远高于常规井排路，基于投资原因不适合修建过水路面。4.因为不再征地，建设养护费现值较高，所以旧路改建时不应选用过水路面。5.因为沿自然地势建设的过水路面纵坡不顺，难以符合规范要求，不适应较高车速行驶，所以不能用于较高等级道路，油田双车道四级路及其以上道路均不适用。6.在过水路面穿越低洼地带、冬季积雪容易掩埋路面的地方，应采用水泥混凝土标志桩标识道路走向。7.过水路面施工过程中挖出的土方应进行有效利用。l 录：公路技术标准规范中有关路基填高的条文公路工程技术标准（JTGB012003）4.0.3 路基高度设计，应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度，同时考虑地下水、毛细水和冰冻的作用，不使其影响路基的强度和稳定性。公路路基设计规范（JTGD302004）1.0.9 路基设计最小填土高度不应小于路床处于中湿状态的临界高度；当路基设计标高受限制时，应对潮湿、过湿状态的路基进行处理，处理后的土基回弹模量不应小于路面设计规范规定的要求。3.3.5 路基填土高度小于路面和路床总厚度时，应将地基表层土进行超挖并分层回填压实，其处理深度不应小于重型汽车荷载作用的工作区深度。注：临界高度是指在不利季节当路基分别处于干燥、中湿或潮湿状态时，路槽底面距地下水位的最小高度。公路沥青路面设计规范（JTGD502006）5.1.1必须采取防止地面水和地下水侵入路面、路基的措施，以保证路基的强度和稳定性。设计宜使路基处于干燥或中湿状态，土基回弹模量值应大于30MPa，重交通、特重交通公路土基回弹模量值应大于40Mpa公路水泥路面设计规范（JTGD402002）4.1.3 地下水位高时，宜提高路堤设计标高。在设计标高受限制，未能达到中湿状态的路基临界高度时，应选用粗粒土或低剂量石灰土或水泥稳定细粒土做路床或上路床填料；未能达到潮湿状态的路基临界高度时，除采用上述填料措施外，还应采取在边沟下设置排水渗沟等降低地下水位的措施。3.0.7 在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应小于表3.0.7规定的最小防冻厚度。表3.0.7 水泥混凝土路面最小防冻厚度(m)路基干湿类型中湿路基潮湿路基低、中、高液限粘土粉土，粉质低、中液限粘土低、中、高液限粘土粉土，粉质低、中液限粘土冻深2.0m的最小结构层厚度0.60.950.701.100.751.200.801.30