保护多年冻土地区路基稳定性的工程措施

根据青藏高原多年冻土地区拟修建的铁路和早已投入使用的公路路基工程的修筑和使用实践 ,简要介绍了保护多年冻土地区路基稳定性的工程措施。仅供青藏铁路修筑时参考     

冻土地区公路修筑技术研究启动

20 0 2年度西部交通建设成套科技项目之一——“多年冻土地区公路修筑技术研究”日前全面启动。我国的多年冻土地区分布范围非常广泛 ,主要分布在青藏高原、西部高山区及东北大、小兴安岭一带 ,总面积达 2 1 5万 km2 ,占国土面积的 2 3 .3 % ,位居世界第三位。冻土随气候和温度的变化使冻土地区的路基、路面、桥涵工程等的稳定性受到严重威胁。据悉 ,“多年冻土地区公路修筑成套技术研究”的内容涵盖了公路修筑技术的工程地质研究、公路病害和机理研究、公路养护与维修技术研究等 9个方面冻土地区公路修筑技术研究启动…     

高原多年冻土地区公路路基温度场现场实验研究

以多年来的现场实测资料为依据，阐述了高低温多年冻土地区，沥青路面基下的地温分布及变化过程，提出了冻土路基的稳定性与多年冻土圻平均地温之间的关系。说明了多年冻土地区公路路基温度场现场实验研究，在高寒地区公路修筑中的实际意义和重要性。     

沥青路面下冻土热稳定性和热融敏感性的变化

多年冻土区修筑沥青路面后，引起了路基下多年冻土上限、多年冻土热状态等变化。本文根据提出的多年冻土热稳定性和热融敏感性模型，定量地评价多年冻土区修筑沥青路面后冻土热稳定性和热融敏感性的变化。结果显示，修筑路基并铺设沥青路面后，冻土热稳定性和热融敏感性发生了较大的变化，并与多年冻土顶板温度、年平均地温、季节融化深度等具有良好的一致性。     

呼伦贝尔地区气候条件对公路修筑的影响

由于呼伦贝尔地区气候条件特殊,存在有大面积多年冻土,对公路路基修筑产生较大影响。文章以省道201线海拉尔-阿木古郎段公路为研究对象,总结气候条件的特点,提出该地区路基修筑的处理措施,以期减少冻土对公路性能的影响,提高运输效益。     

高原多年冻土地区公路工程地质研究

高原多年冻土地区特殊的工程持质条件的和冻融过程使公路工程地质研究具有较大的复杂性。本文通过地多年来青藏公路沿线冻土工程地质的雷达勘测结果，以前的研究总结和冻土钻探、坑探等资料，详细阐述了青藏公路沿线多年冻土特征，修筑沥青路面后冻融过程的变化，多年冻土对路基稳定性的影响。     

青藏公路多年冻土区片、块石路基试验工程及应用研究

多年冻土区修筑公路等建筑物后,改变了多年冻土地表的冻土水热条件,造成多年冻土融化,路基失稳,导致一系列的公路病害.片、块石利用多孔介质自然对流传热和热屏蔽特性,有利于保护冻土,保持路基稳定性.在研究片、块石路基作用机理的基础上,根据青藏公路K3005 500～K3006 450路段修筑试验工程,分析片、块石路基的工程效果.通过对观测地温数据的分析认为,片、块石路基有效改善了多年冻土区路基下热状况,是一种有效保护多年冻土的工程措施.     

高纬度多年冻土区路基温度场规律研究

通过对漠北公路沿线各试验段不同冻土条件、路基高度和工程措施下,路基下多年冻土温度场的变化情况进行研究,分析东北高纬度多年冻土区路基变形的主要原因。分析结果表明:在高纬度多年冻土区修筑路基后,会造成多年冻土上限大幅下移,从而在路基下形成一个较为明显且厚度较大的软弱层,进而引发路基沉陷。东北多年冻土区路基施工时,地表土体可采用砂砾或块石对表层土地进行冲击碾压,在高含冰量路段可采用块石路基,以缓解因下层土体沉陷而引起的路基变形。     

多年冻土地区填方路基温度场分布特征

针对多年冻土地区填方路基温度场对路面结构稳定性的影响,建立路面结构有限元数值模型,从填方路基高度、季节变化、地温条件、"阴阳坡"效应4个方面对多年冻土地区填方路基温度场分布特征开展研究。研究表明:坡脚处不同深度位置温度均随时间增长而呈周期性增长,其中0~5年时间内温度增长速率较快,前5年年均增长率约为3.2%~3.5%,第5年之后,温度增长变缓,增长速率约为0.8%~1%;10月的路基外天然地面达到最大融深,路面下融化盘达到最大,路基体处于最不利状态。第5年开始,未回冻融化夹层明显向阳坡侧偏移,普通路基融化盘呈扁平状,阴阳坡路基融化夹层则沿阳坡方向呈长条形;"阴阳坡"路基由于路基两侧温差较大,改变了传统"凸"形融化盘形态,融化峰面阴坡侧高、阳坡侧低,形成了天然滑动坡面,滑动面起于阴坡融化峰止于阳坡坡脚融化盘,10月的融化面处于最不利季节,对路基稳定性造成威胁。研究表明在多年冻土地区路基选择和修筑时,应充分考虑温度场变化对路基及底部多年冻土的影响,填方路基高度要有合理控制区间,考虑"阴阳坡"效应对路基稳定性的影响,做好路基阳坡面的防护措施,研究结果对多年冻土地区公路工程修筑提供参考。     

多年冻土区路基高度对温度场影响的非线性分析

采用焓模型,综合考虑了气温、太阳辐射、风速风向、坡面蒸发等气象因素,对不同气温地区多种高度路基温度场进行有限元数值模拟,并采用天然地面下冻土年最大融深及路基内融土核高度两个指标综合分析路基稳定状况。有限元分析表明:在中低温多年冻土地区,抬高路基可延缓冻土下降速率,有效保护多年冻土;在高温不稳定多年冻土地区,抬高路基的效果并不显著,过度地抬高路堤会使路基内融土核高度显著增加,路基本体的稳定性将受到严重影响。本文还提出路基高度与冻土年最大融深之间的回归公式,为路基病害预测提供依据。     

多年冻土区宽幅公路路基的温度特性模拟分析

为研究多年冻土区G214高等级公路中隔热层、片石层对24 m宽路基的热影响效果,根据多孔介质的热对流及考虑相变的传热理论,分别对两种结构路基的温度场进行了模拟分析。计算结果表明:当路基宽度从12 m增加到24 m时,隔热层厚度应从10 cm增加到30 cm才可确保路基下冻土上限的稳定,但保温层所产生的热积累效应将使路基下冻土温度明显升高,且高温冻土核范围较大。从工程措施的可靠性及工程费用角度考虑,EPS隔热层不适用于G214宽幅路基中。如采用厚度大于1.8 m的片石层,则可稳定路基下冻土上限和增加冻土的冷储量,但同时要加强对路基边坡的热防护。     

施工季节对高寒冻土沼泽湿地路基热稳定性的影响

高寒冻土沼泽湿地对温度极为敏感,在该区域修筑路基易发生不均匀沉降变形,而路基修筑的施工季节是影响路基热稳定性的重要因素之一。为研究最佳施工季节和季节选定对路基热稳定性的影响,以省道224线二道沟兵站109岔口至治多段为依托,针对抛填片块石处治高寒冻土沼泽湿地的典型路基处治方式,建立有限元模型,分析春、夏、秋3个施工填筑季节对高寒冻土沼泽湿地路基热稳定性的影响。结果表明,路基中心和坡脚处的温度随着深度的增加逐渐降低,同一深度处路基中心处温度高于坡脚处温度,随着运营时间增加,冻土上限降低,路基中心处的冻土上限明显更低。在夏季施工填筑时引起的冻土上限下降值在相同位置处是秋季施工填筑引起冻土上限下降值的1.3~2.5倍。故认为秋季为最佳施工季节,秋季施工对路堤底部的热稳定性影响最小,夏季施工影响则最大,春季介于两者之间。     

多年冻土地区公路填方路基设计过程与方法

多年冻土公路路基是公路工程特殊路基的一种,通过对以往多年冻土路基填方处理设计方法的总结与介绍,提出一般多年冻土路基填方设计的简要技术路线。同时指出《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）中存在的问题,以及使用数值模拟计算成果用于设计的风险,提出多年冻土区高等级公路建设面临的新问题。     

基于压缩式制冷技术的多年冻土保护方法研究

冻土退化及路基融沉病害是中国多年冻土区交通工程面临的关键障碍。基于制冷技术，提出一种更具实时性和有效性的多年冻土保护方法。通过多年冻土制冷需求分析、制冷方法对比、驱动源供应方法分析，提出太阳能光伏驱动压缩式制冷的节能方案。设计一款路基专用的一体化制冷系统，并从资源性、技术性、经济性等角度论证其实用性。研究结果表明：压缩式制冷系统的输出性能与结构形式可以有效应对多年冻土退化的大深度分布特征和冷负荷要求。青藏高原等多年冻土区的太阳辐照量充足，基于光伏发电技术可以解决路基沿线制冷驱动力的分散供应难题，太阳能制冷具有地域、季节匹配性好的优势。制冷组件包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流器等，其中功能部件蒸发器的结构形式为立式柱状螺旋形盘管。制冷系统可以预设不同的制冷温度和启停间隔，技术性和经济性条件良好。试验结果表明：装置在正温环境下的制冷温度约为-14℃，地层冷却半径在3.0 m以上；有效制冷系数随着周围土体温度的减小而逐渐降低，平均值在0.41以上。所提出的太阳能光伏压缩式制冷系统可为多年冻土区路基建设和运营保障提供一种新方法。     

热扰动对冻土区片块石路基热状态变化特性的影响研究

随着我国现阶段的公路建设里程不断增长,相较于常规平原地区,高寒冻土区公路建设过程要克服冻土路基带来的各类不良影响。针对热扰动对冻土区片块石路基带来的影响进行深入研究,在分析该区域高等级公路路基状态的过程中,采集片块石路基的温度状态、吸放热状态和冻融循环状态等方面数据,探讨了其热状态变化的整体规律。研究结果显示:片块石路基在冻土区有着很好的热稳定性作用,可实现主动冷却作用;片块石路基能通过加快温差空气间的流通速度,避免热扰动对路基温度产生过于明显的影响,从而减少热扰动所带来的各类路基病害;片块石路基正下方的最大融化深度正逐步提高;片块石路基的阴阳面存在吸放热不平衡的情况,阳面路肩吸放热量达到阴面路肩吸放热量的2.7倍,阳面坡脚吸放热量达到阴面坡脚吸放热量的2.3倍;随着片块石路基阴阳面吸放热不平衡的发展,其对应的阴面冻土升温速度小于阳面冻土,阴面冻土上限发展程度同样小于阳面冻土。     

多年冻土地区热棒路基设计原则和方案

青藏公路多年冻土地区路基病害是制约青藏地区道路发展的一个重要问题。热棒是治理多年冻土路基病害的重要措施,热棒路基的工作效果与热棒的自身参数、埋深、埋设间距等有很大的关系。通过热棒路基的各个参数与施工要素的影响分析,提出了热棒路基设计原则和方案。     

多年冻土区路桥过渡段变形及地温场试验

根据多年冻土区路桥过渡段路基在竣工后3 a内的现场试验数据,分析了路基不同位置的地温变化、路基基底沉降变形和路基不同位置沿横向及纵向的沉降变形规律。结果表明:采用粗颗粒土填筑的过渡段路基对多年冻土区土体有明显的冷却效果,可防止多年冻土上限的下降;路基阳坡的沉降大于阴坡,而沿路基纵向,距离桥台越远路基沉降越大,但路基沿横向和纵向的沉降均满足工程要求;这种粗颗粒土填筑的路桥过渡段可适用于多年冻土区。     

XPS板隔热层在多年冻土区公路路基中的应用

隔热层路基作为调控冻土路基稳定的工程措施已在青藏高原多年冻土区应用。为了完善该工程措施的设计、施工及质量控制,在总结青藏公路多年冻土科研成果的基础上,结合“共和至玉树高速公路项目”设计与施工实际,指出了隔热层路基在应用过程中需要注意的问题。     

多年冻土地区路基变形特征及影响因素

青藏公路沥青混凝土路面修建后,增大了路基下多年冻土的吸热量,导致了多年冻土融化。多年冻土融沉变形在冻土路基变形中占主导地位,其发生、发展与冻土温度及工程地质特性等有关。通过青藏公路唐南地区路基变形监测数据,分析了路基变形的特征及多年冻土融沉变形的影响因素。