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。     

青藏公路多年冻土区热棒路基的设计计算

由于热棒路基具有良好的降温效果,在青藏公路多年冻土区得到了应用,但是关于热棒路基设计参数的选择,目前主要还是基于工程经验。笔者根据青藏公路楚玛尔河地区热棒路基的现场观测资料,详细给出了热棒一个工作周期内的产冷量及实际耗冷量的计算方法。在设计时可根据路基的使用年限和所要求的上限抬升值求得其耗冷量,选取合适的安全系数可进一步得到产冷量,由产冷量与设计参数的关系式,从而确定热棒的间距和基本参数(蒸发段长度、散热面积、直径)。     

青藏公路多年冻土区碎石路基试验工程的降温分析

为解决多年冻土地区路基的融沉变形,防止冻土上限进一步下降,应用碎石路基主动保护冻土,是目前兴起的一种新措施。依托平行于青藏公路的试验工程,动态监测路基内温度,通过现场测试结果分析普通路基与碎石路基内的温度变化,揭示碎石路基的降温效果。结果表明,碎石路基具有一定的降温效果,适于在多年冻土地区应用。     

多年冻土区热棒路基降温调控效能研究

为了研究多年冻土区地温变化规律及评价L型和直式热棒的地温调控效果,以某一级公路采用的热棒群降温工程措施为研究对象,以现场实时监测数据为基础,评价了热棒有效影响半径、作用期限和影响深度等因素对多年冻土路基的降温冷却效果,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温预测模型。研究表明:在垂直于路基中心线的水平方向上,热棒作用下的路基地温变化呈"弯沉盆曲线"型,最小有效影响半径为2.0m。在近路中心侧最低地温在-0.5℃以下,L型热棒降温效果更佳;而在近路肩侧最低地温基本处于0℃以下,直式热棒冷却效能优势较大。多年冻土路基地温变化近似呈现正弦波形曲线分布,单位周期内地温振幅随深度增加不断衰减,且存在相位滞后效应和偏距差异,经历两个冻融循环冷却期后,两种热棒段的路基最低地温降幅分别达到51.5%、50%。浅层地温受大气温度和黑色沥青路面聚热效应的影响波动幅度较大,但随着路基埋深的不断增大,其周期性波动逐渐削弱并逼近年平均地温。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.97以上,预测效果良好。研究成果可为多年冻土路基设计、运营维护和变形监测提供新视野。     

热棒技术及其应用

随着青藏铁路多年冻土地区大量采用热棒技术加固路基,热棒在土木工程中的应用越来越受到人们的普遍关注。从回顾热棒在国内外的工程应用,简介热棒技术的发展及其产业化过程,在此基础上简要地分析了目前我国热棒研究及其应用的状况。     

片块石路基在高温多年冻土区降温效果研究

片块石通风路基是一种典型的冷却路基的工程措施,为研究这种路基在高温多年冻土区的降温效果,进行了现场实体工程试验。试验结果表明,片块石路基可以产生对流换热机制,具有降温能力,有利于提高高温多年冻土区路基的热稳定性。     

关于青藏铁路热棒路基稳定性的探讨

热棒路基是青藏铁路的重要组成部分,通过调整热棒的埋设位置、热棒的横向间距和纵向间距等来控制路基人为上限合理位置和控制路基协调变形。路基的强度和稳定性是保证青藏铁路正常运营的基本条件,只有使热棒得到合理布设,才可达到保护多年冻土、增强路基强度、保持冻土路基稳定的目的。文中通过分析不同形式的热棒试验路基的稳定性,总结提出了热棒的合理布设位置、纵向间距和横向间距。     

多年冻土区封闭条件下片块石路基降温效果数值分析

片块石路基是多年冻土区公路建设中的一种主动降温的措施,根据多孔介质对流传热理论,对封闭边界的片块石路基温度场进行数值模拟计算,分析在全球气温变暖和沥青路面强吸热特性双重影响下的片块石路基的降温效果,并对其长期热稳定性进行预测分析。结果表明:片块石路基能够很好地发挥"热二极管"效应,寒季增加路基的蓄冷量,暖季可有效阻止外界热空气进入路基,对于防止多年冻土融化、主动保护冻土起到了积极有效的作用;片块石路基在短期内降温效果显著,但从长远分析,片块石单独应用于多年冻土地区公路路基中难以发挥主动降低地温、保护多年冻土和维护路基热稳定性的作用,必须进行补强。     

无动力热棒冷却冻土路基研究

基于热棒工作原理及已有的研究成果,依托青藏公路整治改建工程实施大规模热棒试验工程。介绍青藏公路多年冻土区公路路基热棒试验情况,通过现场设置观测装置观测地温变化,分析研究热棒的工作状态、冷却路基效果及对冻土热稳定性的影响。1年观测结果表明,进入大气负温期后,热棒开始工作,路基及基底土体冷储量显著增加,且总增加量随冻结期增长;热棒影响范围内,距离热棒越远,冷量增长期越滞后且增幅越小,符合一般规律;路基工程中使用热棒保护冻土和改善路基热稳定性是有效的。     

L型加设直插型热棒与直插型热棒的地温差异

对比分析了岛状多年冻土区L型热棒加设直插型热棒与单一的直插型热棒在一定距离与深度的地温,发现L型加设热棒试验段路基的降温效果好于单一直插型热棒,这将对今后的东北地区及低纬度、高海拔地区的道路建设与养护提供依据和技术支持。     

路基沉降预测与计算方法综述

在路堤施工中,为了控制施工进度,指导后期的施工组织和安排,同时保证路堤的稳定与使用,需对路堤不同时刻的沉降及最终沉降量进行预测和计算。对于天然地基,其沉降预测和计算方法较多,且有各自的适用性。阐述了天然地基沉降预测和计算方法,以及各种方法的优缺点,可为类似路基工程设计提供参考。     

冻土路基热收支状态尺度效应的显著性分析

基于最大融化深度、基底总吸热量、冻土融化潜热和热融蚀敏感系数四个指标，从高度效应、宽度效应、坡度效应和冻土年平均地温方面综合阐述了冻土路基热收支的尺度效应。同时基于统计学原理，对影响冻土路基热收支尺度效应的因素进行显著性分析，探究多因素交互作用的效应性。结果表明：路基高度对最大融化深度的影响最大，冻土年平均地温对基底总吸热量的影响最大，路基宽度和冻土年平均地温对冻土融化潜热量的影响最大，路基高度和路基宽度对冻土融化潜热量的影响最大。研究冻土路基热收支尺度效应，应综合考虑多因素之间的交互作用。     

青藏铁路片石保温护坡寒季与暖季降温效果差异分析

片石保温护坡是保护路基及基底下多年冻土的一种有效工程措施。对片石保温护坡寒、暖季降温效果的差异性从机理上进行了探讨,并结合青藏铁路清水河试验段片石护坡试验工程的测试数据,通过片石护坡路基与普通路基的地温对比,对片石护坡寒、暖季降温效果的差异性进行了分析,结果表明,片石保温护坡的降温效果,暖季比寒季好。     

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。     

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。     

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。