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。     

确定热棒制冷影响范围的新方法

在确定热棒制冷影响范围时,抓住地温这个根本特征,根据冻土的热物理性质,建立热量在土体中传递的数学关系式,并结合实测地温推导出相关热传递系数,从而确立热棒在水平面上的制冷影响半径方程式.利用该方程式计算出不同深度处热棒侧壁到天然地温等温面处的水平距离,即为该热棒在该水平面上的制冷影响半径.再在竖直面上将各半径连结起来,以热棒中心线为对称轴将其旋转360°所得实体即为该热棒在土体中的有效制冷影响范围.     

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。     

热棒在青藏铁路试验段中的应用

在多年冻土地区,采用热棒处理地基的技术具有广阔的应用前景。为了获得热棒的技术参数,指导工程设计,在青藏铁路清水河试验段和安多试验段布置了热棒试验工程。介绍了试验段采用热棒所处理的不良地质类型、热棒的施工工艺及研究内容。     

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。     

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。     

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。     

青藏公路热棒路基在多年冻土地区降温效果分析

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。热棒是防止多年冻土路基上限下降的措施,为了研究热棒路基的降温效果,动态监测青藏高原五道梁地区百米路基试验路段的温度变化,通过与一般路基对比,分析了热棒路基在多年冻土地区的降温效应。研究发现:热棒路基能够有效地降低路基温度、保护冻土和增强路基热稳定性。     

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)。