多年冻土路基施工技术研究与应用

多年冻土在路基施工中造成了许多危害 ,主要是冻胀与沉陷。因此 ,研究多年冻土路基施工技术是保证工程质量的关键。就多年冻土的概念分布、分类、性质作了阐述 ,从而提出多年冻土地区路基施工的方法。     

多年冻土区路基冻害的防治

从多年冻土区路基冻害的防治原则着手,系统的研究了多年冻土区路基冻害的防治措施,分析了各种方法的适用性,为以后在多年冻土区修建道路提供借鉴。     

多年冻土区域特殊路基设计内容分析

多年冻土区域特殊路基有很多不确定因素,在设计时需要按照其特殊性采取有效方案从而切实将整体设计水平提高。因此,立足于实践,在分析多年冻土地区对路基施工的影响基础上,对多年冻土地区路基的危害进行归纳总结,同时详细的分析了多年冻土区域特殊路基设计内容。希望可为该领域的设计人员提供一些参考。     

多年冻土地区公路热棒路基设计

多年冻土地区修筑路基是一世界性难题,热棒路基是保护冻土的一种尝试。在调查已建热棒路基及试验路段并掌握热棒工作原理的基础上,分析了热棒路基的设计原则和依据,并提出了多年冻土地区热棒路基的设计方法。     

高寒冻土区路基变形演化规律与破坏特征

为进一步研究高寒冻土区路基变形破坏演化过程,以漠北公路K6+200断面处的高温高含冰量冻土区路基和K8+200断面处的低温高含冰量冻土区路基为研究对象,在路基不同部位和路基下不同深度处土体埋设温度传感器和变形传感器,研究了高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下路基实测温度和变形演化过程及其特征。研究结果表明:在高温高含冰量冻土区,在公路建成2年后,路基下出现了明显的融化盘偏移现象,新建宽幅路基呈现出明显的横向不均匀变形特性,路基下形成了2个融化盘,其中一个明显向路基坡脚处偏移,左坡脚和路中冻土上限明显下降了3~4m,路基下原天然地表处沉降达4~9cm,而路肩处冻土上限基本保持稳定;在低温高含冰量冻土区,在保证一定路基高度的条件下,除了建成初期路基土体存在一定的变形(工后沉陷)外,由路基下多年冻土不均匀融化导致的变形很小,因此,在低温冻土区公路路基稳定性相对较好。可见,研究结论进一步阐释了高温冻土区路基、路面变形严重的成因,为高纬度、高寒冻土区路面结构抗融沉破坏设计和病害防治提供了参考,揭示了高温多年冻土区路基纵裂、沉陷等不均匀变形破坏的特征和成因,相比高温多年冻土区,在保证一定路基高度下低温多年冻土区路基具有相对良好的稳定性,这一结论对于高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下冻土路基的设计及病害防治具有重要意义。     

高寒高海拔多年冻土区拓宽路基差异沉降

为了研究高寒高海拔多年冻土区拓宽路基面层吸热对下伏多年冻土温度与沉降的影响,建立了基于热力耦合理论的差异沉降计算的有限元模型,并利用实体工程监测数据对模型进行了修正,分析了不同季节、不同填高与阴阳坡工况下拓宽侧路基差异沉降分布规律,确定了多年冻土区最优路基拓宽位置。研究结果表明:多年冻土区拓宽路基最大融深与沉降均出现在秋季,10月份的变形最不利,病害特征最突出,其中4m填高路基第10年最大差异沉降为16.9cm,分别为7、1、4月份沉降的1.1、1.4、1.7倍;差异沉降与路基填高存在正相关性,当路基填高分别为2、4、6 m时,10年内路基的差异沉降分别为13.2、16.9、18.1cm;阴坡侧拓宽路基的温度与沉降变化小于阳坡侧,在10年内,阳坡侧拓宽路基底面最大升温为1.3℃,阴坡侧为0.6℃,阳坡侧拓宽路基最大差异沉降为16.9cm,阴坡侧为12.3cm;即使阴坡侧拓宽,差异沉降仍使拓宽路基顶面形成一个斜率为2%~3%的斜坡,进而使路面产生较大附加应力,最终造成结构层病害。     

浅谈多年冻土地区路基

介绍了多年冻土的基本知识和不良的地质现象,对多年冻土地区路基常见病害及原因进行了分析。     

高海拔多年冻土区砂石路面公路的路基温度场特征

为了研究修筑公路对高海拔多年冻土层热状态的影响，开展了新藏公路多年冻土区路段沿线病害调查，在海拔5 400 m地带修筑了冻土地温监测断面与气象监测站点；对气温、地温、辐射强度进行了监测，依据监测结果计算了冻土上限处的热流通量，分析了多年冻土层地温变化特征；基于热传导和热扩散理论，建立了天然地基及普通路基下部多年冻土地温-深度理论预测模型。研究结果表明：多年冻土区公路病害主要由于沥青路面大量吸热导致，热棒、隔热层等主动、被动保护的手段虽有一定效果，但不能改变多年冻土的快速退化；研究区域天然地基与路基中心一天内温差最高达19.66℃,左、右路肩一天内温差最高为4.94℃,天然地基下深层多年冻土温度稳定在-6.0℃左右，路基中心下部深层多年冻土温度稳定在-5.6℃左右，路基下部相较天然地基温度变化更为剧烈，且等温层温度更高；研究区域的辐射强度在一天的10:00～18:00显著增强，在一年的3～6月为辐射强度的顶峰期，浅层地温主要受辐射强度的年周期变化影响；天然地基、路基中心、阴坡路肩与阳坡路肩下部多年冻土层年热流通量依次为-4 001、-14 649、-4 487与58 303 kJ·m     

东北多年冻土地区高速公路路基修筑技术与对策

从大小兴安岭地区多年冻土状态、类型等方面探讨东北地区多年冻土的工程性质,从工程勘测和施工方面总结工程措施,提出多年冻土地区高速公路路基修筑技术和对策。     

多年冻土地区道路病害及对策探讨

对青藏高原多年冻土区进行研究,分析路基路面、桥梁涵洞病害原因。研究了水、热的变化规律对多年冻土的稳定性影响,其中冻胀、融沉等对道路产生的病害应得到重视,总结现已成功的常用冻土防护措施,分析道路工程相关冻害处置技术,提出多年冻土地区亟待研究的相关技术,为我国后期在多年冻土地区道路建设提供一定的参考。     

考虑相变作用的冻土路基应力与变形分析模型

基于冻土路基温度场的控制方程,考虑水分转化为冰的相变作用对土体瞬时变形和蠕变变形的影响,建立路基应力和变形的二维数值方程,并通过1月份的路基冻胀力学模型,分析冻胀带内水分相变引起的路基应力和变形的分布规律.研究发现,在冻胀区域一定的情况下,冻胀率的大小决定了路基表面应力和变形的极值大小;竖向位移的最大值在坡脚处产生,并向路基中部和左侧边界逐渐递减;随着冻胀率的增加,路基表面裂缝有从坡脚向路中发展的趋势;路基表面产生最大拉应力的位置与最大竖向位移的位置基本吻合;路中所承受的拉应力主要发生在水分集聚的相变带范围内.结果表明,相变作用是引起路基发生冻胀病害的直接因素,分析路基应力与变形的分布规律是研究多年冻土路基破坏机理的有效方法.     

青藏高原机场跑道多年冻土地基温度场特征

对比了青藏高原多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场, 分析了其地基温度分布、温度沿深度的变化以及地基最大融化深度, 研究了宽幅沥青混凝土道面机场跑道地基温度场特征, 对比了不同道面宽度条件下其地基温度分布、不同时间地基温度沿深度的变化以及跑道中部及道肩的最大融化深度, 并基于道面宽度、时间建立了沥青混凝土道面机场跑道道中地基融化深度的表达式。研究结果表明: 多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场存在明显差异, 机场跑道地基融土核位置更低, 且全部位于天然地面以下, 而公路路基融土核位置相对较高, 可以通过抬高路堤使融土核全部位于路堤内, 便于通风管等温控措施的施工, 可见由于机场跑道无路堤、道面幅度宽等特点, 使得多年冻土地区公路与铁路建设的现有研究成果不能完全应用于机场跑道建设中; 对于沥青混凝土道面的机场跑道多年冻土地基, 随着道面宽度的增加, 跑道地基稳定性降低, 道面宽度每增加1%, 地基0℃等温线约下降0.17%, 地基融土核最高温约上升0.46%, 道中地基融化深度约加深0.19%, 但当道面宽度超过35 m时, 道中地基融化深度趋于平稳; 相对于道中地基温度场, 道肩受道面宽度的影响较小, 当道面宽度超过25 m时, 其地基融化深度趋于平稳; 道中地基融化深度表达式相关系数为0.988 6, 相对误差在1%以内。      

高原冻土区路基施工技术及质量控制措施

高原冻土区的气候和地质特点，给公路施工带来了很大的困难。鉴于此，结合工程实例，分析了高原冻土区路基施工技术和质量控制措施，可为高原冻土区路基施工提供参考。     

冻土地区路基翻浆的原因及防治措施

在季节性冻土区公路路基翻浆是常见病害之一，翻浆通常伴随冻胀问题产生，所以对翻浆的防治主要应该考虑路基冻胀的问题。通过对引起冻土区公路路基冻胀的因素及冻胀机理进行分析，并探讨路基翻浆的预防措施，以期为相关工程项目提供一定的参考与借鉴。     

多年冻土区路基融沉变形的附加应力分析

使用有限元法和解析法分析了多年冻土地区路基融沉引起的路面附加应力 ,将两种方法的计算结果进行了对比 ,给出了附加应力计算的解析表达式 ,分析了路面结构参数对附加应力的影响 ,对多年冻土地区路基路面设计提出了建议     

青藏铁路新型路基保温材料应用试验研究

为考察聚苯乙烯泡沫板(EPS)和聚氨酯泡沫板(PU)的工程应用效果,在青藏铁路多年冻土路基试验段进行了现场测试.结果表明,2种新型保温材料均具有较好的保温隔热性能,且PU板优于EPS板,保温性能与板厚之间存在非线性关系.较之对比断面,有保温板的断面基底年平均地温降低,上限抬升,有利于保护多年冻土.动态行车试验表明,保温板路基满足列车以100 km/h的速度运行的安全性与舒适性要求.     

热棒路基降温效应的数值模拟

基于青藏公路冻土路基病害整治热棒试验工程,建立热棒路基的等效传热模型,运用有限元方法对其进行数值模拟,研究青藏公路环境条件下热棒的工作周期、工作状态与作用半径,并通过对试验工程2a观测数据分析,对比研究热棒在冻土路基中的降温效应。研究发现,热棒在约为5个月的工作周期内并非连续工作而呈波动式,实际工作时间为工作周期的2／3;热棒路基冬季降温效果明显,有利于路基土体冷储量增加,提高路基热稳定性;热棒在路基中的降温强度,水平方向随距离增大而衰减,有效作用半径为2．25m,深度方向在热棒蒸发段最大,降低上限附近季节融化层冻土热融敏感性。结果表明,青藏公路热棒试验工程中其间距采用4．0m是合理的,路基双侧设置热棒优于单侧,热棒向路基中心斜置更好。     

基于相空间重构及PLS法的冻土路基变形预测

为了正确预测多年冻土路基变形,将多年冻土路基变形单变量混沌时间序列进行相空间重构,依重构空间嵌入维数38在多维空间中定义自变量、因变量和样本数,利用偏最小二乘法对所构造的自变量进行主成分提取,建立路基变形预测模型,借助多种评判指标进行模型精度分析,并绘制了预测值与实测值散点图。对比分析结果表明所有样本点都集中在散点图对角线附近,相关系数达0.889 4,预测值与实测值最大相对误差为9.75%,说明建立的预测模型合理可信,利用该预测模型进行多年冻土路基变形预测可行。     

青藏铁路多年冻土区路基工程稳定性评价

依托青藏铁路多年冻土区长期观测系统的成果,对青藏铁路多年冻土区路基工程的稳定性进行了研究,指出其稳定性总体上处于良好状态,仅有个别地段病害发育,针对病害路段从水热方面提出了防治措施.观测资料显示,科学合理的措施能有效地减缓病害情况,保障铁路的安全运营.     

多年冻土区路基主动降温措施浅议

针对多年冻土区的特殊气候环境,通过大量的调查研究,对目前所采用的多年冻土区路基的主要主动降温措施进行了总结与分析,对存在的问题进行了探讨,为施工与设计提供参考。