青藏公路热棒路基降温效能

为了分析多年冻土区热棒路基的工程效果,定量评价其降温效能,基于青藏公路热棒路基试验工程近11年的现场监测数据,分析了热棒路基的地温特征、温度场形态和冻融过程,估算了阴阳坡影响下热棒附近的水平热收支状况。建立了空气-热棒-冻土地基三维非稳态耦合计算模型,分析了不同结构形式(单侧直插式、单侧斜插式、双侧直插式与双侧斜插式)的热棒路基的降温效能。实测结果表明:在热棒作用下,阳坡侧路基地温可降到-1.5℃附近,较普通路基地温降低约3.0℃,阴坡侧路基地温最低达到-2.1℃;热棒路基经过11年的营运,阳坡侧冻土上限抬升约0.95m,基本达到天然地基水平;阴阳坡两侧热棒的年平均实际功率分别约为69.80、54.07 W,且热棒路基在最初5年传递能量较大,第6年后逐渐减小,此后路基的热状况进入相对稳定的状态。计算结果表明:双侧直插式热棒路基与双侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为2.88、1.88m,而单侧直插式热棒路基与单侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为3.84、3.46m,因此,双侧热棒路基的长期降温效果明显强于单侧热棒路基,斜插式热棒路基强于直插式热棒路基;单根热棒的年平均功率为47~56 W,与试验工程监测结果较为吻合。     

多年冻土区路基施工技术

以G214线第二合同段路基施工为例,对换填、片块石路基、XPS板路基、热棒-XPS板复合式路基施工技术作了重点介绍,并对上述工程措施的施工工艺、质量控制要点作了详细说明。     

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。     

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     

青藏铁路低温冻土区片石路基的温度特征

在青藏铁路五道梁低温冻土区进行了片石护道路基新结构和土护道路基结构的实体工程试验,以确定路基修筑对温度场的影响．对测试断面冻融循环的地温监测资料的分析表明,2004年片石路基左右路肩孔冻土上限处,年平均地温分别低于土护道路基相应位置0．12℃和0．14℃．2005年片石路基左右路肩孔分别低于土护道路基相应位置O．65℃和0．03℃,冻土上限以下地温均呈逐年下降趋势．片石护道和土护道路基冻土上限均存在不对称性,但随着时间发展,片石护道路基最大融化深度位置基本接近或超过天然地面,且冷生过程还在继续．该区域的片石护道路基新结构能够有效发挥降低地温、主动保护多年冻土的作用．     

热棒材料高导热性对其降温效果影响的三维非线性有限元分析

热棒在多年冻土路基工程中均有应用,其在寒季吸收冻土热量,并通过对流把热量释放到大气中,从而降低地基温度使其保持冻结状态,减小路基沉降.暖季热棒停止工作,但由于热棒材料本身的高导热性,会使土体吸收比不设置热棒时更多的热量,从而削弱其制冷效果.基于热棒的工作原理,结合唐古拉山多年冻土区的有道砟填土路基,采用有限单元法分析热棒材料高导热性对其降温效果影响.计算结果表明:考虑热棒高导热性时路基下方温度低于-0.5℃低温区半径比不考虑此因素时平均减小0.5m,地温也比不考虑此因素时高.说明热棒材料本身的高导热性降低了其降温效果,其作用不可忽略.     

热棒技术在伊春岛状冻土路基上的应用

详细介绍了热棒技术在伊春地区岛状多年冻土路基处理技术中的应用情况,经过一年来的长期观测效果说明,热棒技术在解决岛状多年冻土上限稳定方面具有较好的效果。     

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。     

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.     

冻土处理措施评价

通过对多年冻土地区冻胀融沉的影响因素进行分析,得出温度、水分、土质是决定冻胀融沉程度的重要因素。从降低冻土上限、减弱地下水的水分迁移出发,找到热棒路基、换填路基、XPS板路基、通风管路基、片碎石路基5种解决方法,从原理、适用范围、注意事项3个方面对处理措施进行阐述,为因地制宜,选择合理的冻土处理措施提供依据。     

强夯施工参数对路基加固效果的影响

以某高速公路路基加固为例,利用数值分析软件,分析了锤底半径和夯击能量对土体竖向位移、竖向应力、地表位移以及夯坑体积的变化特性的影响,得到下述结论:锤底半径的变化主要影响0～3 m土体深度范围,1.25 m和1.5 m锤底半径相对于1.0 m锤底半径时,地表峰值应力分别减小18.5%和37.0%;随着锤底半径的增大,地表最大位移依次减小,且不同锤径对应的夯击影响区基本为锤径的1.2～1.3倍,而锤重不影响地表变形范围;随着锤重的增加,土体位移依次增大,且不同锤重的深度影响区均在6.0 m左右,土体竖向应力也增大,且锤重的变化对竖向应力的影响主要在3 m深度内;夯坑体积随锤径和锤重增大分别呈现出线性减小和线性增大的变化。     

冻胀冻融作用下材料劣化对板式无砟轨道性能的影响

以哈大高速铁路路基冻胀区板式无砟轨道为研究对象,开展了快速冻融循环作用下C60、C40混凝土和砂浆材料标准立方体试件轴心受压和劈裂抗拉破坏试验,研究了冻融循环作用下材料性能劣化规律;在此基础上,建立了考虑限位凸台、环形树脂和层间黏结接触性能的CRTS Ⅰ板式无砟轨道-路基冻胀冻融空间有限元模型,研究了冻融损伤后轨道的静力特性,揭示了底座板的受力状态与损伤特征。研究结果表明:提高混凝土强度等级可显著减缓冻融循环对材料的劣化剥蚀作用,冻融循环加剧会导致结构界面接触状态显著恶化;随着冻融循环作用次数的增加,砂浆层和底座板材料性能劣化显著,弹性模量、层间黏结强度和轴心抗拉强度均大幅减小;与未冻融工况相比,300次冻融循环后,C60、C40混凝土和砂浆的峰值抗压强度降幅分别为14.7%、34.6%和29.9%,C60混凝土与砂浆胶结界面轴心抗拉强度降幅达到90.6%,C60、C40混凝土和砂浆轴心抗拉强度降幅均超过56%;在典型冻胀条件(冻胀波长为10 m,冻胀峰值为8 mm)下,冻胀中心处轨道各结构层上表面均受最大拉应力,在冻胀波脚处出现最大压应力;随着冻融循环次数的增加,轨道板和底座板所受最大拉应力亦不断增加。可见,在设计寒区板式无砟轨道时,底座板为主要控制性构件,底座板中部冻胀为最不利工况。      

高速铁路软土路基沉降的因素敏感性分析

运用弹塑性有限元法,分析各影响因素与路基沉降的相关关系,计算各因素的敏感度,找出影响路基沉降的主要因素.由计算和分析可知,在影响路基沉降的诸因素中,管桩长度的敏感度最大,软土层厚度次之,软土的内摩擦角敏感度最小.在软土各岩土体参数中,弹性模量和粘聚力对路基沉降的影响也比较大.在软土层比较厚、弹性模量和粘聚力均比较小时,路基的沉降比较大.在软土路基的加固措施中,增大管桩长度,对控制路基沉降的效果比较好;而增大筏板厚度,对控制路基沉降的效果则不明显.     

车辆荷载作用下高速公路路基变形特性分析

以某高速公路为例,采用数值模拟方法分析了含病害路基在不同车辆速度和车轴荷载作用下的路基纵向和横向沉降规律,得到一些结论:沿车辆行驶方向和道路横断面方向,随着车轴荷载的增大,路基沉降量逐渐增大,随着车速的增加,相同条件下路基沉降量将减小;车轴荷载为185 kN情况下,车速40、60、80 km/h对应的无病害路基沉降比有病害时路基最大沉降可减小50%左右;行车速度不变时,沿车辆行驶方向各种车轴荷载下路基沉降曲线变化规律一致,但不同车速情况下,路基沉降曲线相异;车速为40 km/h,沉降曲线呈现出"w"形状的双峰分布,而在车速60 km/h和80 km/h时沉降曲线呈现出"V"形状的单峰分布。     

土工格栅在填挖交界路基处理中的应用

试验段选用土工格栅处理填挖交界路基差异沉降问题,结果表明,土工格栅能够有效降低填挖交界路基的差异沉降;路表沉降量随着距填挖交界点距离的增大而逐渐增大;土工格栅竖向间距会对处置差异沉降的效果产生较大影响;通过试验段观测,最终建议竖向土工格栅间距宜控制在2m左右。     

盾构隧道下穿有轨电车路基影响分析

盾构隧道下穿有轨电车路基时,会对周围土层造成扰动并造成路基沉降.路基沉降可能会给有轨电车运营安全带来较大影响.为研究盾构隧道下穿有轨电车路基过程中路基的沉降变化规律,以沈阳地铁4号线沈创区间为例,采用Midas-GTS-NX有限元软件对盾构隧道下穿有轨电车路基施工过程进行三维数值模拟,研究结果表明:本工程最大沉降量约为1.4mm,小于有轨电车路基沉降控制值10mm,无需采取其他处理措施即可满足变形控制要求;左右线盾构隧道同时开挖时,路基沉降量最大.在实际工程中,盾构隧道下穿重要构筑物时应尽量避免同时施工;左右线盾构隧道前后错开一定距离后施工可减少路基沉降,也可缩短工期.     

采空区对高速公路路基变形的影响

对采空区路基路面建立模型,研究了开采宽度和开采厚度对路基变形的影响.研究结果显示,路基的最大沉降量和水平位移随着开采宽度的增大而增大,且增幅较大;路基路面各种位移和变形值随着开采厚度的增大而增大,采空区路基路面位移和变形值的大小与开采厚度正相关.     

重载铁路路基基床结构动力分析

通过ANSYS有限元软件建立轨道—路基系统三维模型,分析重载铁路路基基床结构在动力荷载作用下的变化规律,为研究重载铁路路基的力学性能提供技术支持.随着基床弹性模量、密度的增大,基床应力累计叠加逐步增大,基床沉降累计变形逐步减小,基床振动幅度不断增大,振动趋势逐渐平缓,抵抗变形能力减弱.     

丘陵地区高速公路路基设计及关键施工技术

某高速公路项目为我国高速公路网主干道,设计时速为120km/h。沿线路基宽约25m,填挖高度变化相对较大,路堤最大高度约15m,在隧道进出口处局部高度达20m,常规路堑最大挖深约32m,在特殊地段最大挖深达40m,其在边坡防护处理、排水工程中需特殊处理。本文结合该高速公路路基处理工程实践,对丘陵地区高速公路的路基设计及其关键施工技术进行了探讨与总结。     

高速公路路基施工中冲击压实技术的应用

工程概况 本高速公路路基工程标段全长为14.24km,该高速公路地形和地貌均为冲积平原,发现部分路段分布的较软弱土呈现薄且范围小以及承载力低特征。合同段的公路路基湿陷量均小于300mm,最大值为179.175mm,经判别本工程为I级非自重湿陷性场地,经研究采取冲击压实对本合同段公路路基进行处理,需冲击压实处理路基长度为10476m,平均处理宽度围为48.45m,全线处理共计约606385m^2。