典型冻土路基变形调控措施应用效能分析

为了解决多年冻土区路基变形控制与稳定性问题,满足高海拔多年冻土区路基调控措施的选型需求,以青藏公路、国道214线共和至玉树公路、中科院北麓河高等级试验公路中已试验应用的一些典型路基调控措施为研究对象,采用实测数据分析、数值模拟等方法,将实体试验工程长时间序列监测数据反映的情形与数值模拟结果对照,并结合道路运营状态调查等技术手段对各类典型调控措施的长期作用效能进行验证,探讨其在高等级公路中的适应性。研究表明:隔热层工程措施、热棒工程措施、空心块护坡工程措施等基于温度调控的冻土路基变形调控措施,主要通过减少路基基底吸热、调控路基基底温度场的变化趋势与强度,实现对冻土路基变形进行调控,它们对路基自身结构安全与稳定性要求较高,长期作用效能没有达到设计预期,该类调控措施在路基变形调控应用中不宜单独使用,应注重与其他调控措施组合使用;块石路基、通风管路基、全断面通风路基等主要基于水、热同时调控的工程措施,它们通过减弱水的影响,对流换热增加基底冷储量,减少路基体水热影响作用明显,虽然也存在有些措施热效能不足、路基基底整体处于净吸热状态的问题,但其自身结构力学稳定性和水稳定性较好,综合使用效能经长期观察是积极的,路基变形能基本达到设计预期。     

多年冻土区宽幅XPS保温板路基传热特征研究

为研究宽幅XPS保温板路基地温调控效果，对共和至玉树高速公路21.5 m幅宽的XPS保温板路基和幅宽13.5 m热棒-XPS保温板复合路基试验路的冻土地温进行了长期系统的监测。结果表明:宽幅XPS保温板路基冻土上限年下降速率、冻土上限位置升温速率和吸热量分别为宽幅普通路基的76%，62%，55%，然而宽幅XPS保温板路基下伏多年冻土仍以较快的速率发生退化，上限下降速率达到0.5 m/a；铺设黑色路面后，宽幅XPS保温板路基和宽幅普通路基吸热量均增大约1倍；和单一的XPS保温板隔热措施相比，热棒-XPS保温板复合路基对路面下2～5 m范围内土层地温产生调控效果，可有效改善采用单一XPS保温板工程措施的被动吸热状态，提高冻土路基热稳定性。     

遮阳板护坡工程措施结构形式研究

遮阳板护坡工程措施作为调控冻土路基稳定的工程措施已被进行应用研究,实测监测数据表明:遮阳板工程措施能大大减少板体下路基体吸热,显著抬升冻土人为上限,降低上限附近土体温度,调控路基阴阳面吸热不均的差异,使路基温度场向有利于冻土稳定的趋势发展,其应用效果显著;但是现有结构形式温缩变形等损坏较严重,耐久性不理想,其结构形式有待改进.在实地调查研究的基础上,针对试验工程出现的结构问题,对遮阳板护坡工程措施的结构形式进行了优化探讨,并给出了相应的结构设计建议.     

遮阳板护坡工程措施结构形式研究

遮阳板护坡工程措施作为调控冻土路基稳定的工程措施已有应用研究,实际监测数据表明:遮阳板工程措施能大大减少板体下路基体吸热,显著抬升人为上限,降低上限附近土体温度,调控路基阴阳面吸热不均的差异,使路基温度场向有利于冻土稳定的趋势发展,其应用效果显著;但是现有结构形式温缩变形等损坏较严重,耐久性不理想,其结构形式有待改进.笔者在实地调查研究的基础上,针对试验工程出现的结构问题,对遮阳板护坡工程措施的结构形式进行了优化探讨,并给出了相应的结构设计建议.     

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。     

多年冻土地区隔热层路基研究

多年冻土路基的破坏主要是由于卧多年冻土层上限下移层致不均匀热融热陷造成。通过对隔热层路试验工程设计、施工及使用效果观测分析，取得了在冻土地区道路工程中应用工业隔热材料的实践经验，可供该类地区道路设计、施工参考。     

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。     

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。     

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。     

文摘·简讯

青藏铁路冻土区路基趋于稳定通过青藏铁路冻土区段沿线建有的铁路冻土区工程长期观测系统,监测人员对接收的数据进行分析表明,全线开通近一年来,在热棒、碎石护坡、通风管等多种技术防护措施集中使用的地段,冻土路基下沉、开裂等病害发生较少,冻土区路基正逐步趋于稳定,达到了理想效果。据了解,为解决冻土路基热融沉降、变形开裂的问题,青藏铁路采取了热棒、碎石护坡、通风管等多种技术防护措施,人为地保护冻土,以降低冻土路基土体温度、抬升路基本体冻土上限。青藏铁路冻土区路基个别地方虽出现过裂缝、沉降、冻胀等现象,但变形量很小,年沉…     

多年冻土区融化盘偏移引发路基病害的治理工程措施研究

在青藏公路高温多年冻土区高路堤路段,由于阴阳坡面的地温差异造成路基边坡阳坡面的融化盘较路基中心要深,比阴面更深,在车辆荷载的作用下路基左侧(阳面)伴随着不均匀沉陷,出现了严重的纵向裂缝等路基病害.对其病害的特征及形成机理进行了系统的阐述,并基于对青藏公路热棒路基及遮阳板路基地温观测数据的分析,提出这两种工程措施能有效治理上述病害.     

高速公路路基路面施工质量控制措施

文章从高速公路路基路面施工质量控制的重要性出发,对路面施工和路基施工中存在的质量问题进行分析,在此基础上对路基路面施工质量控制措施展开了探讨,提出对沥青材料与搅拌质量进行动态调控、加强路基土的压实等措施,以保证高速公路工程的整体施工质量。     

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)。     

唐古拉山南麓冻土区低路堤的工程补强研究

由于线路纵向坡度限制,青藏铁路在某些越岭地段,不可避免会出现路堤高度小于所在地区路基临界高度的低路堤。针对唐古拉山南麓冻土区的特殊环境条件,对该类低路堤不同的工程补强措施进行了比较和试验研究。结果表明,大功率下的热棒 保温板的工程措施效果最好。     

青藏铁路冻土区路基趋于稳定

通过青藏铁路冻土区段沿线建有的铁路冻土区工程长期观测系统，监测人员对接收的数据进行分析表明，全线开通近一年来。在热棒、碎石护坡、通风管等多种技术防护措施集中使用的地段，冻土路基下沉、开裂等病害发生较少，冻土区路基正逐步趋于稳定，达到了理想效果。     

复合碎石排水层对路基水稳定性的影响

针对多雨地区路基湿度增加,对土体抗剪强度特别是其中土颗粒之间粘聚力的影响,提出复合碎石排水层的解决方案。为了使复合碎石排水层达到最佳排水效果,进行了试验段施工,并在试验段内埋设湿度传感器。检测结果表明：设置复合碎石排水层以后,能有效减少外界水对路基的干扰,维持路基水稳定性。     

多年冻土区分离式路基热干扰预防及处治措施研究

为确定分离式路基相互间热干扰程度,并采用相应的工程处治方案,通过采用理论分析及数值仿真方法将不同间距、含冰量工况下的分离式路基热干扰程度分为轻、中、重3个等级,以热干扰程度等级划分为基础,提出针对各等级热干扰的工程处治措施,并分别建立预估模型,对各种处治措施的长期应用效果进行分析。研究结果表明:分离式路基间距大于5 m工况下,其相互间热干扰可忽略,间距3~5 m时热干扰开始加强,间距小于0 m时热干扰开始剧烈;通过对各种工况下处治措施应用效果的数值分析,所提出的处治措施可有效防止路基间的热干扰效应,并且长期作用效果显著。     

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。