由于熱棒路基具有良好的降溫效果,在青藏公路多年凍土區(qū)得到了應(yīng)用,但是關(guān)于熱棒路基設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇,目前主要還是基于工程經(jīng)驗(yàn)。筆者根據(jù)青藏公路楚瑪爾河地區(qū)熱棒路基的現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)資料,詳細(xì)給出了熱棒一個(gè)工作周期內(nèi)的產(chǎn)冷量及實(shí)際耗冷量的計(jì)算方法。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)路基的使用年限和所要求的上限抬升值求得其耗冷量,選取合適的安全系數(shù)可進(jìn)一步得到產(chǎn)冷量,由產(chǎn)冷量與設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系式,從而確定熱棒的間距和基本參數(shù)(蒸發(fā)段長(zhǎng)度、散熱面積、直徑)。

分析了多年凍土區(qū)公路路基常見(jiàn)的病害形態(tài),針對(duì)多年凍土區(qū)公路路基與溫度密切相關(guān)的特點(diǎn),從路肩、邊坡以及排水設(shè)施等三個(gè)方面分別闡述了其養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵措施。針對(duì)多年凍土區(qū)公路路基養(yǎng)護(hù)難度大的問(wèn)題,提出了在多年凍土地區(qū)建立公路養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng),以便于對(duì)其進(jìn)行合理及時(shí)的養(yǎng)護(hù)維修。

針對(duì)漠河至洛古河公路路基設(shè)計(jì)的實(shí)踐,探討大興安嶺地區(qū)多年凍土公路路基設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和工程中采取的措施,以減少多年凍土給公路建設(shè)帶來(lái)的損害。

隔熱保溫技術(shù)在多年凍土隧道中的應(yīng)用——結(jié)合青藏鐵路多年凍土隧道的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)多年凍土特殊性、寒區(qū)隧道病害及凍脹機(jī)理的分析，提出了多年凍土隧道設(shè)計(jì)中應(yīng)用隔熱保溫技術(shù)的思路．

青藏高原低緯度高海拔地區(qū),太陽(yáng)輻射是土體升溫的直接熱源,而帶有融化潛熱的雨水垂直滲流有加速下部?jī)鼋Y(jié)層融化的趨勢(shì)?；趯?duì)輻射、避雨、保證蒸發(fā)散熱邊界條件等方面考慮,提出了一種積極主動(dòng)的保持凍土路基穩(wěn)定的措施——遮陽(yáng)板路基。文內(nèi)對(duì)這種新措施的工作機(jī)理進(jìn)行了分析,并總結(jié)了試驗(yàn)實(shí)體工程設(shè)計(jì)與施工中存在的一些問(wèn)題。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路段和對(duì)比路段觀(guān)測(cè)、調(diào)查分析認(rèn)為,遮陽(yáng)板路基護(hù)坡是一種可行的保持路基穩(wěn)定的積極有效的新方法。

以g214線(xiàn)第二合同段路基施工為例,對(duì)換填、片塊石路基、xps板路基、熱棒-xps板復(fù)合式路基施工技術(shù)作了重點(diǎn)介紹,并對(duì)上述工程措施的施工工藝、質(zhì)量控制要點(diǎn)作了詳細(xì)說(shuō)明。

縱向裂縫是在多年凍土地區(qū)公路的主要病害之一,嚴(yán)重影響了所在路段的行車(chē)安全和正常運(yùn)營(yíng).以前我國(guó)多年凍土區(qū)公路路基普遍不高,縱向裂縫病害較少且危害較小,公路設(shè)計(jì)和科研對(duì)其關(guān)注較少.目前,對(duì)縱向裂縫的形成機(jī)理與分布規(guī)律研究較少,對(duì)其發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制、過(guò)程和影響因素缺乏深入的認(rèn)識(shí),工程和科研人員對(duì)其仍未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),給工程整治措施選擇和處治方案制定造成很大困難.熱狀況是影響和控制多年凍土路基,特別是高溫高含冰量?jī)鐾谅坊『Πl(fā)生的關(guān)鍵因素;太陽(yáng)輻射是影響多年凍土地區(qū)地表熱狀況的主要因素,公路路基抬高后,路基兩側(cè)接受太陽(yáng)輻射的差異變大,凍土路基表面熱狀況和太陽(yáng)輻射對(duì)路基病害的發(fā)生和發(fā)展影響變大.結(jié)合青藏公路多年凍土區(qū)路段縱向裂縫調(diào)查結(jié)果,分析了路基縱向裂縫在路基橫斷面上的分布規(guī)律,研究了不同走向路基表面太陽(yáng)輻射的分布,探討了多年凍土區(qū)公路路基縱向裂縫與路基走向的關(guān)系,以及太陽(yáng)輻射對(duì)公路縱向裂縫形成的影響

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結(jié)合熱棒在青藏鐵路多年凍土區(qū)路基中的應(yīng)用，介紹了熱棒的工作原理、作用，分析了熱棒在施工中的技術(shù)要求，實(shí)踐證明，應(yīng)用熱棒解決了基礎(chǔ)凍脹、融沉等熱力過(guò)程中的許多問(wèn)題，保障了多年凍土地區(qū)地基的穩(wěn)定。

在介紹熱棒工作原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合青藏鐵路17標(biāo)段施工,闡述了熱棒的施工技術(shù)要求及其應(yīng)用,經(jīng)實(shí)踐證明,熱棒在多年凍土地區(qū)的應(yīng)用是一種很好的方法,為類(lèi)似工程提供了借鑒。

在多年凍土區(qū)開(kāi)展物探工作時(shí)不能完全照搬非凍土區(qū)的物探方法所取得的成果,本文對(duì)探地雷達(dá)在多年凍土區(qū)工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用效果進(jìn)行了理論分析與對(duì)比研究,摸索出一套適合凍土區(qū)勘察的物探野外工作程序和資料處理方法,最終達(dá)到準(zhǔn)確、快速地了解凍土區(qū)內(nèi)及凍土體內(nèi)諸多關(guān)鍵參數(shù)的目的。對(duì)探地雷達(dá)在黑北公路與青藏公路的多年凍土區(qū)實(shí)際勘察中的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析,并與鉆探結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,探地雷達(dá)在多年凍土地區(qū)公路勘察中具有良好的效果。研究成果對(duì)于類(lèi)似地區(qū)的工程勘察具有一定的參考意義。

為分析道砟層對(duì)路基水熱狀況的影響,在青藏鐵路北麓河試驗(yàn)段南側(cè)布置監(jiān)測(cè)斷面,分別對(duì)天然場(chǎng)地、無(wú)道砟覆蓋路基、有道砟覆蓋路基下部一定范圍地溫、水分、熱通量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明:道砟大空隙、灰白色碎石覆蓋層能有效阻止外部熱量進(jìn)入路基;有道砟覆蓋路基比無(wú)道砟覆蓋路基融化期短20d,5cm深度處有道砟覆蓋路基比無(wú)道砟覆蓋路基年平均溫度低2.3℃,道砟層起到良好保溫隔熱作用;道砟覆蓋層對(duì)水分有潤(rùn)濕和蒸發(fā)作用,有效減少大氣降水入滲,保持路基水分相對(duì)穩(wěn)定;夏季短期、高頻次降雨有降低地表溫度的作用,短期內(nèi)對(duì)道砟層下水分和熱量有明顯影響,但降水幾乎全部蒸發(fā),未能在路基內(nèi)形成水分累積,有道砟覆蓋路基下部50cm深度處溫度和含水量基本不受降雨影響。

多年凍土區(qū)修筑公路等建筑物后,改變了多年凍土地表的凍土水熱條件,造成多年凍土融化,路基失穩(wěn),導(dǎo)致一系列的公路病害。片、塊石利用多孔介質(zhì)自然對(duì)流傳熱和熱屏蔽特性,有利于保護(hù)凍土,保持路基穩(wěn)定性。片、塊石路基有效改善了多年凍土區(qū)路基下熱狀況,是一種有效保護(hù)多年凍土的工程措施。

利用非線(xiàn)性有限元方法,對(duì)多年凍土地區(qū)隔熱板路基溫度場(chǎng)的變化特征進(jìn)行數(shù)值模擬,進(jìn)而對(duì)隔熱板路基的工作機(jī)理進(jìn)行研究。研究表明:路基內(nèi)部鋪設(shè)隔熱板后,路基溫度場(chǎng)的分布特征受到很大影響;板下土體與外界的熱交換強(qiáng)度大大減小,對(duì)外部溫度變化的響應(yīng)速度顯著降低;隔熱板在不同季節(jié)起到不同的作用,在夏季阻止外部熱量進(jìn)入路基,有利于路基穩(wěn)定,而在冬季則阻止路基熱量的對(duì)外散發(fā),不利于路基穩(wěn)定;暖季施工的隔熱板路基在建成初期穩(wěn)定性相對(duì)較差,后期其凍土保護(hù)效果顯著。

結(jié)合青藏鐵路清水試驗(yàn)段的一些觀(guān)測(cè)結(jié)果,簡(jiǎn)單介紹了土工格柵在試驗(yàn)段的應(yīng)用情況,分析了試驗(yàn)段路基裂縫的形成機(jī)理,并探討了土工格柵對(duì)路基裂縫生成和分布的影響。

通過(guò)對(duì)青藏鐵路多年凍土區(qū)路基施工特點(diǎn)的分析,提出對(duì)青藏鐵路多年凍土區(qū)路基施工的認(rèn)識(shí)。指出解決多年凍土,是青藏鐵路施工成敗的根本

研究目的:由于溫度和水分的介入以及運(yùn)營(yíng)條件的誘發(fā),使運(yùn)營(yíng)期間凍土路基工程狀態(tài)的研究變得更為復(fù)雜。通過(guò)對(duì)運(yùn)營(yíng)初期多年凍土路基工程狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和監(jiān)測(cè),從路基變形、地溫變化、水熱環(huán)境三個(gè)方面研究運(yùn)營(yíng)初期多年凍土區(qū)路基的工程狀態(tài),提出路基裂縫病害的解決措施,為鐵路安全運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)工作服務(wù)。研究結(jié)論:(1)多年凍土區(qū)路基工程在運(yùn)營(yíng)初期,路基變形總體呈衰減趨勢(shì),已經(jīng)趨于穩(wěn)定。(2)路基大多數(shù)斷面多年凍土上限上升和上限形態(tài)趨于穩(wěn)定,地基冷儲(chǔ)量增加,多年凍土上限上升是在降低土體溫度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。(3)路基工程狀態(tài)變化首先是地溫場(chǎng)的變化改變了發(fā)生變形的土層位置和厚度,同時(shí)地溫場(chǎng)的不對(duì)稱(chēng)造成變形差異,誘發(fā)裂縫發(fā)生,水熱環(huán)境的變化導(dǎo)致裂縫發(fā)展。(4)采用熱學(xué)不對(duì)稱(chēng)的路基結(jié)構(gòu),能減緩上限形態(tài)的不對(duì)稱(chēng)性,從而減小路基橫向差異變形,抑制路基工程裂縫的發(fā)生和發(fā)展。

多年凍土是青藏鐵路建設(shè)面臨的主要難題之一。在多年凍土地區(qū)的斜坡地帶往往發(fā)育有濕地等不良地質(zhì)現(xiàn)象,對(duì)于路基修建的安全造成嚴(yán)重影響。描述了青藏鐵路多年凍土區(qū)dk1487+717～dk1487+880段的路基設(shè)計(jì)情況,總結(jié)了關(guān)于多年凍土斜坡濕地地段的路基設(shè)計(jì)體會(huì)。

基于青藏鐵路路基遮陽(yáng)棚工程的監(jiān)測(cè)資料,結(jié)合室內(nèi)模擬試驗(yàn)及計(jì)算,就該措施保護(hù)多年凍土地基的效果進(jìn)行了分析。分析表明,遮陽(yáng)棚通過(guò)遮擋太陽(yáng)直接輻射、降低近地表氣溫和地表溫度,進(jìn)而降低了其影響范圍內(nèi)的土體溫度,起到了保護(hù)凍土的良好作用。

為研究寒區(qū)鐵路路基水熱動(dòng)態(tài)過(guò)程,以北麓河地區(qū)路基試驗(yàn)段道砟覆蓋路面、無(wú)道砟路面(砂礫路面)和天然場(chǎng)地的水分、溫度、熱通量和降水等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析鐵路路基活動(dòng)層水熱宏觀(guān)遷移規(guī)律、活動(dòng)層水分累積情況及降水對(duì)路基熱狀況的影響。結(jié)果表明:路基活動(dòng)層各深度地溫隨時(shí)間呈正弦規(guī)律變化,道砟層能夠有效減少外部熱量進(jìn)入路基,道砟路面年平均地溫和年較差明顯低于砂礫路面;融化期間路基液態(tài)水和降水向下運(yùn)移,凍結(jié)過(guò)程中水分向凍結(jié)鋒面運(yùn)移;夏季強(qiáng)降雨和持續(xù)降雨對(duì)淺層路基(高度<75cm)短期水熱有明顯影響,但路基長(zhǎng)期水熱受降雨影響不明顯,也未出現(xiàn)明顯水分累積;降雨入滲、地表蒸發(fā)伴隨的液態(tài)水和水汽運(yùn)移對(duì)鐵路路基表層水熱影響不可忽略。

在輻射強(qiáng)烈,路基單側(cè)病害嚴(yán)重具有明顯陰陽(yáng)坡面的路段,遮陽(yáng)板路基護(hù)坡作為保持路基穩(wěn)定的主動(dòng)調(diào)控措施被采用。在對(duì)試驗(yàn)工程近3年的觀(guān)測(cè)資料分析基礎(chǔ)上,將路基溫度場(chǎng)和變形進(jìn)行了對(duì)比研究,認(rèn)為:遮陽(yáng)板工程措施能大大減少板體下路基體吸熱,顯著抬升人為上限,降低上限附近土體溫度,調(diào)控路基陰陽(yáng)面吸熱不均的差異,使路基溫度場(chǎng)向有利于凍土穩(wěn)定的趨勢(shì)發(fā)展;棚室效應(yīng)使得地溫年振幅減小,減弱了凍脹、融沉、不均勻變形等病害的作用。試驗(yàn)證明,遮陽(yáng)板工程措施是一種行之有效的保持凍土穩(wěn)定的地溫調(diào)控方法。

東北島狀多年凍土分布特點(diǎn)及其公路路基設(shè)計(jì)對(duì)策