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)得到了應用,但是關于熱棒路基設計參數(shù)的選擇,目前主要還是基于工程經(jīng)驗。筆者根據(jù)青藏公路楚瑪爾河地區(qū)熱棒路基的現(xiàn)場觀測資料,詳細給出了熱棒一個工作周期內(nèi)的產(chǎn)冷量及實際耗冷量的計算方法。在設計時可根據(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)可進一步得到產(chǎn)冷量,由產(chǎn)冷量與設計參數(shù)的關系式,從而確定熱棒的間距和基本參數(shù)(蒸發(fā)段長度、散熱面積、直徑)。

分析了多年凍土區(qū)公路路基常見的病害形態(tài),針對多年凍土區(qū)公路路基與溫度密切相關的特點,從路肩、邊坡以及排水設施等三個方面分別闡述了其養(yǎng)護的關鍵措施。針對多年凍土區(qū)公路路基養(yǎng)護難度大的問題,提出了在多年凍土地區(qū)建立公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng),以便于對其進行合理及時的養(yǎng)護維修。

針對漠河至洛古河公路路基設計的實踐,探討大興安嶺地區(qū)多年凍土公路路基設計的一般規(guī)律和工程中采取的措施,以減少多年凍土給公路建設帶來的損害。

隔熱保溫技術在多年凍土隧道中的應用——結合青藏鐵路多年凍土隧道的設計，通過對多年凍土特殊性、寒區(qū)隧道病害及凍脹機理的分析，提出了多年凍土隧道設計中應用隔熱保溫技術的思路．

青藏高原低緯度高海拔地區(qū),太陽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凍結層融化的趨勢?；趯椛?、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的保持凍土路基穩(wěn)定的措施——遮陽板路基。文內(nèi)對這種新措施的工作機理進行了分析,并總結了試驗實體工程設計與施工中存在的一些問題。通過對試驗路段和對比路段觀測、調(diào)查分析認為,遮陽板路基護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線第二合同段路基施工為例,對換填、片塊石路基、xps板路基、熱棒-xps板復合式路基施工技術作了重點介紹,并對上述工程措施的施工工藝、質(zhì)量控制要點作了詳細說明。

縱向裂縫是在多年凍土地區(qū)公路的主要病害之一,嚴重影響了所在路段的行車安全和正常運營.以前我國多年凍土區(qū)公路路基普遍不高,縱向裂縫病害較少且危害較小,公路設計和科研對其關注較少.目前,對縱向裂縫的形成機理與分布規(guī)律研究較少,對其發(fā)生、發(fā)展的機制、過程和影響因素缺乏深入的認識,工程和科研人員對其仍未形成統(tǒng)一的認識,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凍土路基病害發(fā)生的關鍵因素;太陽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,路基兩側接受太陽輻射的差異變大,凍土路基表面熱狀況和太陽輻射對路基病害的發(fā)生和發(fā)展影響變大.結合青藏公路多年凍土區(qū)路段縱向裂縫調(diào)查結果,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系,以及太陽輻射對公路縱向裂縫形成的影響

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結合熱棒在青藏鐵路多年凍土區(qū)路基中的應用，介紹了熱棒的工作原理、作用，分析了熱棒在施工中的技術要求，實踐證明，應用熱棒解決了基礎凍脹、融沉等熱力過程中的許多問題，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上,結合青藏鐵路17標段施工,闡述了熱棒的施工技術要求及其應用,經(jīng)實踐證明,熱棒在多年凍土地區(qū)的應用是一種很好的方法,為類似工程提供了借鑒。

在多年凍土區(qū)開展物探工作時不能完全照搬非凍土區(qū)的物探方法所取得的成果,本文對探地雷達在多年凍土區(qū)工程地質(zhì)勘察中的應用效果進行了理論分析與對比研究,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,最終達到準確、快速地了解凍土區(qū)內(nèi)及凍土體內(nèi)諸多關鍵參數(shù)的目的。對探地雷達在黑北公路與青藏公路的多年凍土區(qū)實際勘察中的應用效果進行了分析,并與鉆探結果進行了對比。結果表明,探地雷達在多年凍土地區(qū)公路勘察中具有良好的效果。研究成果對于類似地區(qū)的工程勘察具有一定的參考意義。

為分析道砟層對路基水熱狀況的影響,在青藏鐵路北麓河試驗段南側布置監(jiān)測斷面,分別對天然場地、無道砟覆蓋路基、有道砟覆蓋路基下部一定范圍地溫、水分、熱通量進行監(jiān)測。結果表明:道砟大空隙、灰白色碎石覆蓋層能有效阻止外部熱量進入路基;有道砟覆蓋路基比無道砟覆蓋路基融化期短20d,5cm深度處有道砟覆蓋路基比無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;道砟覆蓋層對水分有潤濕和蒸發(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),導致一系列的公路病害。片、塊石利用多孔介質(zhì)自然對流傳熱和熱屏蔽特性,有利于保護凍土,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,是一種有效保護多年凍土的工程措施。

利用非線性有限元方法,對多年凍土地區(qū)隔熱板路基溫度場的變化特征進行數(shù)值模擬,進而對隔熱板路基的工作機理進行研究。研究表明:路基內(nèi)部鋪設隔熱板后,路基溫度場的分布特征受到很大影響;板下土體與外界的熱交換強度大大減小,對外部溫度變化的響應速度顯著降低;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入路基,有利于路基穩(wěn)定,而在冬季則阻止路基熱量的對外散發(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)定性相對較差,后期其凍土保護效果顯著。

結合青藏鐵路清水試驗段的一些觀測結果,簡單介紹了土工格柵在試驗段的應用情況,分析了試驗段路基裂縫的形成機理,并探討了土工格柵對路基裂縫生成和分布的影響。

通過對青藏鐵路多年凍土區(qū)路基施工特點的分析,提出對青藏鐵路多年凍土區(qū)路基施工的認識。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營條件的誘發(fā),使運營期間凍土路基工程狀態(tài)的研究變得更為復雜。通過對運營初期多年凍土路基工程狀態(tài)的現(xiàn)場調(diào)查和監(jiān)測,從路基變形、地溫變化、水熱環(huán)境三個方面研究運營初期多年凍土區(qū)路基的工程狀態(tài),提出路基裂縫病害的解決措施,為鐵路安全運營和養(yǎng)護工作服務。研究結論:(1)多年凍土區(qū)路基工程在運營初期,路基變形總體呈衰減趨勢,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,地基冷儲量增加,多年凍土上限上升是在降低土體溫度的基礎上實現(xiàn)的。(3)路基工程狀態(tài)變化首先是地溫場的變化改變了發(fā)生變形的土層位置和厚度,同時地溫場的不對稱造成變形差異,誘發(fā)裂縫發(fā)生,水熱環(huán)境的變化導致裂縫發(fā)展。(4)采用熱學不對稱的路基結構,能減緩上限形態(tài)的不對稱性,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,對于路基修建的安全造成嚴重影響。描述了青藏鐵路多年凍土區(qū)dk1487+717～dk1487+880段的路基設計情況,總結了關于多年凍土斜坡濕地地段的路基設計體會。

基于青藏鐵路路基遮陽棚工程的監(jiān)測資料,結合室內(nèi)模擬試驗及計算,就該措施保護多年凍土地基的效果進行了分析。分析表明,遮陽棚通過遮擋太陽直接輻射、降低近地表氣溫和地表溫度,進而降低了其影響范圍內(nèi)的土體溫度,起到了保護凍土的良好作用。

為研究寒區(qū)鐵路路基水熱動態(tài)過程,以北麓河地區(qū)路基試驗段道砟覆蓋路面、無道砟路面(砂礫路面)和天然場地的水分、溫度、熱通量和降水等數(shù)據(jù)為基礎,分析鐵路路基活動層水熱宏觀遷移規(guī)律、活動層水分累積情況及降水對路基熱狀況的影響。結果表明:路基活動層各深度地溫隨時間呈正弦規(guī)律變化,道砟層能夠有效減少外部熱量進入路基,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)水和降水向下運移,凍結過程中水分向凍結鋒面運移;夏季強降雨和持續(xù)降雨對淺層路基(高度<75cm)短期水熱有明顯影響,但路基長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)水和水汽運移對鐵路路基表層水熱影響不可忽略。

在輻射強烈,路基單側病害嚴重具有明顯陰陽坡面的路段,遮陽板路基護坡作為保持路基穩(wěn)定的主動調(diào)控措施被采用。在對試驗工程近3年的觀測資料分析基礎上,將路基溫度場和變形進行了對比研究,認為:遮陽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)控路基陰陽面吸熱不均的差異,使路基溫度場向有利于凍土穩(wěn)定的趨勢發(fā)展;棚室效應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。試驗證明,遮陽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及其公路路基設計對策