多年凍土區(qū)路基邊坡遮陽板降溫過程試驗

多年凍土區(qū)鐵路路基的熱狀況是決定路基穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素,青藏線片石通風(fēng)路基是按保護多年凍土的原則而設(shè)計的。文章介紹片石通風(fēng)路基的施工技術(shù)及注意事項。

在青藏公路、青藏鐵路以及青康公路等寒區(qū)路基工程中,為確保道路交通的安全通暢,各種主動保護多年凍土的工程措施也相應(yīng)地應(yīng)用到實際的工程中去,路基邊坡遮陽板是主要措施之一.通過對不同凈空遮陽板下風(fēng)速的模擬計算,結(jié)果表明:遮陽板的凈空高度以最低不小于20cm,最高以不超過70cm條件下風(fēng)速達到最大值,對比實際工程,建議最佳高度以50cm為宜.通過計算總結(jié)出遮陽板下風(fēng)速變化與遮陽板凈空及初始風(fēng)速的半經(jīng)驗公式,為寒區(qū)工程路基邊坡防護提供了參考依據(jù).

多年凍土區(qū)路塹邊坡防護試驗研究——研究目的：目前，多年凍土區(qū)路塹邊坡防護方面開展的試驗研究較少，缺乏設(shè)計、施工和應(yīng)用效果等方面的研究成果?；谇嗖罔F路北麓河試驗段柔性護坡試驗工程的地溫和變形觀測資料，分析了泡沫玻璃護坡和草皮護坡下的地溫發(fā)展變...

對采用遮陽板和保溫材料組合來保護路基下多年凍土的方法進行數(shù)值模擬分析,通過比較未采用措施的普通路基與采用該組合保護措施的溫度場計算結(jié)果分析,得出保護措施的有效性。

為解決多年凍土地區(qū)路基的融沉變形,防止凍土上限進一步下降,應(yīng)用碎石路基主動保護凍土,是目前興起的一種新措施。依托平行于青藏公路的試驗工程,動態(tài)監(jiān)測路基內(nèi)溫度,通過現(xiàn)場測試結(jié)果分析普通路基與碎石路基內(nèi)的溫度變化,揭示碎石路基的降溫效果。結(jié)果表明,碎石路基具有一定的降溫效果,適于在多年凍土地區(qū)應(yīng)用。

基于青藏鐵路路基遮陽棚工程的監(jiān)測資料,結(jié)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。

通過對青藏鐵路清水河段站場路基的初步試驗,獲取了地溫變形數(shù)據(jù),探討站場路基的凍結(jié)和融化過程的規(guī)律.實驗表明:站場路基下凍土人為上限發(fā)生了上移,多年凍土得到了保護,為類似路段多年凍土工程提供借鑒.

凍土邊坡研究最早從自然斜坡開始,主要研究熱融滑塌、融凍泥流的變形特點、失穩(wěn)機理、穩(wěn)定性評價方法和工程處理措施。研究發(fā)現(xiàn):厚層地下冰的熱穩(wěn)定性是決定斜坡穩(wěn)定與否的關(guān)鍵因素,與一般地區(qū)邊坡穩(wěn)定性不同。在凍土邊坡方面,主要著重于厚層地下冰地段路塹邊坡防護與支擋、沼澤化斜坡路基與陡坡地段凍土路堤穩(wěn)定性研究。在凍土支擋建筑物方面,主要研究擋土墻與錨定板的設(shè)計計算方法,認(rèn)為凍土支擋設(shè)計應(yīng)考慮水平凍脹力,凍土擋墻的合理形式是柔性結(jié)構(gòu)擋土墻,而錨定板設(shè)計需要考慮凍土的流變特性。從2007年8月青藏鐵路凍土路基病害調(diào)查來看,路塹邊坡和陡坡路堤是凍土路基病害高發(fā)地段,是影響青藏鐵路安全運營的主要威脅。

風(fēng)沙路基邊坡

闡述了凍土區(qū)保溫板路基施工技術(shù)的工藝原理,介紹了該技術(shù)的施工工藝、技術(shù)要點和注意事項。

選擇典型的客土噴播防護邊坡工程,測定在不同人工降雨強度和降雨歷時條件下客土噴播基材混合物的沖刷穩(wěn)定性以及坡面有一定植物覆蓋率后邊坡的沖刷穩(wěn)定性,定量比較在不同條件下邊坡的抗沖刷能力。試驗結(jié)果表明,客土噴播防護工程有效地提高了公路邊坡的長期抗沖刷穩(wěn)定性。

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(chǔ),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(jié)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(jié)過程中水分向凍結(jié)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。

青藏鐵路格拉段多年凍土區(qū)共有路塹邊坡78處,長約15.6km,其穩(wěn)定性直接關(guān)系到線路安全運營。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,分析其穩(wěn)定性狀況、病害形式、影響因素及機理,討論防治措施的合理性。結(jié)果表明:先后有15處出現(xiàn)病害,其中4處失穩(wěn),病害問題值得重視;病害形式包括坡面沖刷、縱向裂縫、防護結(jié)構(gòu)破壞、滑塌、坡腳鼓脹等;病害位置以邊坡上側(cè)為主,而非陽坡側(cè),塹頂是最薄弱的部位,發(fā)育過程表現(xiàn)為周期性和波動性的惡化;地表水和凍結(jié)層上水的熱侵蝕及活動層凍融作用是病害的主要原因,病害機理包括地表水沖刷、滯水凍脹和凍融循環(huán);經(jīng)過運營期檢驗,無防護的坡面容易沖刷變形,封閉式錨噴混凝土面容易滯水凍脹破裂,輕型、柔性的骨架護坡和l型擋墻防護效果較好。

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(rèn)識。指出解決多年凍土,是青藏鐵路施工成敗的根本

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(xì)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(shè)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(shè)計參數(shù)的關(guān)系式,從而確定熱棒的間距和基本參數(shù)(蒸發(fā)段長度、散熱面積、直徑)。

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(fù)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(wù)。研究結(jié)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(chǔ)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(dǎo)致裂縫發(fā)展。(4)采用熱學(xué)不對稱的路基結(jié)構(gòu),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(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)計體會。

片塊石通風(fēng)路基是一種典型的冷卻路基的工程措施,為研究這種路基在高溫多年凍土區(qū)的降溫效果,進行了現(xiàn)場實體工程試驗。試驗結(jié)果表明,片塊石路基可以產(chǎn)生對流換熱機制,具有降溫能力,有利于提高高溫多年凍土區(qū)路基的熱穩(wěn)定性。

本文分析了多年凍土地區(qū)公路路基病害特征及形成的主要原因,介紹了多年凍土地區(qū)的設(shè)計原則,提出了多年凍土地區(qū)路基病害的綜合防治措施。

鄭萬高鐵八標(biāo)南陽段271400～272550控制點成果表 序號點號x（m）y（m）h(m)備注 1cpii476-13647724.463514766.256122.355dk271+389.027右65.574 2lj-43647458.782514688.935120.899dk271+638.381左54.374 3lj-63647235.274514332.395121.726dk272+042.881右61.627 4cpii4773647353.931514623.955121.000dk271+759.812左76.064 5cpii477-13646954.373514430.170121.465dk272+186.591左198.783 6lj-73646890.109514061.447121.394

青藏路穿越約560km(西大灘—安多)高原多年凍土地區(qū)和210km(安多以南)零星分布的島狀多年凍土地區(qū)。該地區(qū)普遍分布有厚度較大的水平冰層,體積含冰量大于80%,最厚達5m,其頂面一般即為多年凍土上限。由于埋藏較淺,極易受地表條件和氣候變化的影響,凍融滑塌是高原凍土的突出現(xiàn)象,亦是造成路基病害的主要原因之一。根據(jù)工程實踐介紹了路基的部分設(shè)計思路及施工方法。

高寒區(qū)多年凍土地區(qū),由于路基的修建,改變了原有永凍土地質(zhì)的水熱狀況,引起水熱的重分布,破壞了原有熱平衡,導(dǎo)致路基的融沉、塌陷、路面裂縫等病害,交通無法正常行駛或中斷交通,影響道路使用壽命。不同施氣候環(huán)境下采用相應(yīng)的合理施工措施既能加快施工進度,又能保證路基施工質(zhì)量