XPS板隔热层在多年冻土区公路路基中的应用

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)。

分析了多年冻土区公路路基常见的病害形态,针对多年冻土区公路路基与温度密切相关的特点,从路肩、边坡以及排水设施等三个方面分别阐述了其养护的关键措施。针对多年冻土区公路路基养护难度大的问题,提出了在多年冻土地区建立公路养护管理信息系统,以便于对其进行合理及时的养护维修。

针对漠河至洛古河公路路基设计的实践,探讨大兴安岭地区多年冻土公路路基设计的一般规律和工程中采取的措施,以减少多年冻土给公路建设带来的损害。

隔热保温技术在多年冻土隧道中的应用——结合青藏铁路多年冻土隧道的设计，通过对多年冻土特殊性、寒区隧道病害及冻胀机理的分析，提出了多年冻土隧道设计中应用隔热保温技术的思路．

青藏高原低纬度高海拔地区,太阳辐射是土体升温的直接热源,而带有融化潜热的雨水垂直渗流有加速下部冻结层融化的趋势。基于对辐射、避雨、保证蒸发散热边界条件等方面考虑,提出了一种积极主动的保持冻土路基稳定的措施——遮阳板路基。文内对这种新措施的工作机理进行了分析,并总结了试验实体工程设计与施工中存在的一些问题。通过对试验路段和对比路段观测、调查分析认为,遮阳板路基护坡是一种可行的保持路基稳定的积极有效的新方法。

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。

纵向裂缝是在多年冻土地区公路的主要病害之一,严重影响了所在路段的行车安全和正常运营.以前我国多年冻土区公路路基普遍不高,纵向裂缝病害较少且危害较小,公路设计和科研对其关注较少.目前,对纵向裂缝的形成机理与分布规律研究较少,对其发生、发展的机制、过程和影响因素缺乏深入的认识,工程和科研人员对其仍未形成统一的认识,给工程整治措施选择和处治方案制定造成很大困难.热状况是影响和控制多年冻土路基,特别是高温高含冰量冻土路基病害发生的关键因素;太阳辐射是影响多年冻土地区地表热状况的主要因素,公路路基抬高后,路基两侧接受太阳辐射的差异变大,冻土路基表面热状况和太阳辐射对路基病害的发生和发展影响变大.结合青藏公路多年冻土区路段纵向裂缝调查结果,分析了路基纵向裂缝在路基横断面上的分布规律,研究了不同走向路基表面太阳辐射的分布,探讨了多年冻土区公路路基纵向裂缝与路基走向的关系,以及太阳辐射对公路纵向裂缝形成的影响

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结合热棒在青藏铁路多年冻土区路基中的应用，介绍了热棒的工作原理、作用，分析了热棒在施工中的技术要求，实践证明，应用热棒解决了基础冻胀、融沉等热力过程中的许多问题，保障了多年冻土地区地基的稳定。

在介绍热棒工作原理的基础上,结合青藏铁路17标段施工,阐述了热棒的施工技术要求及其应用,经实践证明,热棒在多年冻土地区的应用是一种很好的方法,为类似工程提供了借鉴。

在多年冻土区开展物探工作时不能完全照搬非冻土区的物探方法所取得的成果,本文对探地雷达在多年冻土区工程地质勘察中的应用效果进行了理论分析与对比研究,摸索出一套适合冻土区勘察的物探野外工作程序和资料处理方法,最终达到准确、快速地了解冻土区内及冻土体内诸多关键参数的目的。对探地雷达在黑北公路与青藏公路的多年冻土区实际勘察中的应用效果进行了分析,并与钻探结果进行了对比。结果表明,探地雷达在多年冻土地区公路勘察中具有良好的效果。研究成果对于类似地区的工程勘察具有一定的参考意义。

为分析道砟层对路基水热状况的影响,在青藏铁路北麓河试验段南侧布置监测断面,分别对天然场地、无道砟覆盖路基、有道砟覆盖路基下部一定范围地温、水分、热通量进行监测。结果表明:道砟大空隙、灰白色碎石覆盖层能有效阻止外部热量进入路基;有道砟覆盖路基比无道砟覆盖路基融化期短20d,5cm深度处有道砟覆盖路基比无道砟覆盖路基年平均温度低2.3℃,道砟层起到良好保温隔热作用;道砟覆盖层对水分有润湿和蒸发作用,有效减少大气降水入渗,保持路基水分相对稳定;夏季短期、高频次降雨有降低地表温度的作用,短期内对道砟层下水分和热量有明显影响,但降水几乎全部蒸发,未能在路基内形成水分累积,有道砟覆盖路基下部50cm深度处温度和含水量基本不受降雨影响。

多年冻土区修筑公路等建筑物后,改变了多年冻土地表的冻土水热条件,造成多年冻土融化,路基失稳,导致一系列的公路病害。片、块石利用多孔介质自然对流传热和热屏蔽特性,有利于保护冻土,保持路基稳定性。片、块石路基有效改善了多年冻土区路基下热状况,是一种有效保护多年冻土的工程措施。

利用非线性有限元方法,对多年冻土地区隔热板路基温度场的变化特征进行数值模拟,进而对隔热板路基的工作机理进行研究。研究表明:路基内部铺设隔热板后,路基温度场的分布特征受到很大影响;板下土体与外界的热交换强度大大减小,对外部温度变化的响应速度显著降低;隔热板在不同季节起到不同的作用,在夏季阻止外部热量进入路基,有利于路基稳定,而在冬季则阻止路基热量的对外散发,不利于路基稳定;暖季施工的隔热板路基在建成初期稳定性相对较差,后期其冻土保护效果显著。

结合青藏铁路清水试验段的一些观测结果,简单介绍了土工格栅在试验段的应用情况,分析了试验段路基裂缝的形成机理,并探讨了土工格栅对路基裂缝生成和分布的影响。

通过对青藏铁路多年冻土区路基施工特点的分析,提出对青藏铁路多年冻土区路基施工的认识。指出解决多年冻土,是青藏铁路施工成败的根本

研究目的:由于温度和水分的介入以及运营条件的诱发,使运营期间冻土路基工程状态的研究变得更为复杂。通过对运营初期多年冻土路基工程状态的现场调查和监测,从路基变形、地温变化、水热环境三个方面研究运营初期多年冻土区路基的工程状态,提出路基裂缝病害的解决措施,为铁路安全运营和养护工作服务。研究结论:(1)多年冻土区路基工程在运营初期,路基变形总体呈衰减趋势,已经趋于稳定。(2)路基大多数断面多年冻土上限上升和上限形态趋于稳定,地基冷储量增加,多年冻土上限上升是在降低土体温度的基础上实现的。(3)路基工程状态变化首先是地温场的变化改变了发生变形的土层位置和厚度,同时地温场的不对称造成变形差异,诱发裂缝发生,水热环境的变化导致裂缝发展。(4)采用热学不对称的路基结构,能减缓上限形态的不对称性,从而减小路基横向差异变形,抑制路基工程裂缝的发生和发展。

多年冻土是青藏铁路建设面临的主要难题之一。在多年冻土地区的斜坡地带往往发育有湿地等不良地质现象,对于路基修建的安全造成严重影响。描述了青藏铁路多年冻土区dk1487+717～dk1487+880段的路基设计情况,总结了关于多年冻土斜坡湿地地段的路基设计体会。

基于青藏铁路路基遮阳棚工程的监测资料,结合室内模拟试验及计算,就该措施保护多年冻土地基的效果进行了分析。分析表明,遮阳棚通过遮挡太阳直接辐射、降低近地表气温和地表温度,进而降低了其影响范围内的土体温度,起到了保护冻土的良好作用。

为研究寒区铁路路基水热动态过程,以北麓河地区路基试验段道砟覆盖路面、无道砟路面(砂砾路面)和天然场地的水分、温度、热通量和降水等数据为基础,分析铁路路基活动层水热宏观迁移规律、活动层水分累积情况及降水对路基热状况的影响。结果表明:路基活动层各深度地温随时间呈正弦规律变化,道砟层能够有效减少外部热量进入路基,道砟路面年平均地温和年较差明显低于砂砾路面;融化期间路基液态水和降水向下运移,冻结过程中水分向冻结锋面运移;夏季强降雨和持续降雨对浅层路基(高度<75cm)短期水热有明显影响,但路基长期水热受降雨影响不明显,也未出现明显水分累积;降雨入渗、地表蒸发伴随的液态水和水汽运移对铁路路基表层水热影响不可忽略。

在辐射强烈,路基单侧病害严重具有明显阴阳坡面的路段,遮阳板路基护坡作为保持路基稳定的主动调控措施被采用。在对试验工程近3年的观测资料分析基础上,将路基温度场和变形进行了对比研究,认为: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;棚室效应使得地温年振幅减小,减弱了冻胀、融沉、不均匀变形等病害的作用。试验证明,遮阳板工程措施是一种行之有效的保持冻土稳定的地温调控方法。

东北岛状多年冻土分布特点及其公路路基设计对策