多年冻土区公路路基大多属高温冻土、极易受工程的影响产生融化下沉,多年冻土区宽幅公路聚热效应尤明显,路基宽度的增加会导致路基病害加重,路基稳定性问题已成为青藏道路工程建设亟待解决的关键问题。透壁式通风管-块石复合路基是一种主动降温措施。为研究其在宽幅公路的冷却效果及路基宽度的变化对路基降温效应的影响,基于块石层和通风管中空气的流速场和多孔介质传热的温度场的特征,采用两相物理场耦合关系,在考虑全球气候变暖以及路基两侧阴阳坡的条件下对宽幅公路透壁式通风管-块石复合路基的温度场进行数值模拟,分析路基施工后10年间的降温效应。研究结果表明:相较于素土路基,透壁式通风管-块石复合路基在路基下侧形成稳定冰核,对宽幅公路的冷却效果更为显著,宽度对路基的风速场和温度场影响明显。路基宽度增大,透壁式通风管风速减小,块石层风速增加,冰核面积及其下移深度增长速率变小,路基稳定时间加长,透壁式通风管-块石复合路基的降温效应逐渐减弱。当路基宽度大于32 m时,块石层风速增长速率明显放缓,低温区域面积增长速率及边缘深度下移增长速率下降,路基稳定时间延长,零温线上升高度减小。
多年冻土区沥青路面的吸热量与幅宽密切相关,高速公路宽幅沥青路面的吸热量较二级公路将显著增加,并在路基底部中心位置产生"聚热效应"。而传统的冻土工程措施都是针对低等级公路窄幅路基的需求提出的,不能满足高速公路宽幅路基热量调控的使用要求。文中基于沥青路面宽幅热效应的分析,对传统的单一工程措施进行了综合评价,根据各自的适应条件及作用机理提出了两种复合工程措施,并对13.5m幅宽试验工程的地温观测数据进行了分析,研究表明两种复合措施都具有良好的地温调控效果,对宽幅沥青路面的热效应可起到防治作用,目前已在共玉高速公路建设中进行了推广应用。
介绍了多年冻土水稳桩复合路基施工工艺操作要点、材料与设备以及安全及环保措施。
为了解决多年冻土区由于路基加宽而产生的热效应问题,采用数值模拟方法,通过分析融化深度、融化速率以及融化盘形态随路基宽度的变化规律,对宽幅路基热效应特征进行了系统阐述,基于对传统单一工程措施的综合评价,根据各自的适应条件及作用机理提出了2种工程防治对策,并对13.5m幅宽实体工程的地温观测数据进行了分析。结果表明:块石-通风管路基活动层范围内地温有明显下降,降幅为0.1℃0.4℃;热棒-XPS板路基在路面下2～5m范围内,观测断面地温明显低于对比断面,最大相差约0.8℃,2种复合工程措施都具有良好的地温调控效果,对宽幅沥青路面的热效应可起到防治作用,目前已在共和至玉树高速公路建设中进行了推广应用。
气候变暖背景下,块石路基及通风管-封闭块石基底复合路基成为多年冻土区高等级公路冷却路基的主要结构形式.为探明不同直径块石层的渗流特征和规律,开展了立方排列球体室内风洞试验,一方面获得了渗透率和惯性阻力系数及其与球体直径间的统计关系;另一方面得到了球体层内部压力梯度与渗流速度呈二次非线性关系.基于该试验得到的参数和关系,采用多孔介质中流固耦合传热模型,通过有限体积法模拟了柴木铁路块石路基的降温效果,并利用实测数据验证了模型及参数的可靠性.在此基础之上,以青藏高等级公路特殊路基为原型,使用该传热模型开展了封闭块石基底路基和通风管-块石复合路基长期冷却降温效果的数值模拟研究.结果表明:封闭块石基底路基和通风管-封闭块石复合路基在研究期内均有降温效果,可以提高路基下人为上限,而块石夹层路基在一定时期内可以提高冻土上限,但下部土体温度升高,长期降温效果较差.
介绍了多年冻土水稳桩复合路基施工工艺操作要点、材料与设备以及安全及环保措施。
利用有限差分法分析研究结果:在高温冻土地区,典型3 m高路基、保温板路基在50年后不能保证路基的热稳定性;铺设保温板加热棒的复合路基能够有效保证路基的热稳定性,建议采用。
热管-保温材料复合路基是青藏铁路中应用广泛的一种新型路基结构形式.通过数学模型分析,推导出应用于青藏铁路冻土路基中的热管的热流表达式,并用热焓法考虑冻土相变问题,对该路基结构形式及在无保温材料情况下施工20 a后的路基温度场进行数值模拟.数值模拟表明:保温材料能够有效地阻止热量从路基面向下传入地基中,使0℃等温线始终在保温板底层;该路基结构形式为青藏铁路多年冻土区路基的理想结构形式,有利于克服全球变暖的影响.
热管-保温板复合路基是青藏铁路应用广泛的一种新型路基结构形式。通过数学模型分析,推导出用于青藏铁路冻土路基热管的热流表达式,并用热焓法考虑冻土相变问题对该路基结构形式及无保温板情况施工后20年的路基温度场进行数值模拟。通过数值模拟可知:保温板能够有效地阻止热量由路基面向下传入地基中,使0℃等温线始终在保温板底层;复合路基多年冻土上限的位置要比无保温板时的高;该结构形式对路基中心、路肩和坡脚下的多年冻土上限抬升的综合效果更好;考虑施工条件后,复合路基在保温板铺设距离天然地面之上0.3～0.6 m对于路基稳定性最为有利;该路基结构形式为青藏铁路多年冻土区路基的理想结构形式,有利于克服全球变暖的影响。