本文主要论述了寒区季节性冻土地区高等级公路路基路面病害及防治措施的多项关键技术,以张承高速公路工程为依托,对张家口地区已建各级公路及张承高速崇礼至张承界段沥青混凝土路面的调研,得出了不同粘粒含量对典型级配粗粒土击实和冻胀特性的影响规律,得出了砾类土和砂类土均存在一个最易于压实的最优粘粒含量,提出了满足冻胀控制要求的界限粘粒含量。

为探究冻土与结构接触面次峰值冻结强度影响因素、影响规律及其预估方法,选取南京河西地铁施工区域典型粉细砂为试验土样,利用改进后的大型多功能冻土直剪仪,开展多影响因素条件下的冻结强度直剪试验研究。在对次峰值冻结强度定义和量化标准约定的基础上,研究发现极限峰值后剪应力陡降、峰后剪应力周期性变化、软化衰变等典型变化规律。将次峰值冻结强度与接触面温度、粗糙度、法向应力拟合后发现其分别呈反比例线性、二次抛物线、正比例线性关系。通过关系数据库管理软件数据挖掘,得出次峰值冻结强度关键影响因素及大小依次为接触面法向应力、粗糙度,而接触面温度为非关键影响因素。经多元非线性回归,构建了耦合接触面温度、法向应力及粗糙度三因素的次峰值冻结强度预估模型,可为人工冻土区或天然冻土区冻结加固设计、盾构法施工、地下结构物设计等提供冻结强度参数选取依据。

为了考察温度对冻土强度的影响规律和作用机理,文章通过分析不同土质、不同含水率和不同含盐量下冻土强度随温度的变化规律,发现4倍初始温度之后,黏土、亚砂土、砂土的强度增加率随着温度的降低而依次减小,表明温度对冻结黏土强度的影响较冻结砂性土要大;含水率超过一定范围后冻土强度便趋于稳定值;在已有试验数据的基础上分析了含盐冻土强度随温度的变化规律。

近年来冻结施工方法越来越多地使用在城市土木工程施工中,但由于受冻土冻结理论基础的缺失和研究方法的局限,长时间以来人们对冻结法的设计始终没有找到较为理想的方案,参数变量选取遇到很大困难,同时在施工阶段没有较为标准统一的技术规范参照,使得该工法的实际应用往往出现工程量浪费、施工混乱和工程质量无保障等情况,而其中冷冻管直径是主要影响参数。通过同轴管土体冻结试验的研究,采用不同直径的冷冻管进行冻结试验,利用Fluent模型分析冻结过程的温度场分布规律,确定了最优冷冻管管径的选择方法,为冻结法的设计及施工提供依据。

水泥稳定砂砾在多年冻土地区路面基层应用中普遍出现了板体性差、强度低等问题,通过模拟多年冻土地区实际温度变化和单一恒温的强度试验,与标准养生条件对比分析了特殊温度条件对水泥稳定砂砾混合料强度形成的影响。研究得出,多年冻土地区特殊的低温和负温条件将明显延缓混合料强度的形成速度;养生温度对混合料强度形成的影响存在临界状态,当第二天养生温度达到研究得出的临界温度分界点7℃后,只通过提高养生温度来进一步提高强度或加快强度增长的效果并不明显。结果表明,多年冻土地区特殊的温度条件是基层出现板体性差和强度低等问题的主要原因,解决问题的关键在于采取提高混合料设计强度、掺入外加剂、保温和封闭施工等技术措施,保证和提高早期强度,降低负温和低温影响程度。