气候变暖的背景下,青藏铁路冻土路基稳定性面临严峻挑战,主要表现为路基出现沉降、开裂等病害。本文通过分析青藏铁路多年冻土区K1496+750路基断面地质条件,对本断面路基沉降产生原因进行分析,并通过分析长周期的变形监测数据,讨论了路基采取块石护坡和热棒等防护措施的作用效果,为多年冻土区路基病害防治提供借鉴。
本文以福建省武夷山市省道S303线冻土边坡为工程试验段,对该路段不同边坡土质特性进行了不同边坡防护方案研究,提出了JCDK-1固化剂护坡、树枝无砂混凝土支护排水护坡与乳化沥青护坡技术方案,经过以上方案试点施工,最终取得了显著成果,为同类工程提供技术研究依据。
高速铁路对轨道平顺性具有非常高的要求,在季节冻土区建设的铁路面临着路基冻胀问题,由路基冻胀引起的轨道变形严重影响了高速铁路运行的安全性与舒适性.通过对比其他学者关于路基冻胀的处理与防治方法,提出了采用水泥稳定级配碎石代替普通级配碎石作为基床表层填料,同时在路基边坡铺设保温护坡的方法来防治路基冻胀.根据哈大客运专线季节冻土区的地质及气候条件,采用有限元数值仿真方法分析路基基床表层采用水泥稳定级配碎石和在路基边坡加设保温护坡后对路基温度场的影响.并将分析结果与哈大客运专线的现场实测结果进行了对比,验证了有限元数值仿真结果的可靠性,分析结果表明:在基床表层换填水泥稳定级配碎石,同时在路基边坡铺设3.0 m高、2.5 m宽的保温护坡后可以有效缓解路基的冻胀,与无任何保温措施的普通路基相比,路基中心处的最大冻结深度减小了0.5 m,路肩处的最大冻结深度减小了1.1 m.
通过测量平均粒径为1,2,3和5 cm的天然碎石层的反射率,以揭示影响碎石层反射率的主控因子。为了提高碎石层的反射率,将不同粒径骨料均匀涂上高反射率材料,并将实测碎石层表面的反射率与采用ASTM E1918A规范计算结果进行对比。研究发现:ASTM E1918A规范计算值是文中模型的一个特例。当太阳辐射瞬时强度值变化小于20 W/m2,模型计算的反射率与ASTM E1918A计算值的偏差在0.00～0.03。由于碎石层表面粗糙度,其反射率总比新鲜碎石平面的反射率低0.10～0.25,且随着骨料粒径的增大,天然碎石层的反射率逐渐降低。因为从表面散射反射的光子重新回到表面的概率增大,加剧了碎石孔隙间的多重反射,从而降低了反射率。经喷涂高反射率材料后,可将碎石层反射率从0.262提高至0.433,提高幅度在0.10～0.20。提高碎块路基的反射率可以有效地降低路基边坡温度,有利于保护冻土路基的稳定性。
为研究加筋土结构在多年冻土区路基边坡的工程效果与适用条件,在拉萨—日喀则铁路路基边坡进行了设计并开展了试验研究,包括测定的物理力学性能指标、对土工格栅冻融及拉拔摩擦进行了试验、对现场断面的变形进行了测试。试验结果表明,加筋土结构适应路堤边坡变形,可用于多年冻土区路基边坡防护。
对青藏铁路冻土路基的设计思路为主动降温,冷却路基的设计理念得到广泛的认同。对比了楚玛尔河地区不同冻土路基的实测地温资料,结果表明:普通填土路基下多年冻土的融化趋势明显,必须及时采取保护措施;块石厚度较薄的块石路基有一定的保护多年冻土的作用,但效果不明显,建议补充块石护坡形成U形块石路基;块石护坡路基能够发挥降低地温、保护多年冻土的作用,具有主动冷却路基的良好效果。
遮阳板碎石复合护坡是一种集碎石护坡和遮阳板护坡双重效用于一体的新型复合护坡结构,是一种很好的治理高温冻土区块碎石护坡路基病害的补强措施。基于遮阳板和块碎石单个工程措施降温机制的研究,通过对这种新型复合护坡路基的温度场和速度场特征以及降温过程的研究,提出新型复合护坡路基的降温机制。研究发现,封闭新型复合护坡的主要降温机制是:复合护坡中遮阳板有遮阳和挡风雪作用,碎石层有"热半导体"效应和"热屏蔽效应"(屏蔽遮阳板的二次辐射);开放新型复合护坡的主要降温机制是:遮阳板有遮阳、挡风雪作用,碎石护坡有"热屏蔽效应"(屏蔽热风和二次辐射)和"烟囱效应",遮阳板和碎石护坡组合的通道有"虹吸效应"、"狭管效应"和"烟囱效应"。研究成果完善和深化了新型复合护坡路基研究基础,而且对遮阳板和块碎石结构在青藏铁路或青藏公路中的应用提供科学依据和技术支撑。
研究目的:目前,多年冻土区路堑边坡防护方面开展的试验研究较少,缺乏设计、施工和应用效果等方面的研究成果。基于青藏铁路北麓河试验段柔性护坡试验工程的地温和变形观测资料,分析了泡沫玻璃护坡和草皮护坡下的地温发展变化规律和边坡纵向变形过程,阐述了两种柔性护坡防护工程的应用效果,希望为多年冻土区道路工程边坡防护设计、施工提供科学依据。研究结论:泡沫玻璃板短期内具有较好的保温效果,可以减小季节融化深度,有利于边坡的稳定。但泡沫玻璃护坡段冻结期发生了较明显的冻胀变形,并导致泡沫玻璃在外力下的破碎和断裂。考虑到其易风化,抗变形能力和适应性较差,该种泡沫玻璃不宜在多年冻土区路堑边坡防护工程中推广应用。草皮护坡段下的季节融化深度较大,但草皮护坡整体上大部分比较平整,变形较小,其变形适应性较好,可能是比较适宜在多年冻土区路堑工程中应用的边坡防护形式之一。
路基变形主要包括蠕变和固结两部分。冻土和永久冻土的强度和变形特性与其他固体和未冻土的区别在于,当在冻土中施加外荷载时经常发生不可逆的结构再造作用,导致在很小荷载下出现应力松弛和蠕变变形,即冻土的强度和变形随时间而变化。随着自然界四季交替变化,路基土体经历着从非冻结状态到冻结状态以及再次融化的过程。
