针对东港灌区输水渠道存在冻胀破坏问题，研究提出一种以玻璃纤维为外掺料的泡沫混凝土，并分析不同玻璃纤维掺量混凝土的性能。试验结果显示，当纤维掺量为0.6%时，试块在冻融前的抗压强度为15.15MPa;在冻融循环50次后，试块的抗压强度为14.62MPa。当纤维掺量为0%时，试块在冻融前的抗压强度为11.23MPa;在冻融循环50次后，试块的抗压强度为7.73MPa。研究结果明，泡沫混凝土在防冻胀中有较好表现。
在寒冷地区的渠道防冻胀工程中，采用创新材料和施工方法是渠道抗冻胀工程的重要研究方向。文章重点对寒冷地区渠道防冻胀泡沫轻质混凝土的应用进行了讨论。根据现场测试结果，得出以下结论：泡沫轻质混凝土隔热功效、强度及价格优势均较好，25～30 cm厚度的泡沫轻质混凝土保温层能够起到同6 cm厚度的聚苯乙烯保温板一样的防冻胀作用，能够在高寒地区渠道防冻胀设计建设中使用。
为确保深季节冻土湿地地区高速铁路的安全平稳运营,新建哈尔滨至齐齐哈尔客运专线采用无砟轨道设计,且该线路穿越国家扎龙湿地自然保护区。由于其保护区水量丰富,冬季严寒漫长,路基冻胀融沉病害的发生频次较高。因此,本文结合哈齐客运专线HQTJ-5标抗冻胀路基填料的施工,研究影响路基冻胀大小的主要因素及抗冻胀填料的施工关键技术,以期确保深季节冻土湿地地区路基的冻融变形和工后沉降满足施工要求,为未来寒区高速铁路的高效安全建设提供技术指导。
为解决河套灌区渠道混凝土衬砌冻胀破坏问题,该研究提出由聚氨酯和聚苯乙烯2种材料组成的复合衬砌结构,建立渠道基土水热力耦合数值模型,通过现场试验和数值模拟方法分析不同衬砌结构下基土地温、含水率、冻胀量及等效应力变化。结果表明:与无保温衬砌结构相比,阴坡聚苯乙烯复合衬砌结构和聚氨酯复合衬砌结构下基土最低地温分别提高67.1%和64.7%,最大迁移含水率分别减少8%和9%,最大冻胀量分别减少80%和81%,基土内等效应力明显减小。这2种复合衬砌结构具有保温效果好、冻胀变形小等优点,可作为寒区渠道保温防冻胀衬砌结构的选择。同时数值模型计算结果与试验值基本吻合,说明此数值模型可合理地描述渠道基土冻结过程中地温和冻胀量变化。研究可为寒区渠道防冻胀衬砌结构设计提供理论依据和参考。
为了研究冻土地区路基冻胀融沉现象,解决存在于路基的冻胀问题,提高路基整体安全性,文章结合实体工程,对其结构特点和防冻设计进行研究。结果表明:在一定范围内,冻结率会随着含水量增加而增加;表层级配碎石层是冻胀变形的主要集中部位;根据冻胀观测结果分析可知,增强路基排水能力、设置纤维混凝土防水层和选用不易风化、细颗粒含量较少的路基填料可以提高路基抗冻能力。
针对京沈客专TJ-8标段季节性冻土区路基工程特点,结合路基工程防冻胀技术原理,以及冻土地区现有工程冻害特征和表现形式,详细分析了客专路基在当地气候条件下的冻结深度,并依据当地原材料特点,提出路基防冻胀综合治理技术,细化了施工配合比,明确了各道工序的施工控制要点。此外,结合本工程的长期沉降观测数据分析,对路基质量进行综合评价,确保了京沈客专季节性冻土区路基结构的稳定性。
季节冻土区路基的冻胀变形影响高速列车的运行速度、行车安全。以普通级配碎石路基结构为原型,建立轨下基础热-力耦合模型和路基结构外力作用模型,通过温度场和变形场的现场监测数据、力学特性计算的文献资料验证了模型的可靠性。在此基础上建立水泥稳定碎石路基、保温强化层+级配碎石路基、保温强化层+水泥稳定碎石路基3种防冻胀路基模型,计算冻胀变形和受力特性。结果表明:保温强化层和水泥稳定碎石填料均有效减小了路基的冻胀变形,其中保温强化层+水泥稳定碎石路基的冻结深度和最大冻胀量最小,分别为0.8 m、1.585 mm;保温强化层可减小基床表层竖向应力,且弹性模量较大的水泥稳定碎石可加速竖向应力的衰减,使得基床底层承受应力减小。保温强化层+水泥稳定碎石基床表层结构可为季节冻土区高速铁路路基结构的选型提供参考。
着眼于季节性冻土区高铁路基防冻胀填料改良及路基保温措施,提出纤维泡沫混凝土作为基床表层填料或保温强化层材料的防冻胀路基结构形式。对纤维泡沫混凝土进行物理力学特性及抗冻融耐久性试验,在此基础上采用有限元仿真分析级配碎石基床、纤维泡沫混凝土基床、保温强化层基床3种路基结构的层间剪切应力、竖向应力、竖向位移等力学参数。结果表明:纤维泡沫混凝土具有良好的保温特性及冻融耐久性,其作为基床表层填料与级配碎石相比,路基结构力学参数均得到改善;其作为保温强化层材料可有效降低级配碎石基床表层剪切应力的最大值,提高路基结构整体稳定性。在一定程度上证明了纤维泡沫混凝土作为季节性冻土区高铁路基防冻胀材料的可行性。
针对季节性冻土区浅埋地下水条件下渠道反复冻胀破坏的问题,提出了套砌方法改造渠底及坡脚的加固方案,并运用数值模拟软件COMSOL对改造加固前后渠道抗冻胀和融沉效果进行模拟,对比分析了渠道改造加固前后位移场和应力场变化情况。
针对寒冷地区渠道冻胀问题,提出不同型式的防冻胀结构。通过不同垫层结构型式下的预制混凝土矩型渠道冻土力学模型试验,研究在冻融循环作用下预制混凝土矩型渠防冻胀效果。选取两种不同结构型式的矩型渠垫层,EPS颗粒轻质土垫层及砂垫层与常规试验土垫层做比较。对矩型渠的冻胀特性、温度场、冻胀量的变化趋势进行研究,结果表明:(1)冻融循环后,模型温度场变化均匀,没有温度夹层,热量传递均匀,最大冻深发生在升温阶段。(2)随着EPS颗粒轻质土掺量的增加,对冻胀量和冻深有很好的削减效果。(3)换填砂垫层可以起到抑制冻胀破坏的作用。
