共玉高速公路多年冻土地区路基病害分析与研究

发布时间：2020-09-18 13:38

　　共和-玉树高速公路,简称共玉高速,是《玉树地震灾后恢复重建总体规划》公路网的重要路段,也是国内首条多年冻土区高等级公路。然而,自项目近年建成试运营以来,受太阳辐射及长期荷载干扰的影响,路基出现反复冻结—融化现象,以致局部高温不稳定-极不稳定多年冻土地段的路基出现了不均匀沉降、变形,给道路的使用造成严重影响。因此,必须对多年冻土路段病害进行详细调查等,并通过对已有成果的提炼和总结评价,提出适合共玉高速多年冻土区公路路基变形处治对策。本文首先通过查阅大量的文献资料,比较全面的掌握了路基冻害的影响情况和一般规律:其次查找并分析了研究区——共玉高速多年冻土区的自然地理特征、多年冻土地温特点、多年冻土上限、多年冻土融化夹层(融化核)以及多年冻土区冻土特征及分布等冻土基本情况;第三,从路基冻害的野外调查、土的冰冻特性等入手,通过对调查资料及其成果等的整理、分析、综合,总结出了共玉高速多年冻土区路基的病害类型,路基病害与冻土特征的关系,以及路基高度对冻土区主要路基病害的影响;第四,分析了路基病害的形成机理,冻土地区路基稳定性主要影响因素,以及路基病害规律等,同时在掌握共玉高速多年冻土区现有旧路主要施工技术的基础上,剖析了共玉高速公路沿线多年冻土段路基病害原因;最后,在前文分析的基础上,结合多年冻土区热棒工法及其工艺,分别对原有路面结构、不同类型路基沉陷、不同类型涵洞台背沉陷等,提出了共玉高速路基病害较为针对性的处理措施与处置对策。具体如下:(1)查阅及参考了大量的文献资料,分别从冻土工程研究、冻土冻涨融沉研究、冻土力学研究、片块石路基降温效果研究以及多年冻土区路基病害与处置对策研究等多方面掌握了国内外有关冻土工程及其病害与处置对策的相关问题。结果表明:冻土工程及其病害与防治问题已得到了国外发达国家及发展中国家尤其是我国的广泛关注,并已取得了一定的研究与实践成果。(2)利用共玉高速沿线相关地区历史数据及调查资料,从地理位置、地质及气候特征等三方面概述了共玉高速多年冻土地区自然地理概况,并结合相关情况分析了共玉高速研究区段的冻土特征。结果表明:①共玉高速穿越青藏高原东部边缘的高原冻土区、高山冻土区,空气稀薄,气候严寒,沿线融区较多,融区与多年冻土区过渡地带的多年冻土,热稳定性差,抗热干扰能力低;②共玉高速沿线基本呈吸热型、过渡型地温曲线,放热型地温曲线分布很少,表明共玉高速多年冻土区路基稳定性较差;③共玉高速公路修筑后导致多年冻土上限进一步降低,且随着多年冻土地温的升高,上限下降幅度增大。(3)对共玉高速多年冻土路段病害进行了调查,并分析了存在的主要路基病害类型及其与冻土特征、路基高度的关系。结果表明:①共玉高速路基的病害类型主要有路基沉陷及涵洞台背沉陷:②随着多年冻土年平均地温的逐渐降低,路基沉陷病害率呈现先增大后减小的趋势,同时路基沉陷病害率的变化率更小;③路基沉陷病害率随着冻土含冰量的增加,先增加后下降,多冰冻土区沉陷病害率最低;④低温亚稳定多年冻土区纵向裂缝病害反而比高温多年冻土区高,同时少冰冻土区纵向裂缝病害率几乎为零:⑤增加路基高度对减小路基沉陷病害是有好处的,但同时也会增加纵向裂缝病害的发生率等。(4)通过分析多年冻土区路基病害形成机理及冻土地区路基稳定性主要影响因素,结合共玉高速多年冻土区现有旧路主要施工技术,探讨了共玉高速多年冻土地区路基病害形成原因。结果表明:①水分、多年冻土地温、含冰量、路基高度以及不规范施工等是共玉高速多年冻土区路基病害发生的主要原因;②太阳直接辐射、降雨、地表水等是影响路基病害的主要因素;③共玉高速公路主要由于多年冻土影响地基沉降,导致路基路面整体沉降;④共玉高速多年冻土地区路基沉陷与裂缝产生原因总共分为6类,如原路线方向原地表土坑两端地界断面发生变化,使片块石厚度发生变化,片块石厚度不均,导致压实度不均匀,路基产生差异沉降,导致路基沉陷等,具体见表4.1;⑤涵洞台背沉陷产生原因总共分为3类,如由于涵洞台背路基压实不足,工后沉降,运营期间在重荷载反复作用下,路基被压密实,导致路基沉陷等,具体见表4.2。(5)综合以上的研究,结合共玉高速工程地质条件及其它相关条件,以多年冻土区热棒工及其工艺为主,提出了共玉高速多年冻土区路基病害的处理办法及处置对策。国家规划把共和至结古段建设成为具有青海特色的高速公路。然而,作为通往玉树地区的“生命线”公路通道,其试运营3年来,局部高温不稳定-极不稳定多年冻土地段的路基已出现了不均匀沉降、变形。但是,通过本研究,不仅提出了适合共玉高速多年冻土区公路路基变形的处理办法及处置对策,为214线共和至玉树高速公路的长久运营提供了技术支撑,同时,还在一定程度上进一步推动了藏区经济、社会跨越式发展的实现。此外,还为青藏高原其它类似公路甚至国内外一些多年冻土区公路路基的病害防治提供了一定的参考和借鉴。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U418.5
【部分图文】：

道路工程,冻土工程

片块石层依靠自然对流效应有良好的降温效果；徐学祖（２００４）等得出片块石层的铺筑逡逑厚度ｌｍ？２ｍ左右为最佳选择：汪双杰（２００５）等研究发现片块石粒径为６？８ｃｍ及厚逡逑度较厚时降温效果明显；张明义（２００５）等研究结果表明，开放边界较封闭边界降温及逡逑升温速度更快等。实践方面，青藏铁路北麓河试验段证实片块石路基冷却降温作用良好，逡逑且我国在青藏铁路工程建设中，片块石路基得到了大量应用。逡逑１．３．５多年冻土区路基病害与处置对策研究逡逑（１）国外。国外多年冻土区路基病害与处置对策研究始于１９世纪末的西伯利亚多年冻土地区。逡逑之后，美国在阿拉斯加多年冻土区域也开始了冻土工程的研究。其研究成果对多年冻土地区病害防逡逑治汇集了丰富的经验，如改变路基高度，采用浅色路面、块石路甚等通风路匥或采取热棒等，都是逡逑多年冻土地区道路工程病害防治手段及相关工程措施。据研究表明，欧亚和北美大陆多年冻土区面逡逑积约占全球的６２％，因此多年冻土地区公路病害问题广泛存在，口前相关研究也在进一步开展着。逡逑（２）闽内。在我国，多年冻土总面积约２１４万平方公里，主要分布于青藏高原、西部高山及东逡逑北大小安岭等地，其中青藏高原多年冻土约有１４８万平方公里，在我国占比约７０％。近年来，在吸逡逑取前苏联和美国对冻土研究经验的基础上，我国研究人员对公路冻土环境、病害及防治等方面进行逡逑了较为深入的研究。０前可将研究分为三个阶段，具体如图１．１所示。逡逑

路线图,路线图,主要技术,工程硕士学位

兰州交通大学工程硕士学位论文典型案例法。本研究以共玉高速路基病害调查与分析作为具体研究案例，理，为共玉高速未来修建及发展运营提供相关参考建议。逡逑术路线图逡逑究主要技术路线图１．２所示：逡逑共玉高速公路多年冻土地区路基病害分析与研究逡逑

融化夹层,多年冻土,厚度,多年冻土上限

根据相关的钻孔资料，公路修筑后改变了原有天然地面和大气之间的水热平，使多年冻土路基下的温度场和水分场发生了巨大变化，从而导致多年冻土上限降低。且随着多年冻土地温的升高，上限下降幅度增大。逡逑此外，通过对钻孔地温资料和现场多年冻土的扰动情况的研究发现，沥青路面性阻碍着路基内水分的蒸发，促使多年冻土上限进一步降低：同时，周围及路基冻土层的扰动也会促使多年冻土上限下降，且高温多年冻土区多年冻土上限的下动影响更为严重。逡逑多年冻土融化夹层（融化核）逡逑．１融化夹层与与年平均地温的关系逡逑多年冻土融化夹层存在于季节冻结层底板与多年冻土顶板之间。根据共玉高速段相关实测地温数据分析，多年冻土融化夹层的厚度随着冻土年平均地温的升高，且随着年平均地温的不断升高，多年冻土路基下融化夹层厚度的增大速率越快。如图２．１所示。逡逑逦３逡逑

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