多年冻土.docx

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1、三、阶段成果(一)多年冻土地区大路工程地质区划、分类通过对以往成果和资料的整理、分析，并在试验工程路段(青藏大路整治改建丁碰、黑北公 路及臧大路整治改建工程)进展试验、比对及验证，归纳总结及模拟争论了我国多年冻土 地区的地质状况。依据我国的具体自然地理及气候条件并结合大路工程特点建立了不同层次的区划方案和指标，我国大路工程多年冻土、二级区划见表1。针对多年冻土的不同厚度和含冰量提出了不同的多年冻土设计原则；中国大路工程冻土分类应考虑多年冻土溶化先决条件冻土温度这一重要因素，大路工程多年冻土综合分类方案见表 2。此外课题还提出了对冻土沉降等级的划分方法，代替了简洁的线形划分或人为划分， 使得划分

2、结l 粜更适合于冻土路基沉降变形的争论：建立了冻土的模糊信息优化模型、可行的参考模型、沉降变形的时间序列模型。(二)多年冻土变化对路基的作用机理冻土的热融沉特性是多年冻土地区道路发生破坏的重要影响因素，通过建市不同融沉 的计算模型，进展冻土路基变形场及应力场二维数值计算，分析了路基外表的竖向及横向位移分布的规律、路中沿深度万向的竖向位移变化规律及路基外表横向应力分布规律，得出融沉带范围是影响路基应力场及变形场分布的主要因素。局部时段路基内的变形场和应力场分布规律见图l、图 2沥青路面的蓄热作用是高温多年冻土区路基内形成溶化夹层的主要缘由，经调查青藏 大路沿线多年冻土区内有 60的路段路基 F

3、冻土表现为不连接状态，也就是说，沥青路面下消灭不能冻结的溶化夹层。溶化夹层对路基病害的发生与进展的影响表现为：其一，在相 同条件下，溶化夹层厚度越大，路基沉降变形就越大：随着溶化深度增大，路基的固结沉降 变形滞后时间越长。当溶化夹层形成后，人为上限不断地向下进展，需长刚间才能到达相对 稳定；其二，路基下溶化夹层形成局部的“锅底形”的溶化盘，成为聚水盆，大量的地表水渗入和冻结层上水汇入，使盆内常年积水。地下水参与溶化夹层的进展过程，既加速路基下 人为上限向下进展，使路基内热平衡状态简单化，又路基的沉降变形增大，成为路基不稳定 的隐患。在青藏大路抬高路基高度以后，阴阳面路基温度场之间的差异所引发的

4、路基病害也随 之表现出来。左右路肩温度场的不对称，引起路基底部最大融深位置向大路左侧(阳面)偏移， 在同一地貌单元，偏移量的大小主要受路基凹凸的掌握，路基越高，偏移量就越大，这一响 应的结果导致大路左侧(阳面)产生了的热融病害问题，主要表现为路肩滑坍和纵向开裂 等。图 3 和图 4 分别表示低温与高温多年冻土区，路基年平均地温等值线图三)多年冻土地区大路路基稳定性技术热棒制冷技术是利用在压差、温差下特别工质的蒸发、冷凝和重力作用将热量单向 从高温冻土区域传向大气，从而降低冻土地温，缓减冻土退化，利用人工制冷掌握火自然冻土退化进程和人为因素对冻土吸热的影响，青藏大路的热棒工程见图5。EPS 板等

5、多孔隔热材料埋设在路基中，增大路基的热liH，削减传入路基的热量和冷量，从而到达掌握和减缓冻土的溶化速率、保持冻土工程稳定的目的，争论说明EPS 等隔热层下界面的溶化和冻结指数均相差1000 度天以上，阻热效果叫显。该项日在青藏大路60kin 高温冻=L 区范围内修建了长 1400m 的隔热层路基。太阳辐射是大气能量的主要来源，为削减太阳辐身 j 对冻土 lll 程的影响，在路基阳坡面承受遮阳板，削减园朝向引起的左右边坡及其下多年冻土吸取太阳辐射能量的差异，消退或掌握了路基下多年冻土盆状溶化的偏移对路基的负面影响。目前该技术在国内首次被应用于大路工程，见图6。青减高原风速_人，空气对流是热量传

6、递的主要方式之一。在路基边坡填筑碎石或硅藻土等，在路基内部填筑碎石层等，同时也可增加布设通风管以掌握和调整气流对路基下多年冻土的影响，削减热量的对流传递。(四)多年冻土地区的路面通过争论认为：(1)多年冻土地区路面基层设计，应同时考虑温 度、湿度的试验条件，从而正性沥青路面经大面积实体工程检验具有较好的低温抗裂性能； (4)依据争论成果推举了高原多年冻土地区路面构造，局部成果见表3。(五)多年冻土地区桥涵技术在考虑了桩基回冻时间历程、竖向荷载作用下桩土体系的应力和应变状态以及横向荷载作用二个方面因素的前提下，在对桥梁桩基静载试验的根底上进展有限元数值模拟，提出 了桥梁根底稳定性设计原则与设计方

7、法，考虑到桩基回冻过程对单桩承载力的影响，通过试 验争论及分析提出了钻孔灌注桩的回冻标准；通过大量试验争论，提出了多年冻土区桥涵基 础混凝土抗冻技术：提出了多年冻土区桥涵混凝土材料设计方法和施工工艺及高耐久性抗冻混凝土级配原则与优化组成设计。(六)多年冻土地区大路生态环境保护与评价技术通过对青藏高原多年冻土地区生态环境特点的分析，运用关键因子筛选矩阵技术识别出青藏高原多年冻土地区大路工程生态环境关键因子，见表4。争论建立了青藏高原多年冻土地区大路建设项H 生态环境质量评价指标体系以及生态环境影响指标体系。承受客土喷播技术在青藏高原多年冻土地区进展植被恢复，其施工工艺和效果见图 7 和图 8，并

8、证明白该技术在该区域进展恢复植被具有明显的优势。总结了青藏高原的水土流失区域特征，初步阐述了青藏高原多年冻土地区大路边坡水土流水规律，提出了青藏高原多年冻土地区水土流水防治技术(工程措施、植被措施及综合措施)，并争论得出各措施的效益关系：综合措施 自然植被工程措施人工植被。以植被盖度、地上生物量和地下生物量为根底，提出了一个综合的植被指标，即植被恢复率，作为评价植被恢复效果的指标；提出了野生动物保护及冻土环境保护对策。四、关于多年冻土地区大路修建技术的理念(一)多年冻土的“保护论”及设计理念1 路基设计理念关于多年冻土地区路基设计 20 世纪 7080 年月大路界学者提出应遵守保护冻土的原则，

9、尽量避开“零”填、浅挖；20 世纪 90 年月又提出“保护冻土、掌握溶化速率”及“综合治理”的设计原则。最近笔者提出：承受“制冷、阻热、削减辐射、增加对流、主动保护、乐观预防”的二十字方针。(1) 保护冻土的设计原则主要用于多年冻土地温较低的路段，年平均地温为 l 53 5，含冰量高，冻土人为上限较浅的路段，其路基高度承受路基临界填土高度再加安全高度的方法确定。(2) 掌握溶化速率的设计原则主要用于地温较高，年平均地温O 5一l 5，沥青路面下多年冻土与季节活动层之间寒季存在不冻夹层的路段，其路基高度按满足路面设计使用年限内路基变形量不大于允许变形量的设计方法进展设计。(3) 综合治理的原则对

10、于需要进展综合治理的路段，一般是病害比较严峻的路段，对 其可先按掌握溶化速率的原则进展相关路基高度等设计，再依据冻土类型与发育进展状况、地质构造与地 F 水地表水发育状况、地形、地貌及路基高度和坡脚积水状况，不仅在路基高度方向保护冻土，而且也在路基的纵、横方向实行肯定的工程措施(如设置防水保温护道、回填路基坡脚 5m 范围内积水坑以及使路基纵、横向形成排水系统等工程设施)，保护冻土。或转变路基的构造形式，对地基进展冷却措施处理等，以到达综合治理的目的。由于“气候变暖”而引起的多年冻土的退化，到达了保持路基稳定的目的。(5)地基加固技术 由于“气候变暖”而引起的多年冻土将渐渐退化，多年冻土地区冻

11、土退化后形成融区，假设能通过地基加固技术确保肯定时间(寿命周期)内冻土变化后地基仍旧具有肯定的承载力或根底沉降变形在肯定范围内(或均匀沉降)，不致于导致路基路面严峻破坏，这样同样可以到达满足大路使用功能的目的。2 路面设计理念首先应考虑的多年冻土地区由于冻土的热变化导致路基发生变形，这样该地区路面 使用寿命必定比非冻土地区大幅度削减，其次多年冻土地区多属于寒区，路面设计必需考虑寒区施工工艺对性能和构造的影响，第三热吸取较少的水泥混凝土浅色路面在合理的使用寿命内、严格的施工工艺及质量掌握下可以到达肯定的保护冻土的目的，第四复台式路面构造和混合料柔性基层在多年冻土地区具有肯定的适应性。3 桥涵设计

12、理念考虑到多年冻土地区桥涵桩基受力特征，承受桩根底时应考虑回冻问题，根底稳定 性应予以充分重视，桥涵根底下多年冻土温度场和变形特征与路基下截然不同，不能完全套用路基设计的对策，型构造如波浪管涵洞、通道等在多年冻土地区具有优越的适应性。(二)多年冻土地区大路养护论多年冻土具有区分于一般土类的特别的工程性质，主要 表现在其性质与温度亲热相关。考虑到冻土地区环境的特别性，首先建立多年冻土地区的工 程必定与冻土热变化严密相关，必需准时进展养护；其次该地区属寒区，养护施工应充分考 虑寒区特点，多从冷法养护方面考虑，如承受路面冷补材料：第三，多年冻土地区的大路病 害具有肯定的规律，大路养护应建立在治理信息

13、系统的推测根底上，通过对大路根本数据、设计数据、养护数据等内容的采集及分析，对路基、路面及桥涵等构造物的损坏状况进展实 时评价推测，从而确立最正确修理时间及方法。(三)长期有效观测争论多年冻：L 路基处理措施中，EPs 板材料暖季阻挡输热，冷季也阻挡输冷，所以铺设保温材料虽可转变进入多年冻土的热周转量，但并不能转变进出多年 冻土热量平衡的趋势，因此EPs 板隔热效果只是减弱热积存的强度，延缓多年冻土的升温， 并不能从根本卜保持冻土温度。对于低温冻土，其可维持多年冻土在大路使用期内的稳定， 但高温冻土热值的积存将会导致多年冻土加速溶化，从而打算了 EPs 板使用的限定条件。热棒制冷技术从理论角度

14、而言在负温期能有效制冷，但当冻结期短，溶化期长，热棒形成的 冻结核可能会在负温期降临之前溶化而不能在路基中有效储存冷量来消退溶化夹层，则热棒 的长期效果不能得到保证。同样碎石的性质、风化作用、气候作用等因素也都将影响碎石坡 面的效果。综上所述，没有哪一种处治措施是万无一失的，这就需要今后对实施这些措施的工程路段进展长期的观测，并就其对路基冻土上限的抬升及其它影响强度进展合理分析、模拟及推测评价，为能更合理、经济的发挥各种拮施的功能做进一步的争论。人类活动影响不断升级以及全球气候转暖对多年冻土的影响渐渐显现，多年冻土的退化日趋严峻，大路路基下部的冻土退化速度更为快速，使大路冻土环境产生的变化，由

15、此引发的大路病害。长远考虑，工程组认为应加强冻土地区大路路基的长期监测，并将数据 集成到GIs 平台中，形成能仿真模拟不同冻土条件、路基构造、气候条件下的水、热、力及形变场的“数字路基”平台。并在此根底上建立冻土地温与气温的相互关系，把握冻土路基的热状况，把握冻土路基的变形和沉降规律。实现冻土地区大路使用状况的动态监控并实时 提出改善对策。五、结语通过经过几年的努力和辛勤劳动，取得了肯定的成果。但是，由于多年冻土及其变 化的简单性，目前并没有完全彻底解决多年冻土地区的路基路面系列问题，很有必要连续开展相关课题争论，例如： (1)青藏大路前期争论已经通过增大沥青用量、应用丁苯橡胶改性沥青等措施根

16、本解决了低温抗裂问题，沥青路面横向裂缝和网裂等病青得到掌握，但目前由于重载交通的反 复作用，在格尔木至拉萨方向的上坡路段和弯道处，消灭了局部推移和车辙问题，最大车 辙 8cm 左右，因此很有必要对高原多年冻土地区进展进一步争论，以在充分总结改性沥青路面低温优越性的同时适当考虑路面的高温稳定性问题：(2) 由于历史等缘由，(钢纤维)水泥混凝土路面在高原多年冻土地区已经使用较长时 间，尽管局部消灭了不同程度的病害，局部地区冬天抗滑力量缺乏，但浅色路面总体吸热少， 在平坦、便于养护路段使用(钢纤维)水泥混凝土路面尚具有肯定的可能性，建议进展深入研 究论证；(3) 阳坡路段路基急剧下沉导致路基开裂等病

17、害已经成为高原多年冻土地区的主要问题，尽管实行了一些措施，但由于冻土差异性明显，目前仍有连续开裂的趋势，故应连续深入争论，以把握其作用机理，便于承受合理措施。(4) 青藏大路的建成、改建及整治历史较长，其线形指标不高，事故率高，从国家宏观规划角度，现有的青藏大路在将来将不能满足沿线交通需求，由于沿线下卧多年冻土的简单性，建议尽早开展另择线的相关课题争论，一方面争论多年冻土地区线形与多年冻土环境等关系，另一方面争论承受线后相应的技术、指标体系的应用。参考文献1 汪双杰，李祝龙，武憝民多年冻土地区大路争论的现状与课题冰川冻土，2023， vol25，n0 4 D471-4762 章金钊，李祝龙，武

18、憨民高原多年冻土地区大路修建技术的争论历史回忆与展望冰川冻土，1999 年第 2 期P187 一913 汪双杰，霍明，等青藏大路多年冻土路基病害l Jl 大路，2023(5)：22264 汪双杰，高原多年冻土区大路路基稳定及推测技术争论 lD博士学位论文南京东南大学，20235 李祝龙，武憨民，章金钊青藏，厶路工程科研思路冰川冻土，2023 增刊(第四届国际冻土学术会议)(英文p4852)6 李祝龙，青藏大路路基路面病害机理争论大路，2023 08P1051097 长安大学，等高原多年冻土地区路基路面典型构造争论总报告R1 西安：长安大学，20238 交通部第一大路勘察设计院青藏大路整治工程科研进计文献汇编fcl 西安：趸通部第一大路勘察设计院，19969 交通部第一大路勘察设计院高原多年冻土地区大路修建技术争论R 西安：交通部第一大路勘察设计院，199910 李东庆青海省214 目道(青康大路)多年冻土退化与路基稳定性分析争论D博士学位论文 1 兰州：中科院寒区旱区环境与工程争论所，19995254ll 章金钊青藏大路多年冻土区路基病害机理探讨ljI_大路交通科技，2023，21(4)：12 王绍令、林清、赵林，青康大路(国道 214 线)沿线的多年冻土，干旱区地理 1999年 02 期。