高原多年冻土地区公路修筑技术研究的回顾与展望

通过大量的研究课题实例,回顾了高原多年冻土地区公路修筑技术研究的各个历史阶段,综述了公路修筑技术的研究内容和成果。高含冰量冻土分布规律及工程地质研究、冻土路基设计与冻土路基变形规律研究及保持冻土路基稳定性的路基设计原则和工程措施研究、路面修筑技术研究、桥涵基础研究等。随着高原多年冻土地区公路路面等级的提高和路面使用时间的延续及人为因素的不良影响,高原多年冻土地区的公路路基、路面和桥涵等出现了一些新     

多年冻土地区公路修筑技术研究与工程实践

为系统总结、集成青藏高原多年冻土地区公路修筑技术,在青藏公路、青康公路50 a建设和30 a工程技术研究的基础上,研究高海拔多年冻土区公路工程病害发牛发展的规律与机理.通过公路与冻土相互作用下关键工程稳定性问题的深入分析,针对多年冻土地区公路路基、路面、桥梁、生态保护等主要工程对象,采用理论模拟、室内试验与实体工程检验相结合的方法,揭示了公路路基、路面、桥涌桩基与多年冻土相互作用规律;提出了保障公路路基稳定系列工程措施与设计参数、路而低温耐久性能的关键指标、桥梁桩基同冻时间与强度形成的关系以及高寒生态恢复技术等,并最终形成多年冻土地区公路修筑成套技术.     

多年冻土地区机场跑道修筑技术现状

我国分布有大面积的多年冻土, 根据我国机场建设的中长期规划, 未来将在多年冻土区修建大量机场, 这些机场的修建将不能避免多年冻土问题. 国内关于冻土区机场跑道修筑的经验非常有限, 国外则开始的较早, 并积累了一些经验. 总结分析国内外多年冻土区机场跑道修筑技术的现状, 其跑道类型主要有: 基岩跑道、开挖换填法修筑的跑道、铺设隔热层的跑道、安装热管的跑道, 共4类. 由于我国多年冻土区的特殊性, 国外的跑道修筑经验只能在一定程度上参考. 由于飞机跑道不同于铁(公)路的特殊性, 近年国内在冻土区铁(公)路的修建过程中采用的稳定冻土地基的工程措施如何应用到机场跑道的建设上, 仍需进一步研究、验证和实践. 将来在我国多年冻土区修建机场跑道, 应结合国外已有的技术和经验, 并以我国在多年冻土区线性工程中已取得的经验作为基础, 进一步研究我国多年冻土区机场跑道修筑的关键技术.     

多年冻土地区线性工程建设

多年冻土地区修筑建筑物、都会受到冻土稳定性的影响。冻胀、融沉以及由此带来的其它工程冻害问题必须得到重视，处理措施是否得当，直接关系到建筑物的运营安全，在北美及俄罗斯等高纬度多年冻土地区，从已修筑的铁路、公路及输油、气管道等线性工程建筑来看，有成功地的处理冻害的经验，也有对冻害认识不足而造成工程不能运营的失败经验，总结了这些既有工程的建设经验和工程问题治理措施，对我国多年冻土地区线性工程的建设，尤其对青藏铁路建设具有积极的指导意义。     

多年冻土区公路病害对冻土地温和含冰类型的敏感性分析

多年冻土的年平均温度和含冰类型作为表征多年冻土特征的两个基本指标,在一定程度上决定了多年冻土区公路工程所要采取的技术措施. 因此,年平均温度和含冰类型是多年冻土公路工程设计和施工中必须考虑的两个因素. 通过对青康公路国道214线沿线冻土工程地质状况调查和公路病害的分析,结合区域内气象水文等资料,研究了公路工程病害对多年冻土年平均温度和含冰类型的敏感性,查清了影响公路病害的主要因素. 研究结果为不同地温分区、不同含冰量多年冻土区公路病害防治技术措施的选择提供了科学依据,将减少或延缓多年冻土区公路病害的发生,提高工程质量,节省养护成本,保障安全运营,促进冻土区经济社会的发展.     

青藏铁路普通路基下部冻土变化分析

高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.     

青海省共和-玉树高速公路新建块石路基下的温度状况分析

块石路基是多年冻土区应用最为广泛的多年冻土路基形式. 为了研究多年冻土区修筑高速公路后块石路基的效果,选取青海省新建共和-玉树高速公路3个块石路基监测断面的实测资料,对路基修筑初期多年冻土温度状况进行了分析. 结果表明：路基修筑初期路基中心原天然地表下0.5 m处仍表现出季节变化规律,至原多年冻土上限深度处,温度波动幅度急剧减小. 块石路基的保温效果与年平均地温密切相关,年平均地温越低,对冻土的保护效果越显著. 受阴阳坡效应的影响,左路肩/坡脚温度高于右路肩/坡脚. 左右路肩及中心孔下多年冻土上限都得到不同程度的抬升,抬升幅度主要受路基高度影响,与多年冻土年平均地温没有必然关系.     

多年冻土地区公路路基纵向裂缝与路基走向关系的探讨

纵向裂缝是在多年冻土地区公路的主要病害之一,严重影响了所在路段的行车安全和正常运营.以前我国多年冻土区公路路基普遍不高,纵向裂缝病害较少且危害较小,公路设计和科研对其关注较少.目前,对纵向裂缝的形成机理与分布规律研究较少,对其发生、发展的机制、过程和影响因素缺乏深入的认识,工程和科研人员对其仍未形成统一的认识,给工程整治措施选择和处治方案制定造成很大困难.热状况是影响和控制多年冻土路基,特别是高温高含冰量冻土路基病害发生的关键因素;太阳辐射是影响多年冻土地区地表热状况的主要因素,公路路基抬高后,路基两侧接受太阳辐射的差异变大,冻土路基表面热状况和太阳辐射对路基病害的发生和发展影响变大.结合青藏公路多年冻土区路段纵向裂缝调查结果,分析了路基纵向裂缝在路基横断面上的分布规律,研究了不同走向路基表面太阳辐射的分布,探讨了多年冻土区公路路基纵向裂缝与路基走向的关系,以及太阳辐射对公路纵向裂缝形成的影响     

基于能量平衡的多年冻土区公路设计理论研究

青藏公路长期研究表明,青藏高原多年冻土公路工程空间效应敏感,主要表现为公路空间效应直接改变下伏冻土地基的天然能量平衡状态,继而引发一系列工程病害. 针对这一工程问题,提出多年冻土地区公路能量平衡设计理论,研究公路工程建设引发的多年冻土地基能量变化状态,平衡自然环境变化和工程建设等导致的外界“有害”能量导入与工程处置措施对冻土地基中“有害”能量导出之间相互关系,从空间和时间两个维度分析多年冻土地区公路工程的能量平衡过程. 据此,作为多年冻土公路工程的设计依据,将为青藏高原高速公路的科学设计提供理论支持.     

厚层地下冰地段路堤建筑中的两个重要问题

在厚层地下冰地段修筑路堤,必须十分注意防止路堤下多年冻土上限的下降。为了研究各种因素对路堤下上限的影响,我们于1971年在青海省祁连山南麓的热水地区,选择多年冻土下界附近的厚层地下冰地段,修     

路基施工对青藏高原多年冻土的影响

青藏高原上施工会扰动其下多年冻土的存在状态. 近些年来, 高原上相继修建的大量的线性工程, 这些大型工程的建设必将进行多年冻土区的开挖和夯填, 从而会引起下伏多年冻土的结构发生很大变化. 研究了路基施工对青藏高原多年冻土的影响, 并以青藏铁路、青藏公路沿线典型实例进行分析. 结果表明: 开挖施工扰动最大, 可引起斜坡失稳滑塌、地表积水和热融湖塘等;填土路堤会引起其下伏多年冻土升温, 路基两侧形成的小气候往往起着提高地面温度的作用;挡水、排水设施施工也会导致多年冻土上限下降, 地表沉陷. 可见, 填土路基、开挖、地表工程扰动都会导致多年冻土发生变化, 这些冻土变化对路基稳定必将构成威胁.     

青藏高原气候转暖与冻土工程的关系

工程作用和气候转暖影响加剧了工程下部多年冻土的退化,导致冻土工程稳定性发生显著变化。本文从气候转暖和工程活动下多年冻土变化和冻融灾害的视角探讨了气候转暖与工程稳定性的关系,给出了青藏高原气候转暖下活动层厚度、冻土温度等变化和青藏公路和青藏铁路工程下部多年冻土上限、冻土温度和路基变形等特征。同时,系统梳理了青藏高原冻土工程防治冻土融化的工程技术措施,讨论了未来气候变暖下青藏高原多年冻土的变化特征及其对冻土工程服役性的影响。青藏高原多年冻土在过去数十年来发生了不同程度的退化,工程作用加速了工程下部多年冻土退化,严重影响工程稳定性。青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的技术措施,但冻土工程仅能适应气候变暖1 ℃的情况。未来气候变暖1.5 ℃,青藏铁路冻土工程的补强措施需尽早谋划。     

Engineering geological characteristics and processes of permafrost along the Qinghai–Xizang (Tibet) Highway

Engineering geological problems of thaw-settlement and frost-heave occur frequently along the Qinghai–Xizang (Tibet) Highway (QXH) line and produce an adverse impact on roadbed stability. Eight monitoring sites were established along the QXH to investigate the engineering geological characteristics and environmental process of permafrost, including the upper and lower boundary of the active layer under the natural surface, the seasonal freeze–thaw depth under the asphalt pavement, the permafrost table temperature and roadbed stability. The investigation results show that the active layer thickness and permafrost table temperature under an asphalt pavement are higher than under a natural surface due to the absorption heat and reduced evaporation capability of the asphalt pavement. The implication for highway design and construction in permafrost areas are discussed.     

青藏公路路面病害成因分析

青藏公路多年冻土段路面大范围出现波浪沉陷和开裂等病害, 在综合病害调查、钻探取芯分析、动力触探、路面弯沉检测和面层材料试验等基础上, 讨论了病害与青藏高原特殊自然条件, 路基下多年冻土变化, 路基及地基密实程度, 路面基层性状和面层材料的关系. 分析了路面病害的分布规律和影响因素, 认为恶劣的气候条件和多年冻土的变化是路面病害发生的主要原因, 面层和基层材料质量达不到要求也是重要影响因素.     

214国道沿线的多年冻土及其工程地质条件评价

214国道位于青藏高原的东缘,1985-2012年期间的冻土勘察和地温监测资料表明,在河卡山至清水河439 km范围内的高山、滩地和沼泽化草甸地区分布着不连续和岛状多年冻土,公路实际穿越的多年冻土段累计里程约232.4 km,沿线绝大部分路段的地温高于-1.5℃,含冰量、冻土上限等多年冻土特征指标随地形、地貌变化剧烈. 在分析上述资料的基础上,从冻土热稳定性和自然环境两个因素入手,采用突变级数法建立了多年冻土工程地质条件评价模型并对214国道多年冻土工程地质条件进行了定量评价. 结果表明：214国道沿线冻土热稳定性普遍较差,自然环境多处于一般状态. 除局部少冰、多冰冻土路段以外,沿线多年冻土工程地质条件总体处于较差或恶劣状态. 与214国道病害调查资料进行比较后发现,路基病害一般发生在工程地质条件差的路段. 这表明该评价结果比较准确的反映了沿线的多年冻土工程地质条件,对于现有214国道和新建共和-玉树高速公路的运营和维护具有重要的指导意义.     

宽幅沥青路面热效应对其下部土体热状态的影响

在多年冻土区,道路工程建设会引起下伏冻土吸热融化,进而威胁上部工程稳定性,这一冻土问题是多年冻土区工程建设面对的重要问题.对于青藏高速公路而言,由于铺设高吸热性的沥青路面和路基幅面增宽引起的尺度效应,路基吸热量较普通路基将大幅增加,使得其冻土问题更为突出.基于此,利用数值仿真手段,考虑全球气候变暖背景,对宽幅路基修建完成后20 a的热状况进行预测研究和比较分析,阐明了宽幅面沥青路面热效应对下部土体热状态的影响及其与路基边坡水平热效应的综合贡献,比较分析了全幅修建和分幅修建条件下下伏冻土热状态的异同. 研究成果将为多年冻土区高速公路的路基稳定性研究和建设模式等提供基础理论指导.     

青藏高原重大冻土工程的基础研究

青藏高原是我国乃至世界高海拔多年冻土区的典型代表。伴随着青藏铁路的建成通车,西藏自治区迎来了新一轮经济发展,迫切需要新建高速公路、输变电线路、输油气管道工程等。这些拟建工程与已建的青藏公路、青藏铁路、格拉输油管道、兰西拉光缆等工程均聚集于宽度不足10km范围内的青藏工程走廊。在这狭长的冻土工程走廊内,已修建或拟建的各种冻土构筑物相互影响,多因素耦合叠加,加速区域内的冻土退化,而冻土融化必将影响到工程的稳定性和生态环境退化。再加上全球气候变化的影响,其变化程度更加剧烈。面对国家需求,国家重点基础研究发展项目"青藏高原重大冻土工程的基础研究"于2012年4月正式启动。该项目旨在揭示气候变化与人类工程活动加剧背景下冻土变化及灾害时空演化规律,建立冻土工程稳定性和服役性能评价体系,提出冻土工程灾害防治理论与控制对策,为冻土构筑物群灾害应急预案和重大冻土工程建设提供科学决策依据。     

土工格栅在青藏铁路多年冻土区路基工程中的应用

以青藏铁路多年冻土区清水河冻土加筋路堤试验段为例,对土工格栅在铁路路基工程中的应用原理及设计思路进行了叙述.通过对路基裂缝进行调查、分析和比较,土工格栅对加强路基整体稳的作用是肯定的.在多年冻土区路堤中,使用土工格栅加筋层对防止路堤纵向裂缝的产生、抑制横向寒冻裂缝具有明显的作用.