高原多冻土地区路基路面典型结构的研究.pdfVIP

第三篇 岩土工程 231 高原多年冻土地区路基路面典型结构研究 胡长顺，何子文z王秉纲’侯仲杰’窦明健， (1.长安大学公路学院 西安 710064;2.西藏交通科学研究所 拉萨 850001) [提 要]论文在对冻土地区道路病害调查与分析的基础上，进行了温度场计算 与分析、路基合理高度、路面材料低温性能及施工技术等研究，提出了多年冻土 地区道路设计与施工建议。 [关键词】多年冻土 路基 路面 温度场 施工技术 、 多年冻土地区修筑道路一直是世界性难题，至今仍然是许多国家和地区研究的热点。 本文以青藏公路为依托，通过大量野外钻探、调查与测试、理论计算与分析、室内模拟实 验、试验路修筑与观测，获取了珍贵的基础资料，在此基础上进行了路面材料低温特性的 系统试验研究及路基路面温度场与变形场的计算、路基路面综合设计方法等研究，提出了 多年冻土地区路基路面修筑技术。 一、冻土地区路基路面病害调查与分析 课题工作期间，组织力量对青藏公路进行了普查、重点路段调查与钻探。调查表明， 多年冻土工程保护效果因冻土自身稳定状况不同而不同，稳定和较稳定型保护效果明显， 不稳定型则效果较差。根据八五改建、一期、二期整治工程调查结果分析，提高路基高 度，在稳定冻土路段可以减小路基路面不均匀变形，但有增加纵向裂缝的可能性，而对于 不稳定冻土地区，提高路堤高度不仅不能减少波浪、沉陷等变形类病害，反而会加剧纵向 裂缝及边坡冲蚀等病害，路基纵向裂缝随路基增高而严重。多年冻土路基中温度分布状态 在路基横向上的不对称性，导致路基变形横向差异，以及加高路基后，路基中的热平衡状 态发生了较大变化，路基下融化盘中心向路基阳面偏移，引起路面和路基上部受力状态改 变，在不稳定型冻土区其影响更大。 钻探结果揭示了青藏公路沿线路基下的冻土状况及变化情况，多年冻土在逐渐退化， 分布范围逐渐缩小，融区数量和范围增大，垂直方向上限缓慢下降，多年冻土厚度减小， 路基阴阳坡对冻土融化的影响存在差异性及路基高度对冻土上限有一定保护作用。通过动 力触探测定了路基与地基内土的承载力及地下水变化情况。测试分析表明，在垂直方向上 路基内密实度最大，天然地面下次之，地基内最低;在水平方向上，路中线部位密实程度 较路边缘高。路基存在压实不足的问题，沿线地下水埋藏较浅，含水量较高。 沥青路面的病害有龟裂、块裂、纵向裂缝、横向裂缝、松散、沉陷、波浪等，变形损 坏所占比例最大，占45%，主要分布于多年冻土区，在融区和季节冻土区则很少，裂缝 2J2 土木工程与高新技术 类损坏占36%，其中横向裂缝所占比例最大;松散类损坏占17%。钻芯取样结果表明， Al 半刚性基层大多未形成整体强度，呈松散状，基层粗骨料含量低。青藏高原的特殊气候使 半刚性基层产生较大温缩与干缩，在面层引起严重的反射裂缝。路面反射裂缝一期整治较 八五改建明显，是半刚性基层温缩、干缩所致。反射裂缝分布均匀且密集，一般间距4- lomo裂缝的存在会引起路面进一步损坏，因青藏高原昼夜温差较大，裂缝渐宽，水沿路 面裂缝下渗常会导致路面结构层的冻融破坏。对芯样的抽提筛分试验表明，沥青用量小、 矿料级配不良、粗集料品质较差等造成沥青棍合料强度先天不足，加之沥青施工的低温关 键施工技术未解决。对刚性路面，不论是普通水泥混凝土还是钢纤维混凝土，其破坏非常 普遍，且破坏程度严重，主要病害为断板、碎裂、断角严重，完好板块极少，因此从施工 与养生的条件来看，刚性路面修筑技术在青藏公路还很不成熟。 二、多年冻土地区路基温度场计算理论与方法 温度场计算与分析是多年冻土地区路基设计方法研究的基础工作。国内外对冻土路基 温度场研究仅考虑第一类边界条件，对第二、三类边界条件尚未引人，由此造成计算与实 际不符。近年来，虽已开展了水、热、力及其藕合问题的研究，但还处于探索阶段。本研 究综合考虑路基走向、风速、辐射、蒸发等多种因素，采用较高精度的四边形单元，提出 了在各类边界条件下考虑上述诸多因素的有限元方法及相应计算公式，并对沱沱河天然地 基和试验路路基温度场进行了计算，其结果与实测值比较一致。 通过对现有资料及实测数据的分析，提出了确定路基横向风速分布的方法;推证了路 基边坡坡角坡面系数的计算公式及北纬34℃地区路基不同坡率、不同走向时的坡面系数 建议值;确定了各种外部因素沿路基横向的分布，并对路基横向热差异问题进行了探讨，