多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、研究的目的與意義 1面臨形勢(shì)與考驗(yàn) 1研究背景與意義 1\o"CurrentDocument"二、研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 2研究?jī)?nèi)容 2技術(shù)路線 2\o"CurrentDocument"三、研究成果 3多年凍土地區(qū)路基病害及其原因 3氣候地質(zhì)地貌與路基穩(wěn)定性的關(guān)系 4凍土路基溫度場(chǎng)特征研究 4一般路基橫斷面結(jié)構(gòu)研究 5調(diào)控地溫的特殊結(jié)構(gòu)路基研究 6凍土路基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究 8多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究 8四、創(chuàng)新與突破 9五、人才培養(yǎng) 9六、問(wèn)題與建議 9\o"CurrentDocument"七、致謝 10多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究 □口本多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究 □口本#一、研究的目的與意義面臨形勢(shì)與考驗(yàn)隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的不斷深入和東北振興戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國(guó)寒區(qū)道路工程建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭，青藏高速公路已經(jīng)列入國(guó)家規(guī)劃，青藏公路“十一?五”改建完善工程國(guó)家已批準(zhǔn)建設(shè)，西藏高原以及東北地區(qū)的寒區(qū)道路建設(shè)都處于跨越式發(fā)展時(shí)期。從已建成的交通基礎(chǔ)設(shè)施包括公路、 鐵路、管道等運(yùn)營(yíng)效果看， 多年凍土工程建設(shè)面臨著許多新的問(wèn)題。尤其在高溫凍土區(qū)，如何在解決凍土路基熱穩(wěn)定性的前提下，保持路基工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，是目前凍土區(qū)道路工程研究的重要課題之一。同時(shí)，多年凍土地區(qū)的路基變形問(wèn)題，特別是高溫多年凍土區(qū)的公路路基的熱融下沉問(wèn)題，是至今還未徹底解決的一大難題，而且以寬幅路面為特征的高等級(jí)公路，對(duì)路基的熱擾動(dòng)更為強(qiáng)烈，所引發(fā)的工程問(wèn)題也將更為復(fù)雜。這些都是寒區(qū)道路建設(shè)中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)與難題。同時(shí)，由于全球氣候異常，受印度洋和孟加拉灣暖濕氣流影響，青藏高原氣候環(huán)境進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)濕潤(rùn)和氣溫轉(zhuǎn)暖的時(shí)區(qū)，促使多年凍土退化趨勢(shì)加劇。隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，人類活動(dòng)的影響在不斷升級(jí)，全球氣候轉(zhuǎn)暖對(duì)多年凍土的影響正逐漸顯現(xiàn)，路基下的凍土迅速退化。據(jù)調(diào)查青藏公路高溫、高含冰量多年凍土區(qū)路基失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生嚴(yán)重的熱融沉陷及縱向裂縫等病害累計(jì)長(zhǎng)度已達(dá) 60多公里。但對(duì)于全球氣候背景下多年凍土變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，公路工程作用下多年凍土變化預(yù)測(cè)，以及兩種狀態(tài)疊加后，公路路基下多年凍土的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，多年凍土變化后公路工程如何來(lái)適應(yīng)這種巨大的變化等問(wèn)題目前仍缺乏系統(tǒng)研究，此類問(wèn)題也將成為多年凍土區(qū)路基設(shè)計(jì)必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。研究背景與意義地球上多年凍土分布面積約 3710萬(wàn)平方公里， 占陸地面積的 25%，我國(guó)多年凍土的分布面積約 215萬(wàn)平方公里，位居世界第三。公路是多年凍土開(kāi)發(fā)與建設(shè)的先驅(qū)，開(kāi)展多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究，對(duì)多年凍土區(qū)的開(kāi)發(fā)與建設(shè)，確保多年凍土地區(qū)公路交通基礎(chǔ)建設(shè)的順利實(shí)施， 對(duì)加快中西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)， 推動(dòng)中西部國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等， 有著十分重要的意義。我國(guó)多年凍土地區(qū)，地域遼闊，人煙稀少，是欠發(fā)達(dá)地區(qū)之一。由于特殊的歷史、自然、地理、社會(huì)等各方面因素的影響，多年凍土地區(qū)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)受交通基礎(chǔ)設(shè)施落后的制約。青藏高原和東北大、小興安嶺地區(qū)，豐富的鐵礦、鉻鐵礦、銅礦、湖鹽、硼礦、水電、森林，以及前景廣闊的石油、天然氣等等自然資源，都具有很高的開(kāi)發(fā)和開(kāi)采條件及重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但由于受交通基礎(chǔ)設(shè)施滯后的制約，不僅使這些資源的開(kāi)發(fā)利用程度非常低，而且嚴(yán)重影響著多年凍土地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著貫徹實(shí)施黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于西部大開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略決策，西部公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度明顯加快。在多年凍土廣泛分布的西藏、青海、內(nèi)蒙、新疆、黑龍江等省區(qū)，近幾年來(lái)投入大量資金進(jìn)行公路交通建設(shè)，而這些公路（中尼公路、新藏公路、黑北公路等）穿越多年凍土區(qū)的路段也占有相當(dāng)比例，若不考慮多年凍土這一特殊地質(zhì)條件，不考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣髋c地質(zhì)特點(diǎn)， 不僅會(huì)給公路建設(shè)本身帶來(lái)極大的困難， 也將使建成的公路產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，同時(shí)給國(guó)家造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，多年凍土區(qū)公路成敗的關(guān)鍵在路基工程。凍土路基的穩(wěn)定性受到氣候變化影響下的凍土環(huán)境變化的極大威脅。 近年來(lái)， 凍土退化已被諸多的研究結(jié)果所證實(shí)。氣候轉(zhuǎn)暖直接影響凍土工程環(huán)境，對(duì)于正在運(yùn)營(yíng)的建筑物，將增大凍害的破壞強(qiáng)度和數(shù)量，而對(duì)于擬建的建筑物，這種不穩(wěn)定的寒區(qū)工程環(huán)境將增加建筑物設(shè)計(jì)原則的選取及凍土穩(wěn)定性確定的難度，使寒區(qū)建筑物的工程建設(shè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此要保證凍土路基的穩(wěn)定，就必須預(yù)測(cè)全球氣候變化背景下凍土的變化，預(yù)測(cè)工程作用下凍土的變化以及預(yù)測(cè)兩種因素疊加后凍土的變化及工程穩(wěn)定性， 采用積極有效的保護(hù)凍土措施， 即冷卻地基的辦法。 為此，

在了解氣候 -工程-凍土相互作用規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)新的地溫調(diào)控技術(shù)，提出能冷卻地基的新的路基結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)參數(shù)，是黨務(wù)之急。我國(guó)廣大的多年凍土區(qū)，絕大部分屬于未開(kāi)發(fā)的處女地，本課題的研究成果，是多年凍土區(qū)公路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，不僅有著廣泛的推廣應(yīng)用前景，對(duì)加快中西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)，推動(dòng)中西部國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展等，都有著十分重要而深遠(yuǎn)的意義。二、研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線研究?jī)?nèi)容根據(jù)合同要求，本課題主要研究?jī)?nèi)容包括：氣候、地質(zhì)地貌與路基穩(wěn)定性的關(guān)系;多年凍土路基合理高度；多年凍土路基合理的結(jié)構(gòu)形式；冷卻多年凍土路基的工程措施；過(guò)渡段路基設(shè)計(jì)；路基施工季節(jié)、修筑技術(shù)和質(zhì)量控制。技術(shù)路線為保障本項(xiàng)目的順利實(shí)施，保證最終研究成果質(zhì)量，課題組研究制定如下技術(shù)路線：（1）野外定點(diǎn)觀測(cè)與調(diào)查青藏公路科研繼承下來(lái)的11個(gè)地溫、 路基變形觀測(cè)斷面將作為本課題研究修筑路基后下伏多年凍土動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)及其由此誘發(fā)沉降變形分析的主要觀測(cè)場(chǎng)地之一。增設(shè)青康公路沿線測(cè)溫孔并開(kāi)始連續(xù)地溫觀測(cè)，在典型路基結(jié)構(gòu)路段（不同路基高度、瀝青路面段、水泥路面段等）補(bǔ)充變形測(cè)量。這些觀測(cè)將主要用于研究高溫多年凍土區(qū)凍土退化規(guī)律及其對(duì)公路路基穩(wěn)定性的影響。依靠 GIS（地理信息系統(tǒng)）口RS（遙感）等技術(shù)進(jìn)行凍土環(huán)境、工程環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)。（2）實(shí)體工程試驗(yàn)研究（依托工程）完成本課題主要依托的工程項(xiàng)目為：2001口在了解氣候 -工程-凍土相互作用規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)新的地溫調(diào)控技術(shù)，提出能冷卻地基的新的路基結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)參數(shù)，是黨務(wù)之急。我國(guó)廣大的多年凍土區(qū)，絕大部分屬于未開(kāi)發(fā)的處女地，本課題的研究成果，是多年凍土區(qū)公路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，不僅有著廣泛的推廣應(yīng)用前景，對(duì)加快中西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)，推動(dòng)中西部國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展等，都有著十分重要而深遠(yuǎn)的意義。二、研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線研究?jī)?nèi)容根據(jù)合同要求，本課題主要研究?jī)?nèi)容包括：氣候、地質(zhì)地貌與路基穩(wěn)定性的關(guān)系;多年凍土路基合理高度；多年凍土路基合理的結(jié)構(gòu)形式；冷卻多年凍土路基的工程措施；過(guò)渡段路基設(shè)計(jì)；路基施工季節(jié)、修筑技術(shù)和質(zhì)量控制。技術(shù)路線為保障本項(xiàng)目的順利實(shí)施，保證最終研究成果質(zhì)量，課題組研究制定如下技術(shù)路線：（1）野外定點(diǎn)觀測(cè)與調(diào)查青藏公路科研繼承下來(lái)的11個(gè)地溫、 路基變形觀測(cè)斷面將作為本課題研究修筑路基后下伏多年凍土動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)及其由此誘發(fā)沉降變形分析的主要觀測(cè)場(chǎng)地之一。增設(shè)青康公路沿線測(cè)溫孔并開(kāi)始連續(xù)地溫觀測(cè)，在典型路基結(jié)構(gòu)路段（不同路基高度、瀝青路面段、水泥路面段等）補(bǔ)充變形測(cè)量。這些觀測(cè)將主要用于研究高溫多年凍土區(qū)凍土退化規(guī)律及其對(duì)公路路基穩(wěn)定性的影響。依靠 GIS（地理信息系統(tǒng)）口RS（遙感）等技術(shù)進(jìn)行凍土環(huán)境、工程環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)。（2）實(shí)體工程試驗(yàn)研究（依托工程）完成本課題主要依托的工程項(xiàng)目為：2001口2003年實(shí)施的青藏公路整治改建工程和仍在實(shí)施科研觀測(cè)的青藏公路試驗(yàn)工程等。青藏公路整治改建工程，由國(guó)家投資11.7億元。整治路面累計(jì)長(zhǎng)度779.06km,其中路面補(bǔ)強(qiáng)642.57km,整治路基病害和改建路線136.402km。由中交一公院在2001年完成勘察設(shè)計(jì),2002年5月正式開(kāi)工,計(jì)劃2003年建成通車。該課題實(shí)施的目的之一是治理青藏公路多年凍土區(qū)由于路基失去穩(wěn)定而產(chǎn)生的病害,特別是高溫高含冰量多年凍土區(qū)的路基產(chǎn)生嚴(yán)重的熱融沉陷、縱向裂縫等等,為探討多年凍土區(qū)公路路基穩(wěn)定性的工程措施,不僅采用了一般提高路基的設(shè)計(jì)方案,還設(shè)計(jì)了EPS板隔熱層、熱棒制冷及片石通風(fēng)路基、碎石護(hù)面等試驗(yàn)工程,這些都是本課題研究穩(wěn)定技術(shù)的基本要求。? 保溫處理試驗(yàn)觀測(cè)場(chǎng)在青康公路鋪設(shè)保溫材料的試驗(yàn)路段選擇2口3個(gè)代表性斷面布設(shè)地溫、淺地表溫度、溫材料上下面溫度等觀測(cè)斷面,研究保溫處理措施防止或延緩多年凍土上限下降的可行性和有效性。在該試驗(yàn)段同時(shí)開(kāi)展路面改良實(shí)體試驗(yàn)研究。? 碎石坡面、硅藻土護(hù)坡試驗(yàn)觀測(cè)場(chǎng)選擇2個(gè)典型路段在公路兩側(cè)分別鋪設(shè)50m拋石護(hù)坡和硅藻土護(hù)坡,布設(shè)地溫、護(hù)坡底面溫度探頭,研究拋石護(hù)坡、硅藻土護(hù)坡保護(hù)多年凍土的效果及原理。片塊石路基試驗(yàn)場(chǎng)在拋石護(hù)坡試驗(yàn)段附近修筑50m片塊石路基試驗(yàn)路段,于片塊石路基內(nèi)、路基下以及天

然場(chǎng)地布設(shè)地溫觀測(cè)探頭，研究片塊石路基保護(hù)多年凍土的效果。在拋石護(hù)坡試驗(yàn)段附近修筑熱棒路基試驗(yàn)場(chǎng)同的凍土類型， 選擇3口4公里熱口路基試驗(yàn)段， 于路堤內(nèi)、路基下以及天然場(chǎng)地布設(shè)地溫觀測(cè)探頭，研究熱棒路基保護(hù)多年凍土的效果。3）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)野外觀測(cè)斷面深度剖面土質(zhì)進(jìn)行物理及熱學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，提出分析凍土溫度場(chǎng)所必需的物性參數(shù)指標(biāo)（土質(zhì)、組分、導(dǎo)熱系數(shù)、含水量、密度等） 。對(duì)保溫處理措施、碎石路基等進(jìn)行不同邊界條件下的模型試驗(yàn)研究，提出其適用條件及影響因素。4）數(shù)值模擬研究在已有工作基礎(chǔ)、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、模型試驗(yàn)的支撐下建立不同結(jié)構(gòu)路基溫度場(chǎng)仿真模型、多年凍土在氣候變化及工程影響下的變化趨勢(shì)預(yù)報(bào)模型、多年凍土路基合理高度計(jì)算模型等，并通過(guò)實(shí)體工程檢驗(yàn)數(shù)值仿真模型的合理性。5）全面總結(jié)綜合分析，提出多年凍土路基穩(wěn)定性技術(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果以及數(shù)值模擬預(yù)報(bào)等提出路基合理結(jié)構(gòu)的應(yīng)用條件和可行性，以及路基施工季節(jié)、修筑技術(shù)和質(zhì)量控制原理和對(duì)策。三、研究成果多年凍土地區(qū)路基病害及其原因1、基于 2002口2005年每年的多年凍土地區(qū)路基病害調(diào)查資料，分析了凍土路基病害特征，并根據(jù)路基對(duì)陰陽(yáng)坡效應(yīng)響應(yīng)的程度，將多年凍土區(qū)填土路基病害分為低路基病害（或稱對(duì)稱性病害）與高路基病害（或稱非對(duì)稱性病害）兩類。圖1低路基病害（熱融沉陷）圖圖1低路基病害（熱融沉陷）圖2高路基病害（縱向裂縫）2、目前青藏公路路基的病害形式主要表現(xiàn)為以縱向裂縫與路基開(kāi)裂為主的高路基病害，占總病害路段的 60%以上。3、高路基病害與路基高度及坡向直接相關(guān)。 路基高度越高， 高路基病害發(fā)生的幾率越大，高度大于2.5m的路基內(nèi)高路基病害占總量的 75.7%,并且發(fā)生在陽(yáng)坡側(cè)的路基病害占總量的66.5%。4、高路基病害的形成機(jī)理因路基高度的不同而有所差異。當(dāng)路基高度小于臨界高度時(shí)，融化盤(pán)及其偏移是形成路基病害的主要原因；反之當(dāng)路基高度大于臨界高度時(shí)，在高溫凍土區(qū)，融化夾層則是造成路基病害的罪魁禍?zhǔn)?，而在低溫凍土區(qū)，凍結(jié)核形成的“凸”滑動(dòng)面與陽(yáng)坡側(cè)坡腳下融化盤(pán)的聯(lián)合作用引發(fā)了一系列高路基病害?？赼電化盤(pán)厚度差較小口a電化盤(pán)厚度差較小(b)融化盤(pán)厚度差較大圖3融化盤(pán)所引發(fā)高路基病害示意圖圖4融化夾層所引發(fā)高路基病害5、凍土環(huán)境的破壞構(gòu)成了影響高路基病害的人為因素。圖4融化夾層所引發(fā)高路基病害5、凍土環(huán)境的破壞構(gòu)成了影響高路基病害的人為因素。圖5凍結(jié)核所引發(fā)高路基病害不按技術(shù)規(guī)范施工與凍土環(huán)境的破壞將加速高路基病害的發(fā)生與發(fā)展。圖6青藏公路沿線凍土環(huán)境惡化引起沙漠化結(jié)合病害的形成特點(diǎn)采取不同的治理方案，研究中提出6、路基病害的治理應(yīng)因地制宜，了治理路基病害的建議。結(jié)合病害的形成特點(diǎn)采取不同的治理方案，研究中提出氣候地質(zhì)地貌與路基穩(wěn)定性的關(guān)系通過(guò)已有資料、監(jiān)測(cè)資料以及數(shù)值模擬和 GIS平臺(tái)，對(duì)氣候、地質(zhì)地貌—多年凍土—路基穩(wěn)定性之間的相互作用關(guān)系進(jìn)行了深入的研究。研究結(jié)果表明，氣候變化已經(jīng)對(duì)多年凍土和路基穩(wěn)定性形成較大影響，這種影響隨著多年凍土年平均地溫變化而產(chǎn)生較大差異。在氣候變化和工程作用(瀝青路面)影響下產(chǎn)生了一系列工程病害，特別是對(duì)高溫多年凍土，已經(jīng)形成氣候變化和工程影響的雙重作用，將對(duì)路基穩(wěn)定性構(gòu)成極大的影響。同時(shí)由于地質(zhì)地貌因素的影響， 多年凍土地溫、 含冰狀態(tài)、 多年凍土上限以及發(fā)生、 發(fā)展過(guò)程均有較大差異，這種差異使得氣候變化影響更加復(fù)雜多變。不同地質(zhì)地貌單元，由于多年凍土差異較大，這使路基穩(wěn)定性也存在較大差異，且影響因素也不盡相同。綜合考慮地質(zhì)地貌、氣候變化對(duì)多年凍土的影響，多年凍土地區(qū)路基工程必須采取相應(yīng)的工程措施，以應(yīng)對(duì)氣候變化和工程作用對(duì)多年凍土的影響，確保路基穩(wěn)定性。凍土路基溫度場(chǎng)特征研究1、在分析了青藏公路沿線 8個(gè)觀測(cè)斷面 10年的地溫觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，研究認(rèn)為多年凍土區(qū)地溫可分為放熱型、吸熱型、過(guò)渡型和殘留型等四種類型；從年平均地溫的角度，多

年凍土可分為低溫多年凍土區(qū)（年平均地溫 <-1.5℃）與高溫多年凍土區(qū)（年平均地溫D-1.5JD。低溫區(qū)凍土相對(duì)較為穩(wěn)定，可采用一般的被動(dòng)保溫的工程措施，而高溫高含冰量路段路基極不穩(wěn)定，融沉變形較大，對(duì)其保護(hù)凍土的工程措施應(yīng)相對(duì)慎重，可采用主動(dòng)冷卻的工程措施；2、214國(guó)道沿線地區(qū)海拔略低、經(jīng)緯度偏南東、氣溫略高，凍土溫度偏高，基本屬高溫凍土，多年凍土層較薄，凍土處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在人為作用下消融退化比較迅速。沿線多年凍土平均地溫除鄂拉山山頂和巴顏喀拉山埡口段地溫在 -1.5℃左右外，其它地段多年凍土的地溫均在-0.5口-1.0℃左右。3、當(dāng)前公路穿越的東北多年凍土均屬于島狀多年凍土， 均分布于低洼溝谷的沼澤化濕地以及河谷階地背陰地帶，地表積水，塔頭草生長(zhǎng)茂密，草炭、腐殖泥炭及淤泥土發(fā)育，水分補(bǔ)給充分；多年凍土的物質(zhì)成分主要為粘性土、淤泥、泥炭，在部分粗砂、細(xì)砂及砂礫石中也見(jiàn)存在。多具整體狀、微層狀、層狀凍土構(gòu)造，屬于多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土以及含土冰層；凍土地溫比較高，地溫為 -0.06口-0.98口。多年凍土上限為 1.0口2.6m,下限為3.0口6.0m,厚度為 1.0口5.2m,個(gè)別路段凍土厚度大于 12m。一般路基橫斷面結(jié)構(gòu)研究1、由于瀝青路面強(qiáng)烈的吸熱與阻滯蒸發(fā)的作用,砂礫路面更為嚴(yán)峻。這兩種路面結(jié)構(gòu)也在一定程度上反映了多年凍土區(qū)鐵道工程與公路工程的差異。 數(shù)值模擬研究得出瀝青路面下路堤基底年均吸熱能力較砂礫路面強(qiáng)所示） ,造成瀝青路面下人為上限較砂礫路面下移表明瀝青路面熱效應(yīng)影響更為強(qiáng)烈。1、由于瀝青路面強(qiáng)烈的吸熱與阻滯蒸發(fā)的作用,砂礫路面更為嚴(yán)峻。這兩種路面結(jié)構(gòu)也在一定程度上反映了多年凍土區(qū)鐵道工程與公路工程的差異。 數(shù)值模擬研究得出瀝青路面下路堤基底年均吸熱能力較砂礫路面強(qiáng)所示） ,造成瀝青路面下人為上限較砂礫路面下移表明瀝青路面熱效應(yīng)影響更為強(qiáng)烈。造成瀝青路面下多年凍土的生存條件較2.3m,年平均地溫升高c<5出圖展琮1.68倍（如圖 70.6口0.8口。結(jié)果圖7兩種路面條件下路堤基底垂直方向平均熱流密度提出路基合理通過(guò)數(shù)值模擬研究得出低溫凍土區(qū)凍土路基臨界高度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,高度的概念及確定方法,并將其引入路基設(shè)計(jì),改進(jìn)了路基高度的設(shè)計(jì)方法。提出路基合理路基臨界高度：H=0.0542-(t—1999)—1.1045?h0+4.787600 天路基合理高度：H=0.0542?△t—1.1045?h0+4.7876合天路基設(shè)計(jì)高度： HD=mH0+S路基合理高度存在的地溫條件：m）；m）；At—道路設(shè)m—綜合修正式中：t—設(shè)計(jì)路基時(shí)的年份；

0計(jì)年限（ a）；T0—年平均地溫（℃）h0—路基設(shè)計(jì)所在年份的天然上限（天at；——年平均的變化率，即增溫速率；at系數(shù)。結(jié)合公路沿線凍土類型、上限深度及已成路基季節(jié)融化層含水量情況進(jìn)行驗(yàn)算確定,上限淺，含冰量大者取高值，反之取低值； S—季節(jié)融化層壓縮沉降量。3、在多年凍土區(qū)修建高等級(jí)公路， 由于路面寬度的增加將導(dǎo)致凍土路基內(nèi)熱量積累更加嚴(yán)重。數(shù)值模擬研究得出當(dāng)路基寬度增加 2.4倍時(shí)，通過(guò)路堤基底每年平均吸收的凈熱量則3.19增大1.9倍，路基內(nèi)吸收的熱量使多年凍土人口上限下移 2.49口2.85m,融化盤(pán)厚度增大3.19倍，其寬度增大 1.82倍（如圖8所示），多年凍土年均地溫升高。上述研究揭示在該類地區(qū)修建寬幅的高等級(jí)公路將面臨更嚴(yán)峻的形勢(shì)，采取主動(dòng)有效的降低路基溫度的工程措施才是解決這一關(guān)鍵工程問(wèn)題的根本保證。左側(cè)半幅斷面左側(cè)半幅斷面 000（5m） 橫斷面（12皿 5m-^0 12m路基圖8兩類路基下融化盤(pán)形態(tài)的對(duì)比4、邊坡坡度對(duì)人為上限、年平均地溫及融化盤(pán)等路基溫度場(chǎng)特征要素具有一定的影響，但影響均不顯著，因此認(rèn)為邊坡坡度不應(yīng)作為考慮路基熱穩(wěn)定性的主要影響因素，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)及水文地質(zhì)條件，從力學(xué)及工程實(shí)際情況選擇合適的邊坡坡度。5、從青藏公路保溫護(hù)道段地溫觀測(cè)分析與數(shù)值模擬兩個(gè)角度研究了保溫護(hù)道對(duì)路基地溫特征的影響規(guī)律。結(jié)果表明：從路基熱穩(wěn)定性的角度而言， 保溫護(hù)道對(duì)路基地溫特征的影響不顯著， 因此保溫護(hù)道不應(yīng)作為考慮路基熱穩(wěn)定性的影響因素。在高溫多年凍土區(qū)，如果是新修路堤或路堤兩側(cè)地表環(huán)境未遭到嚴(yán)重破壞的情況下，考慮到護(hù)道表面較天然地表強(qiáng)的吸熱作用，不宜修筑保溫護(hù)道。在低溫高含冰量多年凍土區(qū)， 路基高度大于臨界高度， 路基內(nèi)形成較為明顯的凍結(jié)核時(shí)，可以修筑保溫護(hù)道，用以減小或消除坡腳融化盤(pán)。多年凍土區(qū)當(dāng)為滿足高路基邊坡的力學(xué)穩(wěn)定性而設(shè)置護(hù)坡道時(shí)， 應(yīng)當(dāng)在護(hù)坡道表面鋪筑碎石層或草皮，利用碎石層或草皮的熱學(xué)效應(yīng)改善護(hù)坡道對(duì)路基溫度場(chǎng)的負(fù)面影響。3.5調(diào)控地溫的特殊結(jié)構(gòu)路基研究XPS、1、在青藏公路與國(guó)道 214XPS、EPS保溫隔熱路基、碎塊石路基、熱棒路基、遮陽(yáng)板路基及硅藻土護(hù)坡路基，目的是研究特殊結(jié)構(gòu)路基的工程應(yīng)用效果。熱棒、2、通過(guò)數(shù)值模擬、 室內(nèi)試驗(yàn)及野外試驗(yàn)工程觀測(cè)， 研究了設(shè)置保溫隔熱板、 碎石、熱棒、遮陽(yáng)板、硅藻土護(hù)坡等措施的特殊路基結(jié)構(gòu)對(duì)路基穩(wěn)定性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：口低溫凍土區(qū)EPS板顯著增加熱口， 提高人為上口； 從熱學(xué)角度提出了保溫隔熱層合理厚度及等效路基高度的計(jì)算表達(dá)式；但暖季板底仍存在正溫區(qū)，同時(shí)冷季板體阻礙熱量的散發(fā)，這種潛在的熱積累對(duì)高溫凍土區(qū)十分不利，極高溫凍土敏感區(qū)不宜使用 EPS隔熱板。

圖9保溫隔熱路基施工前后②提出以自然對(duì)流指數(shù)表征路基碎石層引起的冬季自然對(duì)流降溫效應(yīng)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間；揭示碎石路基不僅在冬季具有較強(qiáng)的主動(dòng)冷卻路基的作用，夏季由于碎石層導(dǎo)熱系數(shù)低于一般路基填料也具有一定的保溫隔熱作用，碎石層路基是符合青藏高原實(shí)際的經(jīng)濟(jì)合理的路基結(jié)構(gòu)形式;在分析自然對(duì)流指數(shù)的基礎(chǔ)上，提出碎石層鋪筑的合理厚度應(yīng)大于 50DO以60口80口為口，碎石粒徑以 4口6口最佳，鋪筑位置宜靠近路面基層下部（路基頂部） ；同厚度碎石層寬度越大，對(duì)流降溫效果越強(qiáng)。圖11碎石邊坡施工完成后為5個(gè)月， 在工作周期內(nèi)熱棒并非連續(xù)工作而是波動(dòng)式的，實(shí)際工作時(shí)間為工作周期的為5個(gè)月， 在工作周期內(nèi)熱棒并非連續(xù)工作而是波動(dòng)式的，實(shí)際工作時(shí)間為工作周期的2/3；熱棒路基冬季降溫效果明顯，顯著提高凍土人為上限，有利于土體儲(chǔ)備冷量，熱棒的有效工作半徑為2.25m以內(nèi)；路基雙側(cè)設(shè)置熱棒優(yōu)于單側(cè)，斜置熱棒優(yōu)于豎口。圖12熱棒路基施工完成前后④遮陽(yáng)板能顯著降低地溫， 抬升路中與陽(yáng)坡側(cè)人為上限， 更有利于凍土路基熱穩(wěn)定； 遮陽(yáng)板遮蔽太陽(yáng)對(duì)路基直接輻射的時(shí)效性是常年的，在暖季表現(xiàn)得更突出一些；試驗(yàn)工程路段近3年來(lái)使用狀況良好，較對(duì)比斷面整體路基變形小，變形相對(duì)均衡平穩(wěn)，左、右路肩變形基本一致，路面沒(méi)有明顯的病害；而對(duì)比斷面坡面和路肩變形向陽(yáng)面與背陽(yáng)面有較大差異，其路面也有少許縱向裂縫等病害，整體狀況較遮陽(yáng)板斷面差?？傊?，遮陽(yáng)板工程措施可調(diào)控陰陽(yáng)面吸熱不均， 治理融化盤(pán)偏移， 不均勻沉陷， 路基縱向裂縫等病害。 既可用于新建路段，也可用于舊路潛在病害路段的早期治理與防控。

圖13遮陽(yáng)板路基工程應(yīng)用效果⑤研究了硅藻土護(hù)坡在 214國(guó)道的工程應(yīng)用效果，圖13遮陽(yáng)板路基工程應(yīng)用效果⑤研究了硅藻土護(hù)坡在 214國(guó)道的工程應(yīng)用效果，藻土護(hù)坡未能發(fā)揮熱二極管的降溫效能，建議該地區(qū)不宜采用，并提出硅藻土護(hù)坡的應(yīng)用條件。3、對(duì)比各類冷卻路基工程措施的適應(yīng)性與優(yōu)缺點(diǎn)如下：①當(dāng)計(jì)算壓縮沉降量超過(guò)路基容許沉降量，高度或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，路塹處或翻越埡口處需要進(jìn)行換填保護(hù)下伏多年凍土的等等區(qū)段可以考慮圖14遮陽(yáng)板路基施工完成后

結(jié)果表明由于該地區(qū)氣候干旱，路基設(shè)計(jì)高度由于路線縱坡控制不滿足臨界使硅選用隔熱層路基。該類保溫隔熱路基適合應(yīng)用于低溫多年凍土區(qū)，在高溫多年凍土區(qū)應(yīng)配合主動(dòng)冷卻的工程措施。片、塊、碎石路基適用于高溫凍土區(qū)，地質(zhì)斷裂帶地下泉水發(fā)育區(qū)段，松散堆積層，地面橫坡較大，路基層上水河地表徑流較發(fā)育的區(qū)段。另外，片塊石路基可用于治理地下水或凍結(jié)層上水較為發(fā)育區(qū)段的路基病害。碎石坡面主要用于路基下融化盤(pán)偏移嚴(yán)重的路基病害路段。碎石路基施工標(biāo)準(zhǔn)如壓實(shí)控制等現(xiàn)在還不完善，施工期間碎石層空隙率不易檢測(cè)與控制。全斷面施工過(guò)程中振搗壓實(shí)時(shí)碎石向兩側(cè)滑移，壓實(shí)度較難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于熱棒路基， 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)地溫特點(diǎn)、 工程造價(jià)等斟情選擇：第一，在施工條件允許并不損失熱棒致冷效果的情況下應(yīng)盡可能斜置熱棒；第二，在極高溫凍土區(qū)及凍土退化區(qū)應(yīng)盡可能埋置雙向熱棒，并保持適當(dāng)?shù)穆坊钔粮叨龋坏谌?，在中高溫凍土區(qū)，如果人為上限較大，可選用雙向熱棒冷卻路基，如果融化盤(pán)因陰陽(yáng)坡的影響而偏移，應(yīng)考慮在陽(yáng)坡設(shè)置單向熱棒；第四，在低溫凍土區(qū)，應(yīng)優(yōu)先考慮抬高路基高度。遮陽(yáng)板路基可調(diào)控陰陽(yáng)面吸熱不均， 治理融化盤(pán)偏移， 不均勻沉陷， 路基縱向裂縫等病害，既可用于新建路段，也可用于舊路潛在病害路段的早期治理與防控。在多年凍土區(qū)熱脹冷縮嚴(yán)重，面板易變形、損壞；另外遮陽(yáng)板骨架與板材也較易受人為損壞或破壞，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮選用不易被損毀的板材以及設(shè)計(jì)合適的骨架結(jié)構(gòu)。對(duì)于硅藻土護(hù)坡， 需改良并提高其持水能力， 注意以下兩點(diǎn)， 一是應(yīng)用于秋季降雨較多的多年凍土地區(qū)，二是在應(yīng)用于氣候干旱區(qū)的多年凍土地區(qū)時(shí)，要及時(shí)養(yǎng)護(hù)，尤其是要在凍結(jié)期到來(lái)之前充分讓硅藻土飽和。凍土路基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究研究總結(jié)了凍土熱穩(wěn)定性的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)青藏公路沿線長(zhǎng)期地溫觀測(cè)資料，對(duì)□口）熱穩(wěn)定型多年皿口熱極不穩(wěn)定型多年□口）熱穩(wěn)定型多年皿口熱極不穩(wěn)定型多年凍土；（口）熱穩(wěn)定過(guò)渡型多年凍土； 口叫熱不穩(wěn)定型多年凍土;凍土。多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究1、系統(tǒng)總結(jié)了路堤、路塹及零斷面路基的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，1、系統(tǒng)總結(jié)了路堤、路塹及零斷面路基的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)原則與方案的確定、路基填料與施工季節(jié)的選擇、施工工藝與質(zhì)量控制等。2、分別提出路基填挖過(guò)渡段，路基與橋涵過(guò)渡段，2、分別提出路基填挖過(guò)渡段，路基與橋涵過(guò)渡段，融區(qū)與多年凍土區(qū)過(guò)渡段，高低含冰量?jī)鐾吝^(guò)渡段的路基處置對(duì)策。3、編制了《多年凍土地區(qū)公路路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》四、創(chuàng)新與突破1、以陰陽(yáng)坡效應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)， 將路基病害分為低路基與高路基病害， 定性分析了融化核、 凍結(jié)核對(duì)路基病害影響規(guī)律，并提出高路基病害的治理方案。2、在已有“保護(hù)凍土，控制融化速率、綜合治理”的路基設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上，提出“制冷阻熱、減少輻射、增強(qiáng)對(duì)流、主動(dòng)保護(hù)、綜合治理、積極預(yù)防”這一新的路基設(shè)計(jì)原則，并提出一般結(jié)構(gòu)路基的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)總結(jié)了路堤與路塹的施工技術(shù)。3、首次系統(tǒng)地研究了路面性狀、路基高度、 路基寬度、邊坡坡度及防水護(hù)道對(duì)路基溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，優(yōu)化了路堤典型橫斷面結(jié)構(gòu)。通過(guò)數(shù)值模擬研究得出低溫區(qū)凍土路基臨界高度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律， 首次提出路基合理高度的概念及確定方法，并將其引入路基設(shè)計(jì)，改進(jìn)了路基高度設(shè)計(jì)方法。5、研究得到了保溫隔熱材料、碎石、熱棒、遮陽(yáng)板、硅藻土護(hù)坡等措施對(duì)路基穩(wěn)定性的影響規(guī)律。提出了特殊結(jié)構(gòu)路基的設(shè)計(jì)方法。6、首次系統(tǒng)提出了填挖過(guò)渡段、路基與橋涵過(guò)渡段、融區(qū)與多年凍土區(qū)過(guò)渡段、 高低含冰量?jī)鐾吝^(guò)渡段的路基處置對(duì)策。7、提出凍土路基熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其相應(yīng)的分類。五、人才培養(yǎng)本研究項(xiàng)目共投入主要研究人員 50人，其中，具有高級(jí)職稱的研究人員 30人，具有中級(jí)職稱的研究人員 15人，其他研究人員 5人。通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，各參研單位的科研能力與水平均有了不同程度的提高，在項(xiàng)目主要研究人員中， 8人從副高級(jí)職稱晉升至正高級(jí)職稱，由 6人從中級(jí)職稱晉升為高級(jí)職稱， 6人從初級(jí)職稱晉升為中級(jí)職稱。 2人攻