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面臨形勢與考驗(yàn) 1研究背景與意義 1\o"CurrentDocument"二、研究內(nèi)容與技術(shù)路線 2研究內(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)定性評價研究 8多年凍土地區(qū)路基設(shè)計與施工技術(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與考驗(yàn)隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷深入和東北振興戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國寒區(qū)道路工程建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展的勢頭，青藏高速公路已經(jīng)列入國家規(guī)劃，青藏公路“十一?五”改建完善工程國家已批準(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)營效果看， 多年凍土工程建設(shè)面臨著許多新的問題。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，多年凍土地區(qū)的路基變形問題，特別是高溫多年凍土區(qū)的公路路基的熱融下沉問題，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公路，對路基的熱擾動更為強(qiáng)烈，所引發(fā)的工程問題也將更為復(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，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)入了一個相對濕潤和氣溫轉(zhuǎn)暖的時區(qū)，促使多年凍土退化趨勢加劇。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，人類活動的影響在不斷升級，全球氣候轉(zhuǎn)暖對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長度已達(dá) 60多公里。但對于全球氣候背景下多年凍土變化趨勢預(yù)測，公路工程作用下多年凍土變化預(yù)測，以及兩種狀態(tài)疊加后，公路路基下多年凍土的變化趨勢預(yù)測，多年凍土變化后公路工程如何來適應(yīng)這種巨大的變化等問題目前仍缺乏系統(tǒng)研究，此類問題也將成為多年凍土區(qū)路基設(shè)計必須考慮的關(guān)鍵問題。研究背景與意義地球上多年凍土分布面積約 3710萬平方公里， 占陸地面積的 25%，我國多年凍土的分布面積約 215萬平方公里，位居世界第三。公路是多年凍土開發(fā)與建設(shè)的先驅(qū)，開展多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究，對多年凍土區(qū)的開發(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， 對加快中西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)， 推動中西部國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等， 有著十分重要的意義。我國多年凍土地區(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、社會等各方面因素的影響，多年凍土地區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)建設(shè)活動受交通基礎(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，都具有很高的開發(fā)和開采條件及重要的經(jīng)濟(jì)價值，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)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著貫徹實(shí)施黨中央、國務(wù)院關(guān)于西部大開發(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)， 不僅會給公路建設(shè)本身帶來極大的困難， 也將使建成的公路產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，同時給國家造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會影響。長期的工程實(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， 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，對于正在運(yùn)營的建筑物，將增大凍害的破壞強(qiáng)度和數(shù)量，而對于擬建的建筑物，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)測全球氣候變化背景下凍土的變化，預(yù)測工程作用下凍土的變化以及預(yù)測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)計原則及設(shè)計參數(shù)，是黨務(wù)之急。我國廣大的多年凍土區(qū)，絕大部分屬于未開發(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，對加快中西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)，推動中西部國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展等，都有著十分重要而深遠(yuǎn)的意義。二、研究內(nèi)容與技術(shù)路線研究內(nèi)容根據(jù)合同要求，本課題主要研究內(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；過渡段路基設(shè)計；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)觀測與調(diào)查青藏公路科研繼承下來的11個地溫、 路基變形觀測斷面將作為本課題研究修筑路基后下伏多年凍土動態(tài)變化趨勢預(yù)測及其由此誘發(fā)沉降變形分析的主要觀測場地之一。增設(shè)青康公路沿線測溫孔并開始連續(xù)地溫觀測，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)充變形測量。這些觀測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。（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)計原則及設(shè)計參數(shù)，是黨務(wù)之急。我國廣大的多年凍土區(qū)，絕大部分屬于未開發(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，對加快中西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)，推動中西部國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展等，都有著十分重要而深遠(yuǎn)的意義。二、研究內(nèi)容與技術(shù)路線研究內(nèi)容根據(jù)合同要求，本課題主要研究內(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；過渡段路基設(shè)計；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)觀測與調(diào)查青藏公路科研繼承下來的11個地溫、 路基變形觀測斷面將作為本課題研究修筑路基后下伏多年凍土動態(tài)變化趨勢預(yù)測及其由此誘發(fā)沉降變形分析的主要觀測場地之一。增設(shè)青康公路沿線測溫孔并開始連續(xù)地溫觀測，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)充變形測量。這些觀測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。（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)施科研觀測的青藏公路試驗(yàn)工程等。青藏公路整治改建工程，由國家投資11.7億元。整治路面累計長度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,2002年5月正式開工,計劃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)計方案,還設(shè)計了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)觀測場在青康公路鋪設(shè)保溫材料的試驗(yàn)路段選擇2口3個代表性斷面布設(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)段同時開展路面改良實(shí)體試驗(yàn)研究。? 碎石坡面、硅藻土護(hù)坡試驗(yàn)觀測場選擇2個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

然場地布設(shè)地溫觀測探頭，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)、路基下以及天然場地布設(shè)地溫觀測探頭，研究熱棒路基保護(hù)多年凍土的效果。3）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對野外觀測斷面深度剖面土質(zhì)進(jìn)行物理及熱學(xué)性能進(jìn)行測試，提出分析凍土溫度場所必需的物性參數(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)場觀測、模型試驗(yàn)的支撐下建立不同結(jié)構(gòu)路基溫度場仿真模型、多年凍土在氣候變化及工程影響下的變化趨勢預(yù)報模型、多年凍土路基合理高度計算模型等，并通過實(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)場觀測、室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果以及數(shù)值模擬預(yù)報等提出路基合理結(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)路基對陰陽坡效應(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（或稱對稱性病害）與高路基病害（或稱非對稱性病害）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，融化盤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，在高溫凍土區(qū)，融化夾層則是造成路基病害的罪魁禍?zhǔn)祝诘蜏貎鐾羺^(qū)，凍結(jié)核形成的“凸”滑動面與陽坡側(cè)坡腳下融化盤的聯(lián)合作用引發(fā)了一系列高路基病害?？赼電化盤厚度差較小口a電化盤厚度差較小(b)融化盤厚度差較大圖3融化盤所引發(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)系通過已有資料、監(jiān)測資料以及數(shù)值模擬和 GIS平臺，對氣候、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，將對路基穩(wěn)定性構(gòu)成極大的影響。同時由于地質(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)對氣候變化和工程作用對多年凍土的影響，確保路基穩(wěn)定性。凍土路基溫度場特征研究1、在分析了青藏公路沿線 8個觀測斷面 10年的地溫觀測資料的基礎(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)凍土相對較為穩(wěn)定，可采用一般的被動保溫的工程措施，而高溫高含冰量路段路基極不穩(wěn)定，融沉變形較大，對其保護(hù)凍土的工程措施應(yīng)相對慎重，可采用主動冷卻的工程措施；2、214國道沿線地區(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,改進(jìn)了路基高度的設(shè)計方法。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)計路基時的年份；

0計年限（ a）；T0—年平均地溫（℃）h0—路基設(shè)計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，通過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)修建寬幅的高等級公路將面臨更嚴(yán)峻的形勢，采取主動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形態(tài)的對比4、邊坡坡度對人為上限、年平均地溫及融化盤等路基溫度場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)道段地溫觀測分析與數(shù)值模擬兩個角度研究了保溫護(hù)道對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，可以修筑保溫護(hù)道，用以減小或消除坡腳融化盤。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， 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)坡道對路基溫度場的負(fù)面影響。3.5調(diào)控地溫的特殊結(jié)構(gòu)路基研究XPS、1、在青藏公路與國道 214XPS、EPS保溫隔熱路基、碎塊石路基、熱棒路基、遮陽板路基及硅藻土護(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、通過數(shù)值模擬、 室內(nèi)試驗(yàn)及野外試驗(yàn)工程觀測， 研究了設(shè)置保溫隔熱板、 碎石、熱棒、遮陽板、硅藻土護(hù)坡等措施的特殊路基結(jié)構(gòu)對路基穩(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算表達(dá)式；但暖季板底仍存在正溫區(qū)，同時冷季板體阻礙熱量的散發(fā)，這種潛在的熱積累對高溫凍土區(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提出以自然對流指數(shù)表征路基碎石層引起的冬季自然對流降溫效應(yīng)的強(qiáng)度和持續(xù)時間；揭示碎石路基不僅在冬季具有較強(qiáng)的主動冷卻路基的作用，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，對流降溫效果越強(qiáng)。圖11碎石邊坡施工完成后為5個月， 在工作周期內(nèi)熱棒并非連續(xù)工作而是波動式的，實(shí)際工作時間為工作周期的為5個月， 在工作周期內(nèi)熱棒并非連續(xù)工作而是波動式的，實(shí)際工作時間為工作周期的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遮陽板能顯著降低地溫， 抬升路中與陽坡側(cè)人為上限， 更有利于凍土路基熱穩(wěn)定； 遮陽板遮蔽太陽對路基直接輻射的時效性是常年的，在暖季表現(xiàn)得更突出一些；試驗(yàn)工程路段近3年來使用狀況良好，較對比斷面整體路基變形小，變形相對均衡平穩(wěn)，左、右路肩變形基本一致，路面沒有明顯的病害；而對比斷面坡面和路肩變形向陽面與背陽面有較大差異，其路面也有少許縱向裂縫等病害，整體狀況較遮陽板斷面差?？傊陉柊骞こ檀胧┛烧{(diào)控陰陽面吸熱不均， 治理融化盤偏移， 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遮陽板路基工程應(yīng)用效果⑤研究了硅藻土護(hù)坡在 214國道的工程應(yīng)用效果，圖13遮陽板路基工程應(yīng)用效果⑤研究了硅藻土護(hù)坡在 214國道的工程應(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)計算壓縮沉降量超過路基容許沉降量，高度或不經(jīng)濟(jì)時，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與控制。全斷面施工過程中振搗壓實(shí)時碎石向兩側(cè)滑移，壓實(shí)度較難達(dá)到設(shè)計要求。對于熱棒路基， 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，如果融化盤因陰陽坡的影響而偏移，應(yīng)考慮在陽坡設(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。遮陽板路基可調(diào)控陰陽面吸熱不均， 治理融化盤偏移， 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；另外遮陽板骨架與板材也較易受人為損壞或破壞，設(shè)計者應(yīng)考慮選用不易被損毀的板材以及設(shè)計合適的骨架結(jié)構(gòu)。對于硅藻土護(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，要及時養(yǎng)護(hù)，尤其是要在凍結(jié)期到來之前充分讓硅藻土飽和。凍土路基穩(wěn)定性評價研究研究總結(jié)了凍土熱穩(wěn)定性的定量評價指標(biāo)，并根據(jù)青藏公路沿線長期地溫觀測資料，對□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)計與施工技術(shù)，主要內(nèi)容包括設(shè)計原則與方案的確定、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渡段，路基與橋涵過渡段，2、分別提出路基填挖過渡段，路基與橋涵過渡段，融區(qū)與多年凍土區(qū)過渡段，高低含冰量凍土過渡段的路基處置對策。3、編制了《多年凍土地區(qū)公路路基設(shè)計與施工技術(shù)指南》四、創(chuàng)新與突破1、以陰陽坡效應(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)計原則基礎(chǔ)上，提出“制冷阻熱、減少輻射、增強(qiáng)對流、主動保護(hù)、綜合治理、積極預(yù)防”這一新的路基設(shè)計原則，并提出一般結(jié)構(gòu)路基的設(shè)計方法，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)道對路基溫度場的影響規(guī)律，優(yōu)化了路堤典型橫斷面結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值模擬研究得出低溫區(qū)凍土路基臨界高度的動態(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，改進(jìn)了路基高度設(shè)計方法。5、研究得到了保溫隔熱材料、碎石、熱棒、遮陽板、硅藻土護(hù)坡等措施對路基穩(wěn)定性的影響規(guī)律。提出了特殊結(jié)構(gòu)路基的設(shè)計方法。6、首次系統(tǒng)提出了填挖過渡段、路基與橋涵過渡段、融區(qū)與多年凍土區(qū)過渡段、 高低含冰量凍土過渡段的路基處置對策。7、提出凍土路基熱穩(wěn)定性評價指標(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，具有高級職稱的研究人員 30人，具有中級職稱的研究人員 15人，其他研究人員 5人。通過本項(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人從副高級職稱晉升至正高級職稱，由 6人從中級職稱晉升為高級職稱， 6人從初級職稱晉升為中級職稱。 2人攻