多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究

多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究─簡本PAGEPAGE1目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、研究的目的與意義 11.1面臨形勢與考驗(yàn) 11.2研究背景與意義 1二、研究內(nèi)容與技術(shù)路線 22.1研究內(nèi)容 22.2技術(shù)路線 2三、研究成果 33.1多年凍土地區(qū)路基病害及其原因 33.2氣候地質(zhì)地貌與路基穩(wěn)定性的關(guān)系 43.3凍土路基溫度場特征研究 43.4一般路基橫斷面結(jié)構(gòu)研究 53.5調(diào)控地溫的特殊結(jié)構(gòu)路基研究 63.6凍土路基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究 83.7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、問題與建議 9七、致謝 10一、研究的目的與意義1.1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(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(shí)，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(jí)公路，對路基的熱擾動(dòng)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(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)相對濕潤和氣溫轉(zhuǎn)暖的時(shí)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(dòng)的影響在不斷升級(jí)，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(jì)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(jì)必須考慮的關(guān)鍵問題。1.2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(dòng)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(huì)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(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，都具有很高的開發(fā)和開采條件及重要的經(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(huì)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(shí)給國家造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)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(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(jì)原則及設(shè)計(jì)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(dòng)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2.1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(jì)；路基施工季節(jié)、修筑技術(shù)和質(zhì)量控制。2.2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(gè)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(dòng)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)）、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：2001～2003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(jì)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(jì)，2002年5月正式開工，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)觀測場在青康公路鋪設(shè)保溫材料的試驗(yàn)路段選擇2～3個(gè)代表性斷面布設(shè)地溫、淺地表溫度、保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(shí)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(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。熱棒路基試驗(yàn)場區(qū)分不同的凍土類型，選擇3～4公里熱棒路基試驗(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(bào)模型、多年凍土路基合理高度計(jì)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(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)量控制原理和對策。三、研究成果3.1多年凍土地區(qū)路基病害及其原因1、基于2002～2005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(shí)，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(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。（a）融化盤厚度差較小（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)高路基病害圖5凍結(jié)核所引發(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。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6、路基病害的治理應(yīng)因地制宜，結(jié)合病害的形成特點(diǎn)采取不同的治理方案，研究中提出了治理路基病害的建議。3.2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(tái)，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(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。3.3凍土路基溫度場特征研究1、在分析了青藏公路沿線8個(gè)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≥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～-1.0℃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～-0.98℃。多年凍土上限為1.0～2.6m，下限為3.0～6.0m，厚度為1.0～53.4一般路基橫斷面結(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，造成瀝青路面下多年凍土的生存條件較砂礫路面更為嚴(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)1.68倍（如圖7所示），造成瀝青路面下人為上限較砂礫路面下移2.3m，年平均地溫升高0.6～0.8℃。結(jié)果表明瀝青路面熱效應(yīng)影響更為圖7兩種路面條件下路堤基底垂直方向平均熱流密度2、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(dòng)態(tài)變化規(guī)律，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)了路基高度的設(shè)計(jì)方法。路基臨界高度：路基合理高度：路基設(shè)計(jì)高度：H設(shè)=mH合+S路基合理高度存在的地溫條件：式中：—設(shè)計(jì)路基時(shí)的年份；—路基設(shè)計(jì)所在年份的天然上限（m）；—道路設(shè)計(jì)年限（a）；T0—年平均地溫（℃）；—年平均的變化率，即增溫速率；m—綜合修正系數(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)，通過路堤基底每年平均吸收的凈熱量則增大1.9倍，路基內(nèi)吸收的熱量使多年凍土人為上限下移2.49～2.85m，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(jí)公路將面臨更嚴(yán)峻的形勢圖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(gè)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：=1\*GB3①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。=2\*GB3②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。=3\*GB3③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。=4\*GB3④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1、在青藏公路與國道214線多年凍土區(qū)修建一系列特殊結(jié)構(gòu)路基的試驗(yàn)工程，包括XPS、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。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：=1\*GB3①低溫凍土區(qū)EPS板顯著增加熱阻，提高人為上限；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\*GB3②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(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50㎝并以60～80㎝為宜，碎石粒徑以4～6㎝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10碎石路基施工圖11碎石邊坡施工完成后=3\*GB3③提出了熱棒路基的等效傳熱模型，根據(jù)青藏公路環(huán)境特點(diǎn)，得出了熱棒工作的周期約為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)于豎置。圖12熱棒路基施工完成前后=4\*GB3④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(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。總之，遮陽板工程措施可調(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。圖13遮陽板路基工程應(yīng)用效果圖14遮陽板路基施工完成后=5\*GB3⑤研究了硅藻土護(hù)坡在214國道的工程應(yīng)用效果，結(jié)果表明由于該地區(qū)氣候干旱，使硅藻土護(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\*GB3①當(dāng)計(jì)算壓縮沉降量超過路基容許沉降量，路基設(shè)計(jì)高度由于路線縱坡控制不滿足臨界高度或不經(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。=2\*GB3②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(shí)碎石向兩側(cè)滑移，壓實(shí)度較難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。=3\*GB3③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(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。=4\*GB3④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(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)。=5\*GB3⑤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(shí)，要及時(shí)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。3.6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)青藏公路沿線長期地溫觀測資料，對青藏公路的多年凍土區(qū)進(jìn)行了熱穩(wěn)定性分類。相應(yīng)的熱穩(wěn)定性分類為：（Ⅰ）熱穩(wěn)定型多年凍土；（Ⅱ）熱穩(wěn)定過渡型多年凍土；（Ⅲ）熱不穩(wěn)定型多年凍土；（Ⅳ）熱極不穩(wěn)定型多年凍土。3.7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)，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(jì)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(jì)原則基礎(chǔ)上，提出“制冷阻熱、減少輻射、增強(qiáng)對流、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)。4、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(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(jì)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(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人攻讀博士學(xué)位，6人攻讀碩士研究生或工程碩士。六、問題與建議我國廣袤的多年凍土區(qū)大多處于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，道路等級(jí)普遍偏低，交通基礎(chǔ)設(shè)施已成為制約廣大農(nóng)牧民群