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文檔簡介
1、多年凍土地區(qū)公路修筑技術(shù)探討,章金釗 教授級高工 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 寒區(qū)道路工程研究所,2008-04,一、青藏公路簡介,青藏公路全長1937km,起點(diǎn)西寧市,經(jīng)格爾木至拉薩市,被譽(yù)為西藏的“生命線”,西藏同胞稱之為“金橋”; 青藏公路格爾木至拉薩段1155km ; 高原多年凍土區(qū)760多公里,其中多年凍土連續(xù)分布區(qū)550km; 海拔28005231m,4000m以上960多公里; 空氣含氧量僅為內(nèi)地海平面的50%; 平均氣溫-2-7,每年凍結(jié)期達(dá)78個月,且雨、雪和冰雹不斷,加之高原多年凍土區(qū)特有的地下冰、冰椎、冰丘及熱融湖塘等不良地質(zhì)件。,青藏公路建設(shè)簡況,1954年初通
2、 路基高度: 00.3m(泥土或砂礫路面) 19561958年第次一改建 路基仍不足0.5m (砂礫或泥土路面) 19731985年第二次改建 路基高度0.51.5m,全線修筑瀝青路面 19922000年 整治工程(684km) 路基高度1.83.5m 修筑SBR改性瀝青路面 第一期整治工程(339km),199295年 第二期整治工程與零星整治工程(205km/60km)199699年 羊八井至拉薩改建工程(80km),200001年 20022004年 整治改建工程(780km) 路基高度1.83.5m ,采用EPS板、XPS板隔熱層路基路、熱棒制冷路基、碎石坡面、片塊石路基和遮陽板路基等
3、新結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工程 修筑SBR改性瀝青路面,青藏公路凍土科研簡況,19731979,路基、路面,19791975,地下冰分布規(guī)律 路基、路面、橋梁,19851999,工程地質(zhì)、路基、路面 橋涵、數(shù)據(jù)庫,20012007,高溫高含冰量多年凍土區(qū)地基穩(wěn)定性 創(chuàng)新工程措施:被動、主動及二者相結(jié)合 治理路基病害與治理環(huán)境相結(jié)合,路基穩(wěn)定性問題的研究是長期的。 主要標(biāo)志:路基下人為上限逐年加深; 凍土地溫逐年升高;路基病害仍在不斷出現(xiàn)。,多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)研究,多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)研究 多年凍土地區(qū)公路病害和機(jī)理研究 水、熱、力耦合效應(yīng)與路基路面溫度場變化規(guī)律研究 多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研
4、究 多年凍土地區(qū)路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究 多年凍土地區(qū)橋涵工程技術(shù)研究 多年凍土地區(qū)公路生態(tài)環(huán)境保護(hù)與評價技術(shù)研究 多年凍土地區(qū)公路養(yǎng)護(hù)與維修技術(shù)研究 季節(jié)性冰凍地區(qū)路基路面穩(wěn)定技術(shù)研究 高原(山)地區(qū)筑養(yǎng)路職工安全與健康保障研究 多年凍土地區(qū)瀝青路面耐久性能研究,二、凍土及其特征概念,凍土,一般指溫度在0或0以下并含有冰的巖土和土壤(不含冰的稱為寒土)。 多年凍土(永久凍土) 凍結(jié)狀態(tài)保持在兩年至幾萬年以上的巖土和土壤 季節(jié)凍土 凍結(jié)時間在半月至數(shù)月,還有一種短時凍土凍結(jié)時間數(shù)小時、數(shù)日以至半月,凍土,二、凍土及其特征多年凍土與季節(jié)凍土,多年凍土與季節(jié)凍土在凍結(jié)過程中的水分遷移有根本區(qū)別,因而
5、,對不同類型凍土工程采取的處理措施應(yīng)不相同。,多年凍土區(qū)路基融沉與翻漿的基本原理,天然上限,人為上限,多年凍土層,季節(jié)活動層,融沉,翻漿與水分,翻漿與水分,水、土、溫,季節(jié)凍土區(qū)路基翻漿基本原理,最大凍深,水分遷移,水、土、溫,三、多年凍土分布 全球多年凍土分布,全球多年凍土面積約占陸地面積的20%; 其中: 俄羅斯多年凍土面積1000萬km2; 加拿大多年凍土面積440萬km2; 中國多年凍土面積215萬km2; 美國多年凍土面積140萬km2; 挪威、芬蘭、丹麥、智利等國家也有少量多年凍土。,三、多年凍土分布 我國多年凍土分布,我國多年凍土主要分布在青藏高原、東北大小興安嶺及西部零星的高山
6、區(qū)。 青藏高原多年凍土屬高海拔、低緯度多年凍土,約有147萬km2; 大小興安嶺多年凍土屬低海拔、高緯度多年凍土; 除多年凍土外,凍深大于50cm的季節(jié)凍土約占我國領(lǐng)土的70% 。,四、多年凍土發(fā)育的條件,多年凍土的發(fā)育主要受海拔高度、緯度的影響,氣候、地質(zhì)地貌、土質(zhì)、地表植被等小區(qū)域條件對其也有較大影響。 歐亞大陸多年凍土南界:北緯62度; 我國東北多年凍土南界:北緯4749度; 年平均氣溫:0 1.0,高緯度多年凍土,四、多年凍土分布的條件,多年凍土的發(fā)育主要受海拔高度、緯度的影響,氣候、地質(zhì)地貌、土質(zhì)、地表植被等小區(qū)域條件對其也有較大影響。 阿爾泰山多年凍土下界:2200m; 喜瑪拉雅山
7、多年凍土下界:4900m; 青藏公路沿線多年凍土下界:4150m(北)4535m(南) 年平均氣溫:-2.0 -3.6,高海拔多年凍土,五、凍土工程分類,按凍土含冰量(融沉性)分: 少冰凍土、多冰凍土(低含冰量凍土) 、 富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層(高含冰量凍土) 按年平均地溫分: 高溫凍土、低溫凍土(主要以路基病害程度為依據(jù)),六、多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)理念與原則,國際慣例:,保護(hù)凍土與破壞凍土(預(yù)融),新的發(fā)展: (引入凍土地溫),保護(hù)凍土,保護(hù)凍土(低溫凍土) 控制融化速率(高溫凍土),破壞凍土(預(yù)融),綜合治理:,垂直方向 橫斷面方向,垂直方向,六、多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)理念與原則,保護(hù)
8、凍土:保持多年凍土天然上限不下降,多年凍土天然上限,多年凍土人為上限,季節(jié)活動層,多年凍土層,融化盤,六、多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)理念與原則,破壞凍土:預(yù)融化多年凍土或?qū)鐾燎宄?多年凍土天然上限,季節(jié)活動層,多年凍土層,多年凍土天然下限,六、多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)理念與原則,控制凍土融化速率:使多年凍土天然上限下降速率在路面設(shè)計(jì)年限內(nèi),路基變形不對路面造成破壞。,多年凍土天然上限,多年凍土人為上限,季節(jié)活動層,多年凍土層,融化盤,七、多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì),填土路基:路基臨界高度(H臨),H臨 :保持多年凍土天然上限不下降的最小填土高度。,H臨,人為上限h人,h人:人為活動影響形成的新上限,h人=h
9、天+H臨,天然上限,七、多年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì),填土路基:路基設(shè)計(jì)高度(H設(shè)),H設(shè),人為上限h人,h人=h天+H臨,H設(shè)=mH臨+S,m綜合修正系數(shù)(與凍土類型有關(guān)) S壓縮沉降量(與土質(zhì)、含水量、荷載、時間與氣候等有關(guān)),八、冷卻凍土路基的工程措施,傳統(tǒng)的:填土路基,交通科技發(fā)展戰(zhàn)略提出:,提高公路交通設(shè)施全壽命的使用品質(zhì),降低全壽命使用成本,傳統(tǒng)的,創(chuàng)新型的發(fā)展,填土路基 隔熱層路基 熱棒路基 碎石(片塊石)路基 通風(fēng)管路基 旱橋 淺色路面,填土,一次性成本較低的工程措施:,填土路基、碎石(片塊石)路基,八、冷卻凍土路基的工程措施,九、凍土路基病害熱融沉陷,九、凍土路基病害路基裂縫,九、凍
10、土路基病害 路基翻漿,九、凍土路基病害(地震)2001.11.14路基裂縫,十、路面病害,十一、橋梁基礎(chǔ)病害,十、高原多年凍土區(qū)對公路的客觀條件 -路基,全球氣溫轉(zhuǎn)曖 多年凍土正在弱化或退化 黑色路面的強(qiáng)烈吸熱 黑色路面封閉阻止熱量蒸發(fā) 多年凍土對熱擾動敏感性高 公路沿線凍土環(huán)境被嚴(yán)重破壞 路基施工期為高原雨季 高路基路段陰陽坡差異大,十二、高原多年凍土區(qū)對公路的客觀條件 -路面,紫外線強(qiáng) 氣溫低,日溫差大(路面使用過程中) 原材料品質(zhì)差 路面施工期溫度低 路面施工期為高原雨季 路基不均勻變形量大,十二、高原多年凍土區(qū)對公路的客觀條件 -橋梁、涵洞,地基凍融對橋涵基礎(chǔ)的作用 橋涵施工氣溫低 原材料品質(zhì)差 高含鹽、堿水質(zhì)對結(jié)構(gòu)的腐蝕,十二、高原多年凍土區(qū)對公路路基的對策,增大熱阻 向路基底部輸送冷量 構(gòu)建開放式結(jié)構(gòu)的路基 遮陽 恢復(fù)、治理公路沿線的凍土環(huán)境 選擇水穩(wěn)性好的筑路材料 消除高路基陰陽坡差異 加強(qiáng)路基防排水工程措施,十二、高原多年凍土區(qū)對
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