随着我国现阶段的公路建设里程不断增长,相较于常规平原地区,高寒冻土区公路建设过程要克服冻土路基带来的各类不良影响。针对热扰动对冻土区片块石路基带来的影响进行深入研究,在分析该区域高等级公路路基状态的过程中,采集片块石路基的温度状态、吸放热状态和冻融循环状态等方面数据,探讨了其热状态变化的整体规律。研究结果显示:片块石路基在冻土区有着很好的热稳定性作用,可实现主动冷却作用;片块石路基能通过加快温差空气间的流通速度,避免热扰动对路基温度产生过于明显的影响,从而减少热扰动所带来的各类路基病害;片块石路基正下方的最大融化深度正逐步提高;片块石路基的阴阳面存在吸放热不平衡的情况,阳面路肩吸放热量达到阴面路肩吸放热量的2.7倍,阳面坡脚吸放热量达到阴面坡脚吸放热量的2.3倍;随着片块石路基阴阳面吸放热不平衡的发展,其对应的阴面冻土升温速度小于阳面冻土,阴面冻土上限发展程度同样小于阳面冻土。

针对多年冻土地区输电线路灌注桩基础的桩周温度场热影响问题,传统的研究建立在混凝土绝热升温的假设上,这种假设与实际不符并对计算结果产生影响。为了更好地规划后续工程施工,需要对传统计算进行优化。为了确定水化热放热过程对结果的影响,以实际桩基工程为例,分析了混凝土在绝热升温与带热源升温两种假设前提下温度场的变化规律,并比较了两种假设下土层以及桩身变化规律的区别。结果表明:带热源升温情况下桩底的回冻时间比绝热升温短5 d;同时建议桩基施工时要选择合理的施工工艺,对地基土质尽可能选择含水量低、传热系数高、容积热容小的冻土类型。

青藏铁路K1401+888以桥代路大桥位于唐古拉山主脊的多年冻土区。自青藏铁路开通运营以来桥址区出现了冰锥病害,且部分桥墩发生持续不均匀沉降,给铁路运营安全带来较大影响。本文介绍了桥梁冰锥和墩台沉降病害的发生、发展和治理过程。通过分析得出产生病害的原因为自然气候环境、地下水的热交换、施工扰动、地层有效应力、地层岩性等多种因素的共同作用。建议在多年冻土区内进行工程勘察和设计时加强对冻土区地下水热交换问题的关注,施工和病害治理时尽量减小对冻土的热扰动。

为获取岛状多年冻土地区钻孔灌注桩和桩周冻土的温度场变化规律,依托大兴安岭岛状冻土区漠大线林区伴行公路工程,在K216+746处工程桥桩位置建立试桩试验场。通过对试验场地桩-土的温度监测,得到试桩浇筑完之后,桩体的温度随时间的变化曲线和桩侧冻土不同深度处的温度随时间的变化曲线。从中发现冻土上限位置以上部位的桩-土的温度受到外界大气温度变化的影响显著,越往下影响越弱;桩基的回冻期为2个多月;混凝土水化热横向传递速度为0.2m/d,热扰动范围为1～2倍桩径。

结合新疆多年冻土地区现有公路涵洞、过水路面和桥梁技术状况的调查结果,分析了该地区桥梁和涵洞病害的成因,提出了桥涵结构物病害的防治原则,设计上的处理措施,具有一定指导性。

针对冻土区灌注桩基础施工会给冻土引进一定的热量,破坏冻土的稳定冻结状态问题,研究水化热对桩基沿径向温度变化规律及影响桩周冻土温度场的时间。基于桩和冻土的三维非稳态温度场控制方程,并考虑边界条件和冻融相变过程,建立了桩基非稳态温度场控制方程。对桩周温度场的热影响分析表明,浇筑混凝土后水化热在第5 d达到最大,水化热对桩长范围内桩侧土体径向温度变化的影响程度大于桩底面以下土体径向受水化热影响程度,水化热对桩周围土体有较大的影响而且时间长。得出的一些结论可为冻土区桩基设计施工提供参考。

针对多年冻土地区灌注桩施工桩周温度场的热影响问题,研究水化热对桩基沿径向温度变化规律及影响半径问题。基于非稳态温度场控制方程,分别建立了桩和冻土的三维非稳态温度场控制方程,并考虑边界条件和冻融相变过程,最终建立了桩基非稳态温度场的有限元计算模型。运用该模型对实际工程中灌注桩基产生的水化热对桩周温度场的热影响问题进行分析,得出浇筑混凝土后,不同深度处随龄期增加沿径向桩基温度变化规律及水化热引起较大热扰动半径约为6倍桩径,水化热对桩周围土体有较大的影响而且时间长,应采取措施减小混凝土水化热,从而达到减小冻土区桩基热影响问题。

介绍了钻孔灌注桩在青藏铁路多年冻土地区的施工方法、施工步骤以及施工注意事项,分析钻孔灌注桩对冻土层的热扰动机理,结合地温测试试验对回冻时间进行了研究,分析了影响回冻时间的因素,表明钻孔灌注桩适合在多年冻土地区应用。