为了分析多年冻土拓宽路基差异沉降变形特征及形成机理,在青藏公路楚玛尔河地区开展了冻土拓宽路基试验研究,分析了路基拓宽后冻土地温、冻土上限、路基变形、新旧路基差异沉降变化特征以及拓宽路基对旧路的附加影响。结果表明:冻土路基拓宽后改变了坡角处原有的水热交换条件,造成新建拓宽路基下部多年冻土出现迅速升温退化;现场路况调查以及分层沉降监测显示新建拓宽路基在运营后发生大幅沉降变形,沉降主要集中在新旧路基结合处,变形主要来自于地表下2～3m处土层的压缩固结,该层土处于原天然地表下冻土上限附近,表明冻土融化下沉是导致拓宽路基发生沉降的主要原因;新旧路基间差异沉降量达到6cm,造成路基横坡改变率达到0.8%,超过《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)中横坡改变率0.5%的上限要求;路基拓宽后使得黑色路面宽度增加,进而导致吸热量增加,加之拓宽路基产生的附加荷载,导致旧路中心处沉降在路基拓宽后初期内迅速发展。

以青海共和至玉树公路K418+462处块石路基为研究对象,分析了沥青路面铺设前、后的块石层内地温、块石层底热流密度以及路基中孔地温变化过程,研究了沥青路面对块石层内自然对流降温效应的影响。结果表明:块石层内上下温差在路面铺设后明显降低,导致路面铺设后块石层中自然对流强度降低为路面铺设前的约40%;在沥青路面强吸热以及块石自然对流强度降低的影响下,冷季块石层峰值散热强度仅为路面铺设前的14%,同时造成暖季时路基吸热期延长约40d以及路基吸热峰值强度剧烈增加,最终表现为路基下伏多年冻土出现升温现象,冻土上限在路面铺设后下降约50cm。为增强块石路基在高温多年冻土区的适用性,建议尽量减少块石上部过渡层厚度,同时引入架空层来加强冷季时块石层内自然对流降温效应。

为了给高温多年冻土地区通风管路基建设提供参考,根据青海省共和至玉树高等级公路现场监测数据,研究了通风管路基的传热特征,揭示不同季节通风管管内温度变化过程,分析了冻土上限附近热流密度状况。研究结果表明:冷季时通风管路基底部地温低至-6℃,通风管将外界冷空气的冷量直接引导至路基底部,对下伏冻土层产生了主动冷却效果;在2年的观测期内,路基下伏多年冻土层地温未出现明显变化,冻土上限保持稳定;与同期天然孔地温相比,路基底层下5m附近的土层出现了约0.3℃的升温,但该升温过程在通风管路基建设完成后初期已完成,随后趋于稳定,冻土热状况较为稳定;暖季时通风管的吸热强度是冷季放热强度的2.4倍,1年的吸热量约为7.76 MJ·m-2,通风管路基整体处于缓慢吸热状态。

通过两种纤维沥青混合料的马歇尔、低温抗裂、冻融劈裂、高温车辙等试验与试验路修筑观测,分析了纤维沥青混合料在多年冻土地区的适用性。研究得出,在相同沥青含量下,纤维沥青混合料的密度明显减小,空隙率和矿料间隙率增大,沥青饱和度、稳定度和流值有所降低。纤维沥青混合料的蠕变速率及其对沥青含量的敏感性减小,弯拉应变增大,柔性明显增强。在相同沥青含量下,纤维沥青混合料的抗冻性有所降低,但实际应用中通过提高最佳沥青用量,可以缓解这种不利的影响。纤维沥青混合料的动稳定度明显增大,对改善沥青混合料的高温稳定性十分有利。纤维沥青混凝土试验路的裂缝间距明显增大,使用状况良好。结果表明,纤维沥青混合料在多年冻土地区有良好的使用价值。