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博牙高速公路岛状多年冻土地区路基沉降处治技术研究

王芳  
【摘要】:多年冻土地区公路工程的修建,破坏了冻土原有的生存条件,加之全球气温升高,造成路基下的多年冻土融化。而冻土本身就是一种对温度十分敏感且性质不稳定的土体。温度周期性变化导致冻土在寒季冻胀,暖季融化沉陷。受气候变化、路基高度、路线走向等因素的影响,在冻胀和融沉交替作用下,路基产生差异沉降,进而引起各种路面病害的发生。因此,路基沉降问题是多年冻土地区公路修建需要解决的重点问题。 针对该问题,本文主要对岛状多年冻土地区路基温度场、冻土上限重现期、路基融沉控制标准、换填碎石+XPS板复合路基结构、路基施工质量控制及沉降处治效果验证进行研究:(1)根据博牙高速公路沿线实际气象变化情况,建立考虑相变的路基温度场有限元模型,研究路基结构形式、路面类型、路基高度、边坡坡度、路线走向、含水量对路基温度场、多年冻土上限、多年冻土退化速度的影响规律。(2)以温度场计算结果为基础构件多年冻土上限与气温、路基高度的关系,建立基于Gumbel曲线分布的多年冻土上限重现期模型,确定了冻土上限重现期,得到了各个路段多年冻土上限重现期极值,并据此推荐各个时期的路基融沉控制措施和路面养护维修方法。(3)以路面材料抗拉性能、材料疲劳性能、横坡、纵坡、合成坡度和乘车舒适性为控制依据,提出了路基融沉控制标准。(4)根据20年一遇冻土上限设防值,以零温点深度作为冻土融化深度推荐XPS板的合理厚度,以零温点应位于换填碎石层中推荐换填碎石深度。(5)以XPS板的压缩强度和容许压应力为指标,根据自重和车辆荷载作用下及不同融沉等级作用下XPS板的受力分析,同时考虑应力分散原理计算结果和施工中压路机的影响,推荐XPS板的合理埋深。(6)针对博牙高速公路冻土分布特点,推荐采用换填碎石+XPS保温板复合式路基,参考路面结构层力学分析,推荐适合于冻土地区的针对不同融沉等级的路面结构,并根据自重和温度耦合作用下的沉降量验证所推荐结构的合理性。(7)参考路基相关规范,依据现场压实试验结果,提出以沉降差和沉降率为指标的碎石路基压实质量控制标准,并系统研究冻土开挖和碎石路基施工过程关键技术要点。(8)深入研究XPS保温板路基施工质量控制关键问题,得出XPS板的工程性能要求、施工季节、板的搭接方式、板上路基填料合理压实厚度等。(9)铺设了换填碎石+XPS保温板路基和纵向格栅处理冻土过渡段试验路,通过温度、含水量和沉降量观测,验证各方案的路基沉降处治效果。


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