冻土区路桥过渡段差异沉降及治理措施.pdf
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1、总657期2023年第27期(9月 下)1 工程概况某公路工程从冻土路堤穿过,该公路建成通车后,路桥过渡段出现严重的变形,以下沉和塌陷引起的沉降及冻融变形为主。实地调查后发现,公路所在地的冻土层温度较高,施工时,地表水与热交换条件发生改变,破坏了植被保护,冻土随之融化并出现沉降。同时,因排水不到位,使部分地下冰层在水的热效应作用下出现融化的现象,地面随之下沉。基于此,应对该冻土区路桥过渡段差异沉降问题产生的原因加以分析,并采取有效的措施予以治理。2 冻土区路桥过渡段差异沉降及治理措施2.1 影响差异沉降的因素2.1.1 气候变化1)全球气候变暖使生态平衡遭到严重破坏,大量的冻土和冰川出现融化的
2、现象,气候的变化对冻土的稳定性造成极为不利的影响。2)当阳光辐射至地面时,会有一部分被地表的植物、土壤等吸收,另一部分则会被地面反射。在冻土地区,公路路基受到太阳辐射能的影响,路基会在冻融作用下发生沉降。冻土层为嵌入式结构,阳光辐射使温度场发生改变,地基承载力随之下降。2.1.2 路基变形冻土在路基修筑前始终保持比较稳定的状态,瓦砾的铺设,使冻土原本的环境遭到破坏,引起冻土层内的热量传递,冻土开始融化下沉。当公路修筑完毕后,受到车辆车载的长期作用,冻土的强度会有所下降,由此会引起沉降变形。冻胀融沉是造成路基变形的主要原因之一,降雨时雨水会渗透到路基地下,当雨水达到季节活跃层后,将会引起永冻层融
3、化1。2.1.3 路基结构类型冻土归属于岩土介质的范畴,其具有温度敏感的特性,岩性、温度、地热等均会对冻土的结构稳定性造成影响。能够对冻土路基起到保护效果的结构类型有热棒路基、遮挡式路基、保温型路基等。除上述路基结构类型外,其余类型的路基,在冻土区域都会出现不同程度的沉降。2.2 过渡段差异沉降特征路桥过渡段的差异沉降以不均匀沉降为主,包括纵向和横向。2.2.1 纵向不均匀沉降1)桥梁出现下沉的现象,沉降以基础沉降为主,桥台地基会在低地面施工中出现不均匀沉降。2)路堤位置处的天然地基出现沉降现象,地基的自重沉降在一段时间内完成后,受到行车荷载的影响,天然地基在荷载作用下会逐步崩溃,进而引起不均
4、匀沉降。3)排水不顺畅,使路堤结构遭到破坏,引起桥梁垮塌。2.2.2 横向不均匀沉降1)当基础条件不同时,容易引起横向不均匀沉降。旧路基运营一段时间后,会基本达到稳定的状态。但在软土地段内,新路基的固结时间比较短,在相同的荷载作用下,新路基会出现不均匀沉降,进而引起路面开裂。2)旧路与新路的基础存在差别,因强度与性质的不同,造成交叉口问题,由此容易造成横向裂缝。3)当道路两侧变宽后,偏心荷载会随之增大,从而造成不均匀沉降。此外冻土融化时,会造成路基融化变形。收稿日期:2023-02-18作者简介:张思远(1990),男,工程师,从事交通运输工程公路专业路基路面施工工作。冻土区路桥过渡段差异沉降
5、及治理措施张思远(河北盛通公路建设有限公司,河北 承德 068150)摘要:为提升路桥施工质量,避免在冻土的冻融作用下,路基出现不均匀沉降,本文结合某公路工程实例,对冻土区路桥过渡段差异沉降及治理措施展开分析论述。研究结果表明,在冻土区,气温变化、路基变形、路基的结构类型等因素,均会引起差异沉降,对行车舒适性及安全性造成影响。为此,提出与本工程相符的治理思路和措施以治理沉降,供同类工程参考。关键词:冻土区;路桥过渡段;差异沉降中图分类号:U416文献标识码:B76交通世界TRANSPOWORLD2.3 过渡段路基变形在冻土区,路基病害比较常见,其发生与发展具有特殊性,主要是伴随地温场变化发展,
6、热扰动会对基底的冻土产生剧烈影响,其中一部分会随着路基结构的热学性能稳定发挥2。当外界的热扰动逐步消失后,冻土会趋于稳定,此时的路基也会达到一种相对稳定的状态。然而,气候条件的变化,会对路基结构热传导性能造成影响,从而使冻土的热稳定性和路基的结构稳定性遭到破坏,进而形成病害。在一些特殊的地段,地温场的发展呈现出一定的特殊性,主要有年均气温高的盆地冻土区、冻土区的低路堤地段和斜坡地段。在冻土区路基病害可以细分为两种情况,一种是本体病害,另一种是危及路基结构稳定性的环境病害,包括热融滑塌、坡脚积水、不良冻土等3。病害成因如下:1)路基变形。在公路工程中,路基变形是较常见的病害之一,对于冻土区的路基
7、而言,阶段变形总量与即时变形量应处在一定的范围内,以满足公路修建的需要。若变形超限,则会引起相应的病害。2)环境变化所致。当工程环境发生改变后,可能会引起路基病害问题,对于已经出现病害的路基,可采取工程措施加以整治,而潜在病害的路基,要超前预警,提出有效的工程对策,避免病害发生,热融现象引起的路基病害便属于此类病害的范畴4。2.4 数值模拟2.4.1 构建模型1)在模型构建的过程中,需要作出如下假定:冻土层受到扰动后,冻土上限会发生一定程度的变化,由此会对过渡段的路基结构稳定性产生影响。相关统计结果显示,土壤温度、含水量的差异,使应力被再次分配,由此引起的路基冻害问题较为严重。温度较低时,土壤
8、中的水会发生相变,进而引起路基膨胀,水在冻结前出现的迁移活动,会导致比较大的冻胀变形,进而引起过渡段路基开裂或变形,不均匀沉降随之产生。在数值模拟分析中,对温度场和变形场做出如下假设:过渡段路基土为各向同性;不同的土层和保温材料均为连续体;不考虑未冻水的迁移对渡段路基温度场分布的影响;通过地表温度的改变体现热效应。2)本次数值模拟中的模型尺寸为底部宽60 m,总厚度 32.5 m,路堤填筑高度为 5.0 m,边坡坡度为 1 1.5,冻土厚度为25 m。模型中的路基具有无限扩展的特性,计算路堤边坡斜率的宽度延伸30 m外,计算深度为地面30 m以下5。温度场模型采用节点四边形热传导单元。2.4.
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