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管道通風(fēng)路基試驗的探討

文檔作者：王建良黃波牛富俊文檔來源： 1青海省公路建設(shè)管理局 2青海省公路科研勘測設(shè)計院中科院寒區(qū)早區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室蘭州		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月09日
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青海交通科技2004-2
管道通風(fēng)路基試臉的探討
王建 良’ 黃 波， 牛 富 俊，
(1青海省公路建設(shè)管理局西寧810008) (2青海省公路科研勘測設(shè)計院
(3 中 科 院 寒 區(qū)早區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室 蘭州
西寧810008
摘要簡要介紹了在214國道進行的多年凍土區(qū)管道通風(fēng)路基試驗工程的科研情況，并借鑒鐵路通
風(fēng).路基試臉工程的監(jiān)測資料，分析了管道通風(fēng)對于強化路基穩(wěn)定性的工程效果。
關(guān)鍵詞公路凍土通風(fēng)管路基
1 前言
影 響 凍土 地區(qū)路基穩(wěn)定性的重要因素是路基溫度
的變化。由于施工對原天然土體存在條件的改變，打
破了路基土體的平衡熱狀況，并將最終引發(fā)大量的路
基病害〔‘一’〕。青藏公路格爾木至拉薩段穿越633km 多
年凍土帶，從“八五”改建以來，多年凍土段大量出現(xiàn)路
基沉陷和縱向裂縫病害閉。因此，路基設(shè)計、施工以及
運營期的維護、乃至改建工程必須遵循凍土處理的工
程原則。目前，對于多年凍土地區(qū)的路基工程主要采
取保護的原則(s)0
多 年 凍 土地區(qū)工程建設(shè)中保護凍土的工程措施有
許多種，其中之一是架空通風(fēng)基礎(chǔ)。通風(fēng)基礎(chǔ)在多年
凍土地區(qū)的應(yīng)用十分普遍而又比較成熟(b)，但對通風(fēng)
路基的研究資料卻十分有限，美國、俄羅斯凍土科學(xué)家
曾針對管道通風(fēng)路基進行了試驗研究〔，一‘飛，研究結(jié)果
表明工程效果良好。但在工程應(yīng)用上目前還沒有工程
先例。在我國，通風(fēng)路基研究也十分有限，為研究管道
通風(fēng)路基的工程效果及其在青藏鐵路建設(shè)中的可行
性，牛富俊、喻文兵等曾針對性地開展了大型室內(nèi)模型
試驗研究和現(xiàn)場工程試驗〔9-10)，初步研究結(jié)果表明，通
風(fēng)路基在工程應(yīng)用中是可行的。但是目前完成的研究
工作主要針對鐵路工程，而公路通風(fēng)路基的研究還沒
有資料可供參考。為此有必要針對青藏高原多年凍土
區(qū)公路工程開展通風(fēng)路基的研究工作。
2 研究工作概況
2.1 214國道路基路面主要病害
214 沿 線 凍土類型大多為高溫凍土，且地域分布相
對復(fù)雜。路基路面病害在高平原地帶，一般在融土段路
基穩(wěn)定，新修路面病害輕微;高溫凍土段及凍土一融土
相間段病害相對嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為瀝青混凝土路面的橫
向、縱向裂縫和水泥混凝土路面的橫向裂縫及斷板，縱
向裂縫嚴(yán)重的路段一般兩側(cè)發(fā)育積水坑或熱融湖塘。
而在山嶺地帶，一般越嶺地段病害相對輕微，但斜坡濕
地凍土段尤其是低緩斜坡濕地段病害相對嚴(yán)重，主要表
現(xiàn)為瀝青混凝土路面段的路基翻漿、路肩沉陷、開裂等。
2.2 管道通風(fēng)路基試驗工程簡介
由于 多 年 凍土與路基路面病害關(guān)系密切，2003年
基于“多年凍土區(qū)公路病害和機理的研究”課題，依托
214國道姜路嶺至清水河段改建工程，實施了縱向通
風(fēng)試驗工程，試驗研究的目的在于分析該措施的可行
性和使用條件。截至2003年10月，試驗路段全部完
成并進入正常監(jiān)測。
試驗 工 程 保護多年凍土的原理為:通過在路基坡
腳處設(shè)置縱向通風(fēng)管，該通風(fēng)管具有向進口傾斜的坡
度，其一端接有豎向通道(“煙囪”)，使冷空氣進人通風(fēng)
管后，在流通過程中周圍土體加熱空氣，使土體的溫度
降低，從而達到保護其下凍土的效果。
試驗 工 程 中設(shè)置的通風(fēng)管為直徑30cm的鋼管，設(shè)
圖1 通風(fēng)路基試驗段試驗監(jiān)測布設(shè)圖
王建良等管道通風(fēng)路基試驗的探討
置在公路里程K417段路基坡腳與保溫護道結(jié)合部靠
近路基一側(cè)。共設(shè)計了3個監(jiān)測段(通風(fēng)管試驗段監(jiān)
測詳細布設(shè)情況見圖1),
A段 : 通 風(fēng)管管徑 0.3m,管長 lOm ，在通風(fēng)管下外
壁沿通風(fēng)管布設(shè)溫度監(jiān)測點，并在兩端距管口1.5m
處布設(shè)深度為5m的測溫孔，管正中布設(shè)15m的測溫
孔。此外，在通風(fēng)管中設(shè)置測溫探頭。
B段 : 通 風(fēng)管管徑0.3m，管長 15m，其余同A段。
A, B段 之 間設(shè)置一段長 15m的對比段(C段)，監(jiān)
測內(nèi)容包括路基中心、路肩、坡腳及天然地溫，深度
15m.
除 了以 上 觀測內(nèi)容外，沿著通風(fēng)管壁布設(shè)了管內(nèi)
氣溫監(jiān)測探頭，在通風(fēng)管下部等間距布設(shè)了淺地層測
溫探頭。
施工 時 在 路基填筑完畢、填筑保溫護道時，在保溫
護道填筑至0.3m高度后將通風(fēng)管沿路基縱向設(shè)置在
路基邊坡與護道填筑面相交處，并在管下及管中布置
好測溫探頭，之后繼續(xù)護道填土施工。
2.3 管道通風(fēng)路基試驗研究的內(nèi)容
通過 實 體 試驗工程的地溫監(jiān)測，分析和確定縱向
通風(fēng)管的最佳埋設(shè)位置、管體的長一徑比、豎向段的合
理長度以及通風(fēng)管對于強化路基穩(wěn)定性、保護下伏多
年凍土的作用等，結(jié)合橫向通風(fēng)路基的試驗研究成果，
對通風(fēng)路基的工程效果做出綜合評價，為工程應(yīng)用提
供理論依據(jù)和技術(shù)參考。
3 通風(fēng)路基對于保護多年凍土的工程效果初步分析
214 線 通 風(fēng)路基試驗工程由于施工較晚，目前取
得的資料尚無法完整地分析其工程效果，為初步分析
通風(fēng)路基的工程效果，暫時可以借鑒在青藏鐵路多年
凍土地區(qū)開展的鐵路通風(fēng)路基的試驗結(jié)果，雖然鐵路
和公路路基路面結(jié)構(gòu)有所不同，但由于試驗原理和結(jié)
構(gòu)類似，其結(jié)果對于公路路基有一定的參考價值。
3.1 通風(fēng)管對于路基填土的降溫效果
周期內(nèi)都將其周邊土體溫度降低到了0℃以下。管下
0.5m處的土溫體現(xiàn)了相同的變化趨勢，這種溫度特征
有利于其下凍土的保護。與此同時，無特殊措施的一
般填土路基相應(yīng)高度的年平均地溫為接近0℃的正
值，即處于融化狀態(tài)，顯然不利于其下凍土的保護。
3.2 通風(fēng)管對于路基下伏多年凍土熱收支的影響
表 1為 經(jīng) 過計算得到的進人2.5一3.0m 深度凍土
中的熱流量。數(shù)據(jù)表明，試驗段天然地表條件下多年
凍土的吸熱大于放熱，但熱流量正負(fù)基本平衡，而路基
下多年凍土的熱收支卻存在著極大的差異。各斷面在
施工后的第一個凍融循環(huán)周期內(nèi)都處于吸熱過程，在
第二個周期雖然吸熱量有所減少，但對比斷面在施工
2年后仍處于吸熱過程，這種熱量變化過程導(dǎo)致了上
述多年凍土的整體升溫;而設(shè)置了通風(fēng)管的斷面在第
二個凍融循環(huán)周期內(nèi)已經(jīng)開始出現(xiàn)放熱，表明通風(fēng)管
開始起到降溫、散熱的作用，顯示了通風(fēng)路基對于下伏
多年凍土的保護作用。
通風(fēng) 路 基 對 于 下 伏 多 年 凍 土
熱收 支 的 影 響 ( ik ,m -z ) 表 1
試驗監(jiān)測斷面凍融周期熱量變化天然孔中心孔
對比斷面
直徑30cm
通風(fēng)管段
直徑40cm
通風(fēng)管段
No.1
No.1
No. 2
No.1
No.2
吸熱
放熱
吸熱
放熱
吸熱
放熱
吸熱
放熱
吸熱
放熱
17104
一8922
19953
一20211
18836
一18743
23839
一20997
21796
一18342
15923
0
44919
0
9834
一6282
18426
0
4404
一2390
管徑30em斷面管徑40em斷面對比斷面
監(jiān)測斷面
。-O.5 -I-l.5 -2 都
︿護︶側(cè)照刃價珍
圖 2 有 無 通 風(fēng) 管 在 施 工 后 第 二 個
周期 對 于 路 基 填 土 溫 度 的 影 響
青 藏 鐵路 通風(fēng)管試驗路基中的通風(fēng)管垂直于路基
走向布設(shè)，因此其首先調(diào)節(jié)的對象為管體周圍的填土。
圖2為青藏鐵路試驗路基通風(fēng)管對于填土溫度的影
響，該圖表明，埋設(shè)通風(fēng)管在施工后的第2個凍融循環(huán)
4 結(jié)論
(1) 21 4國 道路基路面病害與多年凍土關(guān)系密切，
有必要進行保護凍土的工程措施效果研究，為此在
K417段布設(shè)了平行于線路走向的管道通風(fēng)路基試驗
段。
(2) 根 據(jù) 已有的研究資料，類似結(jié)構(gòu)的通風(fēng)路基在
降低土體溫度、保護多年凍土方面具有良好的工程效
果。
(3) 通 風(fēng) 管垂直于線路走向的鐵路通風(fēng)路基試驗
工程結(jié)果表明，通風(fēng)路基土體溫度顯著低于一般填土
路基，且其下伏多年凍土在第二個凍融循環(huán)周期內(nèi)開
始出現(xiàn)放熱現(xiàn)象，從本質(zhì)上表明了通風(fēng)管對于強化路
基穩(wěn)定性、保護多年凍土的工程作用。
參 考 文 獻
1 吳青柏，施斌，劉永智.青藏公路沿線多年凍土與公
路相 互 作 用研究.中國科學(xué)(D集),2002,32(6):514
一5 20 . (下轉(zhuǎn)第43頁)
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青海交通科技2004-2
但必須是科學(xué)合理的工作。德國的收費方式、對象、時
間、價格標(biāo)準(zhǔn)是在對居民的出行時間、地點、距離、交通
量等基礎(chǔ)資料進行大量的統(tǒng)計分析后并結(jié)合公交系
統(tǒng)、私營車、私家車的交通量分配調(diào)研的基礎(chǔ)上制定出
來的。收費公路采用GPS衛(wèi)星定位收費系統(tǒng)監(jiān)控收
費(對12t以上卡車跟蹤監(jiān)測收費)，不設(shè)收費站，但對
私人投資的隧道設(shè)收費站進行收費。
目前 ，聯(lián) 邦德國發(fā)展收費公路正在呈上升趨勢。
即通過收費競爭，不同運輸方式的競爭(如:鐵路和公
路之間競爭)，廣泛應(yīng)用電子收費系統(tǒng)(衛(wèi)星定位系
統(tǒng))，預(yù)計每年將計劃收到28億歐元，減除成本后全部
投人到公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中去。在收費公路的投資
中，主要依靠私營公司和政府建立合作伙伴關(guān)系共同
投資。德國今后的收費公路在收費形式上更簡便，采
用先注冊登記再使用收費系統(tǒng)，準(zhǔn)備在2008年建成并
設(shè)立收費公路對收費系統(tǒng)、付費人、收費上交等事項進
行監(jiān)管。達到收費系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，繳費形式多樣化(包括
信用卡、燃油專用卡、支付現(xiàn)金等)。真正發(fā)揮出收費
項目的籌資作用，并形成投資— 收費— 再投資的
良性循環(huán)軌道。
3 德國客貨運輸
由于 德 國 公路基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展較快，相對客貨運輸
業(yè)也很發(fā)達。德國每個城市的公交系統(tǒng)主要由股份
(或混合)制公司投資并提供優(yōu)質(zhì)的運營服務(wù)。公路貨
運也大都是私營企業(yè)提供運輸服務(wù)?？瓦\、貨運價格
略低于鐵路并形成競爭性。客、貨運輸都具備中級企
業(yè)規(guī)模，形成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，多元化服務(wù)等?？?、貨站場，候
車、裝卸、維修等設(shè)備一流，形成吃住行等多元化服務(wù)
格局。但是建設(shè)和運輸?shù)拿茉诘聡瑯哟嬖凇Ｈ?
德國漢堡港年吞吐量約1億噸，怎樣及時中轉(zhuǎn)(提高集
散能力)，降低物流成本，結(jié)論是修建更多更好的高速
公路來滿足運量運力增長需求。
4 體會與思考
(1) 公 路 建設(shè)投資主體多元化。既有政府補助，又
有專門銀行投資，既有私營企業(yè)投資，又有公眾股票投
資，再加上BOT形式、轉(zhuǎn)讓公路經(jīng)營權(quán)等，形式多樣。
投資結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，降低了投資風(fēng)險，加快了公路建設(shè)
發(fā)展。而我國公路建設(shè)資金主要采用以國家投資和以
國內(nèi)銀行貸款及地方自籌資金為主，利用國際金融組
織和外國政府貸款為輔的資金結(jié)構(gòu)方式。面臨公路建
設(shè)巨大的資金需求，這種主要通過擴大信貸規(guī)模等方
式的資金結(jié)構(gòu)方式，具有一定的單一性和局限性。所
以采取多渠道融資方式是公路建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。
多渠道融資中一個主要來源就是引人民營資本，公眾
投資，采用民營資本投資公路建設(shè)項目，既可解決國家
資金短缺的問題，又改善了社會的基礎(chǔ)設(shè)施，也讓投資
者得到了合理的回報。
(2) 加 快 收費公路的建設(shè)和發(fā)展。今后相當(dāng)長時
期內(nèi)我國的公路建設(shè)任務(wù)依然十分繁重，“貸款修路，
收費還貸”政策仍將是我們籌集公路建設(shè)資金的重要
渠道之一。目前我國收費公路還存在一些問題:規(guī)模
大、里程長、標(biāo)準(zhǔn)高、違規(guī)轉(zhuǎn)讓收費權(quán)等，再加上收費公
路積淀的債務(wù)逐年增多，償還本息壓力大，超限運輸久
治不愈等，這些問題還要在收費公路發(fā)展中得到解決。
國外對收費公路決策前的調(diào)研、分析、協(xié)調(diào)收費者與被
收費者之間的利益關(guān)系，以及收費形式，設(shè)置先進的收
費系統(tǒng)等值得我們借鑒。
(3) 公 路 建設(shè)是手段，發(fā)展運輸是目的。目前我國
的道路運輸落后于公路建設(shè)，還存在政府對企業(yè)的服
務(wù)不到位，企業(yè)對客戶的服務(wù)不到位，現(xiàn)代物流發(fā)展緩
慢，運輸成本高，效率低，站場設(shè)施分布不均，設(shè)施陳
舊，功能不全，管理落后，貨車超載，客車超員等問題。
所以提高公路交通服務(wù)能力及運輸市場規(guī)范化管理仍
是今后我國公路運輸?shù)闹饕ぷ鳌Ｎ覀円⒔∪?
完善交通運輸客貨供需信息網(wǎng)絡(luò)，運用現(xiàn)代化信息技
術(shù)掌握和提供能源、原材料、外貿(mào)進出口以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
資料，城市居民生活物資的運輸情況信息，及時為運輸
企業(yè)提供相關(guān)信息，搞好服務(wù)。還要加大運力結(jié)構(gòu)調(diào)
整，推進車輛大型化、專業(yè)化、箱式(集裝箱)化、經(jīng)營集
約化和管理現(xiàn)代化，加快運輸業(yè)發(fā)展，降低運輸成本。
~卜.州卜~十，，卜一州卜.州卜.叫卜一卜”十”州卜.州卜一~卜”刁巨.十”刊卜.州卜.叫卜一卜.喇卜一卜.沖一一卜”十.神一.州卜一十翻琦~一卜.州卜翻悶卜.州卜.月卜一卜”干勺叫卜刊卜一卜.十“叫卜一州卜一十。州卜“叫卜.刊卜一卜”+ .州卜.州卜.叫卜.一卜翻，卜.
(上接第38頁)
2 盛煌，劉永智，張建明等.青藏公路多年凍土路基內(nèi)
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3 王紹令，趙琳，李述訓(xùn)等.青藏公路多年凍土瀝青路
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基病 害 分 布規(guī)律.冰川凍土，2002,24(6):780-7 84.
5 竇明建，胡長順.多年凍土地區(qū)路基設(shè)計原則及其
應(yīng)用 .冰 川凍土，2001,23(4):402- 406.
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業(yè)標(biāo) 準(zhǔn) .凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范.北京:中
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路 基 室 內(nèi)模型試驗的溫度場特征.冰川凍土，
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