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隔热层对深季节冻土区涵底冻深的影响及其优化设计

作者:九旭机械 2020-06-02
  在深季节冻上区,涵洞的存在使其基础的冻结深度大于人然场地冻结深度,前者约为后者的2倍,工程中一般将铺设隔热层作为解决方法。木文通过等效厚度换算法比较现阶段3种常用隔热材料的优缺点;以哈大高速铁路上的试验涵洞为原型,运用有限元分析方法,对深季节冻上区涵底有隔热层涵洞的温度场进行数值模拟;为检验隔热层效果,改变隔热层铺设的位置、方式和厚度,分别进行数值计算,了解各因素对涵底冻深的影响,得到适合涵洞基础的最佳隔热层铺设方案。结果表明:泡沫混凝上是涵底隔热层的理想材料,针对试验涵洞,应在基础最上端铺设厚度38 cm,比基础宽10 cm的泡沫混凝上作为隔热层,这样可以减少涵底最大冻结深度,满足寒区工程需要。

  聚氨酯喷涂发泡机隔热层在路基、隧道上的研究都很多,但在涵洞上的应用研究较少。哈尔滨一大连高速铁路(简称“哈大铁”)是我国在严寒地区设计、建造的第一条铁路客运专线,该线处于中I季节冻土区,本文基于哈大高铁上典型涵洞的己有监测数据口〕,提出在涵底增设隔热层结构。采用等效厚度换算法,对现阶段最常用的3种隔热材料进行比较,以典型涵洞为原型,以热学理论为基础,建立季节冻土区涵洞的温度场计算模型,在该模型基础上,通过改变隔热层铺设的位置、力一式和厚度检验不同条件下隔热层的效果,以了解适合涵底基础隔热层的最佳铺设力一案,对今后深季节冻土区涵洞工程的设计、施工和维护具有指导意义。

  1试验涵洞概况及监测数据

  哈大高铁试验涵洞设计里程DK673 } 820,位于吉林省中西部公主岭市西北郊范家屯附近的深季节冻土区,海拔204 m,属于温带半湿润季风气候,其特点为:温度、雨量、光照等季节性变化明显,春季十旱多大风,回暖迅速;夏季热且多雨;秋季温暖晴朗;冬季寒冷。年平均气温5. 6℃,地下水埋深1 ^- 4 m,对混凝土不具有侵蚀性,试验涵洞下地层由上至下依次为孰质黄土、粗砂和泥岩夹砂岩。气象资料及现场监测数据显示,天然场地最大冻结深度为1. 56 m。图1为试验涵洞的实体模型,根据现场监测数据,绘制涵下基础中的温度时程曲线,
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