多年冻土地区特殊路基施工技术t

多年冻土地区特殊路基施工技术一、冻土的概念

在高纬度和高海拔地区，气候严寒，地面以下一定深度的地温，经常保持在0℃以下，含冰的土持续三年或三年以上不融化，称为多年冻土。在多年冻土地区的地表往下一定深度的土层（一般3m以内），暖季融化，寒季冻结，随季节而变化，循环不已，此土层称为季节融冻土层，多年冻土与季节融冻层的交界处称为多年冻土的上限。季节融冻层能保持多年冻土层的顶面经常处于负温状态，使其有一个较稳定的上限，所以这个季节融冻层是天然的保温层。如果破坏了它，或在上面加土覆盖，都将引起多年冻土的上限温度升高或降低。在路基施工中，总要改变这季节融冻层的状态，融冻层改变后，常以人工保温层来恢复原有的温度，防止可能产生的冻害。天然地面天然多年冻土上限上限附近冰层季节融化层多年冻土层太阳辐射【冻土区筑路技术问题难度】自然条件的变化（气温升高）和工程活动热影响，使多年冻土发生变化（地温升高、上限变化），体现在工程上就是冻胀融沉变形影响工程建筑物的稳定。【冻土区筑路技术核心】通过相应的工程结构和工程措施控制多年冻土层温度，控制多年冻土的活动层（季节融化层）变化，从而控制活动层的冻胀融沉变形，使其上工程建筑物在运营过程中的变形控制在允许范围内。因此，控制冻胀融沉变形是冻土区筑路技术的核心问题。天然地面多年冻土上限多年冻土上限附近冰层太阳辐射季节融化层多年冻土层多年冻土上限

在多年冻土区修建铁路的原理：天然条件下季节融化层好像一层保温层，保护着多年冻土处在冻结状态修建铁路路基时，压实地表或铲掉植被、路堤填土或其他结构形式，均改变了原来季节融化层保温效果，有可能使多年冻土发生三种变化：

1上限下移，2上限基本不变，3上限上升。上限下移造成较大冻胀融沉变形。

修建铁路采取各种措施，使多年冻土上限不下移，保证工程建筑物稳定修建铁路后可能发生三种情况：1.上限下移，2.上限基本不变，3.上限上升上限下移上限基本不变上限上升天然条件下季节融化层类似保温层二、施工基本原则

在路基工程中破坏了多年冻土的热平衡条件后，常用人工建筑材料保持多年冻土的冻结，叫做保温法。在多年冻土地区的边缘，若多年冻土层不厚，温度高而不稳定，则挖除冻土，使路基坐落在可靠的基底上，叫做破坏冻土法。治水有防止地表水渗入结构物地基（地面排水、挡水埝和保温防融），阻拦地下水向结构物地基附近聚集（截水沟）。减少冻胀量和融沉量。

遮阳板结构片石气冷边坡和护道遮阳棚路基热棒路基病害整治主要工程技术块石层冷却地基原理Cold（冷）Warm（热）碎石层边坡冷却地基原理三.主动冷却地基土体的工程结构片石层顶部温度低于底部－对流蓄冷片石层顶部温度高于底部－接触热传导片石空隙阻止热量向下总体类似热开关或热二极管作用，年度热量收支冷量积累占优碎石层外部温度低于底部－对流蓄冷碎石层外部温度高于底部－接触热传导碎石层边坡沿坡面的烟囱效应总体类似热开关或热二极管作用，年度热量收支冷量积累占优块石路基原理片石气冷路基结构【片石气冷路基效果】与普通路基相比，通过基底传入地基土体冷量大2－4倍。由于片石层的应力扩散作用，还能有效的抑止路基变形，而几何尺寸不对称片石层可以减少横向变形差异。【碎石边坡路基效果】具有与片石层一样的冷却效果，另外减少了通过边坡传递的太阳辐射热，减少了各种自然因素对边坡的侵蚀。【片石气冷+碎石护坡路基效果】集其他两种之优点，效果更好1.片石气冷路基2.片石层+碎石护坡路基3.碎石边坡路基块石层路基试验段碎石层边坡实景青藏铁路片石气冷路基结构的应用及效果块石层路基施工块石层路基实景楚玛尔河地区片石气冷路基+碎石护坡热棒路基原理

热管（热棒）技术是60年代初发展起来的一种广泛用于土木工程中的冷冻技术。它无需外加动力源，实际上是一种无芯重力式热管。热管（热棒）路基，他的特点在于充分利用自然能源，在温差作用下驱动内部制冷工质的汽液两相对流循环，通过蒸发段蒸发吸热作用降低周围冻土温度，增加冻土本身的冷储量，提高冻土的热稳定性。

热棒作用原理重力、温差驱动、无源制冷。工作条件：环境温度低于蒸发段土层温度

热棒作用效果图中深蓝色－天蓝色－湖蓝色为热棒降温区域变化图。热棒路基实际作用效果冻土区路基坡向不同，基底多年冻土上限变化形态不对称，坡脚打入热棒后，可以改变这种不对称，减少路基变形差异。遮挡挡式式路路基基结结构构【遮阳阳棚棚原原理理】用具具有有一一定定强强度度，，反反射射性性能能好好的的材材料料，，阻阻挡挡太太阳阳辐辐射射热热能能进进入入路路基基本本体体【遮阳阳棚棚效效果果】遮阳阳棚棚内内沿沿路路基基的的整整个个横横断断面面年年平平均均气气温温远远远远低低于于外外部部空空气气，，棚棚内内地地表表平平均均温温度度比比棚棚外外地地表表温温度度低低5－8℃℃左右右。。冻冻土土上上限限有有效效抬抬升升，，多多年年冻冻土土年年平平均均地地温温有有效效降降低低。。抵抵御御未未来来气气温温升升高高的的能能力力提提高高。。最早早提提出出遮遮阳阳棚棚理理论论设设想想的的俄俄罗罗斯斯科科学学家家康康德德拉拉季季耶耶夫夫的的设设计计思思路路【遮挡挡式式路路基基结结构构种种类类】遮阳阳板板边边坡坡遮阳阳棚棚路路基基唐古古拉拉山山区区遮遮阳阳棚棚1997年开开始始，，中中铁铁西西北北科科学学研研究究院院与与俄俄罗罗斯斯专专家家合合作作在在风风火火山山进进行行遮遮挡挡式式路路基基结结构构研研究究，，2002年青藏公公司和中中科院开开始在北北麓河进进行研究究。研究究结果表表明这种种结构大大幅度降降低地表表温度，，提高多多年冻土土上限，，冷却地地基土体体的效果果非常好好是未来来青藏铁铁路运营营阶段病病害整治治的有效效技术措措施之一一。通风管路基基【原理】通风管埋设设到路基土土体中，增增加土体与与空气的接接触面，增增加传入地地基土体的的冷量，积积极主动的的降低地基基土体温度度。为减少少暖季通过过通风管流流入地基土土体的热量量，管子两两端可以安安装温度自自动开启风风门。【效果】上通风管路路基与一般般填土路基基类似，下下通风管路路基是地基基土体整体体温度降低低，地温场场分布对称称性好，可可以减少横横向变形差差异。【结构】根据通风管管埋设在路路基部位不不同可以分分为上通风风管路基和和下通风管管路基热棒＋保温温板复合结结构【原理】路基本体铺铺设保温材材料，可以以增大热阻阻，减小外外界热量对对冻土地基基的热干扰扰，其作用用有正负效效应，正效效应达到隔隔热，防止止冻土地基基土体升温温，负效应应则阻隔了了寒季冻土土地基冷储储量增加。。热棒作用用原理恰恰恰是在暖季季不工作，，寒季可以以通过管内内气液转换换过程的吸吸热原理，，降低周围围土体温度度，增加地地基土体冷冷储量，在在保温板下下方插设热热棒，既可可以在暖季季利用保温温板的隔热热减少传入入地基土体体热量，又又可以在寒寒季利用热热棒的制冷冷功能增加加地基土体体冷储量。。【结构】根据保温板板在路基中中埋设位置置不同（上上部和底部部），结构构形式分两两种（热棒棒只能设在在坡脚处））。北麓河实体体工程施工过程示示意图被动保温结结构的局限限性等效保温层层原理和路路基最小填填筑高度保温板路基基修建铁路路路基时，压压实地表或或铲掉植被被、路堤填填土，改变变了原来季季节融化层层保温效果果，一般采采用等效保保温层原理理，利用增增大热阻，，即增加路路基填土高高度的方法法达到等效效保温效果果，地基多多年冻土不不致破坏。。能够达到到原来季节节融化层保保温效果的的最小填土土高度，称称路基最小小填筑高度度。他受当当地气候条条件、填土土种类影响响而变化。。设计暂规规规定了不不同地段、、不同填土土种类的最最小填土高高度。路基上部或或底部埋设设一定厚度度保温板（（聚苯乙烯烯、聚胺脂脂泡沫板等等），阻止止热量传入入地基土体体，这种路路基结构称称为保温板板路基。在低温冻土土区，应用用在低路堤堤、路堑能能起到积极极的效果，，因冻土，，地基有足足够的冷储储量保持冻冻土上限或或使上限上上升。对于于高温冻土土区，冻土土地基的冷冷储量有限限，缺乏寒寒季的冷能能补给，不不利于冻土土保护。有部分越岭岭地段，受受线路纵坡坡限制，路路基填土高高度达不到到最小填土土高度，有有时采用一一定厚度保保温板等效效代替土层层厚度，如如果是在高高温冻土区区，为了保保证冻土的的冻结状态态不致于受受到破坏，，应采取热热棒＋保温温板复合结结构。局限性土护道＋普通通土路基土护道上裂缝缝土护道＋普通通土路基上裂裂缝这种结构形式式的路基，虽虽然由于土层层的保温作用用，在一定时时间内也可以以使基底多年年冻土抬升，，但是在高温温冻土区，抵抵御未来气温温升高影响的的能力很差。。而且由于几几何尺寸的缺缺陷，基底多多年冻土抬升升后的形态不不对称，容易易造成横向变变形不均匀，，加上土体本本身抗拉伸变变形能力差，，进而发展成成为纵向裂缝缝。目前，青藏铁铁路冻土区已已经不再使用用这种工程结结构，已经存存在的这种路路基已经采用用不同结构形形式进行补强强。冻土区桥梁基基础种类和应应用高温高含冰量量冻土区，““以桥代路路”普遍应用用，和一般冻冻土区桥梁一一样，主要采采用灌注桩基基础，桩的承承载力主要由由冻土的冻结结力形成。由由此引发冻土土区桩基施工工如何减少对对冻土热扰动动、缩短回冻冻过程、尽早早形成承载力力和承载力形形成的不同阶阶段如何安排排后续工序等等一系列关键键施工技术问问题。清水河“以桥桥代路”特大大桥三、施工注意意事项1、多年年冻土土地区