冻土地区铁路路基设计

摘要路基作为线路的重要组成部分，它既是线路的主体，又是轨道的基础。路基的好坏直接关系到整个线路的质量和火车的安全行驶。然而在高原冻土区，由于冻土的冻胀和融沉，会造成路基冻害变形，危及行车安全，所以在冻土路基的设计和施工中，冻土路基的处理显得尤为重要。多年冻土区路基的处理，按保护冻土的设计原则采用通风路堤、合理路堤高度、铺设工业保温材料、设置热棒等措施来满足保护多年冻土不致融化的要求，路基排水设计和施工技术也同样重要。本论文为冻土路堤的设计，设计段全长2500m，位于海拔为3580m～4100m的青藏高原，沿线高寒缺氧、环境恶劣，不同程度分布多年冻土。本文首先介绍了冻土的工程特性以及多年冻土区路基的常见病害，接着介绍了路基横断面的构成及冻土区路基的设计，并按照保护冻土的原则进行路基设计，依据线路的平、纵断面图绘制路基横断面初步设计图。其次，详细论述了冻土区地基处理的方法，根据设计段的工程概况进行地基处理。然后，通过对路堤填高最高断面的沉降量计算得到地基无需加固，再进行路基排水与防护的设计。最后，对多年冻土区路基的施工技术进行了全面、细致的描述。关键词:路基工程；多年冻土；换填处理；热棒

AbstractAsanimportantpartoftheline,theembankmentisthemainbodyoftheline,anditalsoisthebasisoftrack.Theroadbedisdirectlyrelatedtotheentirelineofqualityandsafetyofthetraindriving.However,intheplateaupermafrostareas,duetofrostheavingandthawingofthepermafrostwillcauseroadbeddeformationfrostdamage,endangertrafficsafety,andfrozensoilsubgradetreatmentisparticularlyimportantinthedesignandconstructionofpermafrostroadbed.Handlingoftheroadbedinpermafrostregions,accordingtothedesignprinciplesfortheprotectionofpermafrostventilationembankmentreasonableembankmentheight,thelayingofindustrialinsulationmaterials,setuphotrodsandothermeasurestomeettherequirementsprotectthepermafrostfrommelting,subgradedrainagedesignandconstructiontechniquesarealsoimportant.Inthisthesis,thedesignisaboutofthefrozensoilembankment.Thewholelengthofthedesignlotis2500m,itislocatedinanaltitudeof3580mto4100moftheQinghai-TibetPlateau,alongthealpinehypoxia,poorenvironmentandvaryingdegreesofdistributionofpermafrost.Thispaperfirstintroducestheengineeringpropertiesofpermafrostandembankmentinpermafrostregionsofcommondiseases,thenintroducesthecompositionoftheembankmentcross-sectionandthedesignofthesubgradeinpermafrostregion,andinaccordancewiththeprotectionoffrozentheprincipleofsoildesignsembankment,preliminarydesignbasedonthelinesofembankmentcross-sectionallevel,longitudinaldrawing.Secondly,thispaperdiscussesindetailwaystodealwithpermafrostzonefoundation,foundationtreatmentswereappliedaccordingtothedesignoftheprojectprofilessection.Thirdly,throughthehighestsectionofembankmentfilltheSettlementCalculationtodeterminethefoundationwithoutprocessing，thenthesubgradedrainageandprotectionhasbeendesigned.Finally,theconstructiontechnologyoftheroadbedinpermafrostregionshasbeendescribedcomprehensivelyandmeticulously.Keywords:subgradeengineering;permafrost;replacementtreatment;hotrod

目录摘要 I1 绪论 11.1 冻土的基本概念 11.2 多年冻土的成因 31.3 冻土的工程特性 41.3.1 冻土的物理性质 41.3.2 冻土的变形性质 51.3.3 冻土的力学性质 51.3.4 冻土的冻胀性 61.3.5 冻土的融沉性 61.4 多年冻土地区的不良地质现象 72 设计段路基设计 82.1 一般路基横断面的设计 82.1.1 路基横断面的形式 82.1.2 路基横断面基本构造 82.1.3 一般路基断面设计 92.2 多年冻土地区路基设计 112.2.1 冻土路基设计的基本方法 112.2.2 多年冻土区路基工程 132.3 设计段资料 162.4 路基横断面的设计及绘制 173 地基处理 183.1 地基处理的目的及原则 183.2 地基处理方法分类 203.3 冻土地区地基处理方法 213.3.1 冻土地基所面临的问题 213.3.2 冻土区地基处理的基本方法 223.4 设计段地基处理 244 地基沉降 274.1 地基沉降量计算方法 274.2 沉降量具体计算 284.2.1 自重应力计算 284.2.2 附加应力计算 294.2.3 地基沉降量计算 325 路基排水及防护设计 345.1 路基排水 345.1.1 路基地面排水 345.1.2 路基地下水的降低与排除措施 355.1.3 设计段排水设计 355.2 路基防护 355.2.1 路基坡面防护 355.2.2 路基坡脚冲刷防护 365.2.3 设计段防护设计 366 路基施工 386.1 路基施工的准备工作 386.2 路基土石方施工及爆破工程 406.2.1 路基土石方的施工方法 406.2.2 爆破工程 416.3 多年冻土区路基施工 416.3.1 对冻土环境的保护 416.3.2 多年冻土区路基施工技术措施 42结论 45致谢 46参考文献 47附录绪论地方铁路哈尔盖至柴达尔至木里线，位于青海省东北部的刚察县、祁连县、天峻县境内，以青藏铁路西宁至格尔木段上哈尔盖站为起点，沿柴达尔支线到达柴达尔车站后，线路沿哈尔盖曲北上，穿越大通山垭口，跨过大通河折向西沿河北岸行进，路经江仓煤矿至终点木里煤矿，线路全长195.24km，其中新建段柴达尔至木里长142.040km。本线为运煤专用铁路，全线位于海拔为3580m～4100m的青藏高原，沿线高寒缺氧、环境恶劣，不同程度分布多年冻土。该多年冻土区海拔高，气压低，气候严寒，冻结期长，多年冻土平均地温低，但积雪较薄，且保存时间不太长。冻土的基本概念凡含有水的松散岩石和土体，当温度降低到其冻结温度时，土中孔隙水便冻结变成冰，且伴随析冰晶体的产生，胶结了土的颗粒。各种土体中的冰析作用，将伴随着一系列非常复杂的物理、化学及力学性质的改变，水分迁移，孔隙溶液浓度的增大和土体不均匀变形，以及引起应力、应变的改变，都在改变着冻土的性质。孔隙水结晶，松散土颗粒被胶结和外来冰侵入体的“冰劈”作用是土体性质变化的一个重要条件。另外，由于固体土颗粒表面自由能量的作用，使冻土中的水分不能完全冻结成冰，而总是含有一定量的未冻水。随着冻土温度变化，未冻水--冰之比例也在改变，而温度指标是引起冻土性质变化的基本条件。因此，把具有负温度及冰，且胶结着松散岩石固体颗粒的土，称为冻土。冻土温度状态随地区及存在条件的差异而发生变化。它主要取决于大气温度、海拔高度、地形、地质和水文地质及植被等条件。此外，环境条件的改变和人类的工程建筑活动也可直接影响其所在地段的冻土温度状态。冻土按其冻土状态时间的长短可分为多年冻土、季节冻土和瞬时冻土三类。冻结状态持续三年以上的冻土为多年冻土。每年冬季冻结，夏季全部融化，冻结状态持续时间大于一个月，每年周期性冻结的冻土为季节性冻土，这种冻土的冻结深度为数厘米至1～2m。瞬时冻土是指冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的冻土，其冻结深度为数厘米至数毫米。每年冬季冻结，夏季融化的地表（浅层土体），在多年冻土地区称之为季节融化层；在季节性冻土地区称之为季节冻结层（季节冻土层）。冻土是一种复杂的多相天然复合体结构构造上也是一种非均质、各向异性的多孔介质。冻土的基本成分有四种：固态的土颗粒、水、液态水、气体和水汽。土颗粒大小和外形对土冻胀及物理力学性质又十分重要的影响。土颗粒大小主要表现在土颗粒粒子表面的物理、化学性质，它是根据土粒子的比表面积而定。土颗粒的外形主要表现在受外力作用时可以产生力的位移。土粒子的巨大表面能量还取决于土颗粒的分散程度和土粒子的矿物成分，决定着土粒子与孔隙水相互作用的差异性。当土粒子与冰之间以及土粒子之间的接触点上出现一定应力时，必然会使冻土中的未冻水量发生变化，且影响冻土的结构和力学性质。冻土内的冰是冻土不可缺少的成分，它的数量、分凝特点（由薄膜水向结晶锋面的迁移而形成冰体，在一定条件下，冰体体积可大大超过冻结前体中的孔孔隙）及其与土颗粒之间的胶结程度影响着土体的冻胀性及冻土的物理性质。由于冰具有明显的非均质特性，它的粘塑性变形主要是发生在于晶体长轴相垂直的方向上。在天然状态下，由于热—力条件（如温度，压力等）产生变化，冰的各种特性（包括结构特点，流变性等）也会发生相应的变化。冻土中的未冻水（液态水）伴随土体温度的变化而变化。它的多寡主要取决于土颗粒表面能的大小，且在外荷载、温度等条件影响下发生变化，冻土中的水汽总是从水汽压力高的地方向水汽压力地的地方迁移。在水分稀少的冻土中，它是温度变化和土冻结时水分重分布的原因之一。对于饱和或二相体系的冻土来说，它的作用相对次要。冰与土颗粒之间的胶结程度及其性质是评价冻土性质的重要因素，尤其是当冻土被当作各种建筑物的地基或材料时，冻土的含水量及其所处的物理状态就显得更为重要。所以要特别重视冻土的组成对冻土的热学、物理、力学性质的影响，以及冻土中冰和未冻水的存在和它们随土体负温度变化所引起的冻土性质变化。多年冻土按其含冰量的不同可以分为：少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层。各种冻土含冰特征及融沉分级如下表1-1所示。

表1-1冻土的描述定名和融沉性等级分类表土类含冰特征融沉性等级及类别冻土定名冻土一、肉眼看不见凝冰的冻土1、胶结性差，易碎冻土I级不融沉少冰冻土2、无过剩冰的冻土3、胶结性良好的冻土4、有过剩冰的冻土二、肉眼可见分凝冰，但冰层厚度小于或等于2.5cm的冻土1、有单个冰晶体，冰包原体的冻土2、在颗粒周围有冰膜的冻土Ⅱ级弱融沉多冰冻土3、不规则走向的冰条带冻土Ⅲ级融沉富冰冻土4、层状或明显定向的冰条带冻土Ⅳ级强融沉饱冰冻土厚层冰三、冰层厚度大于2.5cm的含土冰层或纯冰层1、含土冰层V级融陷含土冰层2、纯冰层ICE多年冻土的成因冻结状态持续两年以上的土层（土壤、土和岩石）称为多年冻土。地球表面发生着包括一切传热形式：辐射、对流和传导的复杂热交换过程。尽管地表发生的热交换过程十分复杂，但最后都可以归结为使地表吸热或散热。冷半年的时候（寒季），地表散发热量使土逐渐冷却。一般来说当土的温度降至0℃一下时，土中水就会冻结形成冻土。如果该地表一年中的吸热量等于或大于散热量，而热半年时（暖季），在冷半年形成的冻土就会全部融化，这类冻土就是季节性冻土。反之如果该处地表一年中吸热量小于散热量，则冷半年形成的冻土在热半年就不会全部融化，而残留一部分。如果长时期的保持每年散热大于吸热这一条件，则年复一年，就能形成相当厚度的多年冻土。从冻土热物理学观点来看，冻土是在岩石圈—土壤—大气圈系统热值交换过程中形成的。自然界许多地理地质因素参与这一过程，影响和决定冻土的形成和发育。气候是其中对冻土有重要作用的因素，主要有气温、降水、云量、日照、积雪以及冰川等。地质构造和地形条件对多年冻土的的分布、温度、厚度、冷生组构、形态组合以及冻土的其他特征均有重要影响。深部低温和地中热流是影响多年冻土发育的下边界条件。岩性和含水量对多年冻土厚度的形成起重要作用，主要通过导热系数、热容量以及水的相变潜热来直接影响多年冻结层的厚度。多年冻土发生在地球发展史的寒冷时期，是一种地带性现象。随着地球上气候的冷暖交替，多年冻土也曾几度消长。迄今为止，有据可查的最老的多年冻土位于北极北部，这些多年冻土自60万年前形成后一直保留到现在。中更新世寒冷期形成的多年冻土也有一部分，如中雅库特的多年冻土一直保留到现在。也就是说，在至少8万年期间，尽管南部地区的多年冻土已经形成、消失、又重新形成了好几次，但雅库特的多年冻土从来就没有完全融化过。在7万年前开始的晚更新世寒冷期，由于气候寒冷而干燥，冰川分布面积比早、中更新世要小。因此，这一时期多年冻土分布面积最大。在前苏联的欧洲部分和中亚，多年冻土南界推进到48°N处。在北美，多年冻土南界至少比现在的位置推进了2000km。约1万年前，开始了全新世时期，多年冻土逐渐向北退缩，北极地区的一些近海的低地被海水淹没，其下的多年冻土开始退化，残留者就成为至今的海底多年冻土。在距今约8000～4500年期间的气候最宜期（气候变暖的时期），多年冻土缩小到最小范围。约4500年出现了新冰期，多年冻土重新发展。我国东北这一时期南界已超过了南界位置。在距今约500年开始的小冰期，多年冻土南界的变化很不一致。由于中、短周期气候波动的影响，有的向南推进，有的向北退缩。现代多年冻，从全球范围的角度，相对晚更新世的多年冻土而言，正处在退化阶段，但也不排除局部地区有地表条件改变而出现多年冻土的发展。冻土的工程特性冻土的工程特性主要包括其物理性质、变形性质、力学性质、冻胀及融沉性。冻土的物理性质1.总含水率冻土的总含水率是指冻土中所有的冰的质量与骨架质量之比和未冻水的质量与土骨架质量之比的和。2.冻土的含冰量因为冻土中含有未冻结水,所以冻土的含冰量不等于冻土融化时的含水率,衡量冻土中含冰量的指标有相对含冰量、质量含冰量和体积含冰量。相对含冰量是冻土中冰的质量与全部水的质量之比;质量含冰量是冻土中冰的质量与冻土中土骨架质量之比;体积含冰量是冻土中冰的体积与冻土总体积之比。3.重度冻土重度分为三种：原状冻土的重度γ0骨架重度γd，等于干土重量与它在天然状态时的体积之比③冰包裹体之间冻土层的骨架重度γdi其中后两者是附加的重度指标。冻土的变形性质1.冻土的蠕变特性冻土在固定的长期荷载作用下，其变形随时间而增加的现象叫做蠕变。蠕变与作用的荷载大小有关，它可能是衰减的或非衰减的。如果有效应力比长期强度的极限值小，就会出现衰减蠕变。在衰减蠕变中，变形过程是随时间的增加而逐渐稳定，变形亦趋于最终的数值。蠕变过程的强烈程度主要取决于冻土的温度，温度愈低，蠕变过程发展的强烈程度就愈小。2.冻土的流变性如果在冻土上施加的荷载不太大，那么恒速流变过程可能经历很长时间并处于主要地位。3.冻土的压缩性冻土特别是塑性冻土，在荷载作用下，它能被压密，并使建筑物地基上发生显著下沉。由于空气和水从土中被挤出来，使冻土变得密实，减小了孔隙度。压密变形包括初始的有条件的瞬时变形和随时间而发生的变形。冻土的力学性质冻土的强度与变形特性与其他类型土的最大差别在于其中冰的存在,其力学性质主要取决于其中胶结冰的性质,冰的强度随温度的降低而增加,并随冰晶的结构构造变化而变化。此外,冰的强度还随应变速率的增大而增大,在破坏类型上表现为由塑性向脆性的转变,冰的这些性质直接导致了冻土也具有类似的特征。冻土的强度受温度、压力、以及应变速率的改变而发生很大变化:当温度降低时,冻土的强度随之增加;当荷载作用历时延长时,颗粒间胶结冰产生塑流而具有流变性,这一特点使得冻土的瞬时强度大而长期强度小;随应变速率的加大,冻土强度增大,破坏类型表现出由塑性破坏向脆性破坏转化。冻土的强度有别于其他类型土强度的另一突出表现是围压的影响。在较低围压条件下,冻土的强度是随围压的升高而升高,在较高的围压条件下,随着围压的加大,冻土强度随围压的升高而降低。冻土的冻胀性在季节冻土区或多年冻土区,当温度降低到土的冻结温度以下时,湿土中的水分就向正冻带迁移,并以冰的形式充填土颗粒间隙,而当土中的水冻结成冰时,体积一般会增大9%,当土中水的体积膨胀到足以引起颗粒间的相对位移时就会引起土的冻胀。冻胀的严重性在于已冻土中由于未冻水分不断地迁移积聚,特别是当负温持续条件及有充分的水源和水的迁移通道时,冻胀会更加严重。影响冻胀的主要因素有:土颗粒粒径大小、矿物成分、土中水分以及补给来源、冻结条件和外部荷载作用等。一般来说,粗颗粒的土由于水分易于排出而不易产生冻胀,随着土颗粒粒径的减小冻胀性逐渐增强,但当颗粒粒径达到黏性土粒径范围(即不大于0.0075mm)时,由于水分迁移量减小,冻胀量也相应减小;亲水性矿物成分含量高的土冻胀性显著增强;对于冻胀敏感性土,初始含水量大,水分补给充足的土冻胀性特别强;温度越低,未冻水含量越少,冰的相对含量增加,冻胀性就越显著;增加土体的外部附加荷载会对土体冻胀产生显著的抑制作用。冻土的融沉性冻结深度或融化层厚度,一般通过勘探和实测地温方法进行直接判定。我国多年冻土地区融化深度约3m左右,所以对多年冻土融陷性等级评价也按3m考虑,根据计算融陷量及融陷系数对冻土的融陷性分成5级，具体见表1-1。冻土在融化过程中在无外部荷载作用下所产生的沉降,称为融化下沉或融陷,在有外部荷载作用下产生的压缩变形称为融化压缩。多年冻土地区的不良地质现象多年冻土地区常见的不良地质现象有以下几种：1.厚层地下冰厚度大于0.3m的冰层称为厚层地下冰。厚层地下冰是由于多年冻土层层上水发育，季节融化层多呈饱和状态，当冻结时，水分向上转移，如果冻土层上限由条件则形成厚层地下冰，有时厚度相当大。也有的厚层地下冰是埋藏的冰川冰。2.热融滑塌当多年冻土区斜坡下游厚层地下冰分布时，斜坡如受到自然或人为因素影响，其热平衡受到破坏，地表层在重力作用下沿融冻界面滑塌，称为热融滑塌。热融滑塌的位移多为牵引式位移。3.冰锥、冰丘封冻于地表或冰面一下的地下或河水形成的尖丘状隆起称为冰锥。由于地下水受地面和下部多年冻土的遏阻产生冻结膨胀，使地表隆起形成冻胀土丘，称为冰丘。若地下水含水气体，使地表在暖季发生爆炸的丘状隆起称为爆炸性冰丘。4.热融沉陷多年冻土地区由于自然和人为因素破坏了多年冻土的热平衡后，使地表下沉形成的凹地或积水凹地，称为热融沉陷。5.冻土沼泽由于积雪和地表水的影响，在平坦和低洼地带形成沼泽，石地表长期积水或处于潮湿状态。6.其他不良工程地质现象从环境保护的角度看，多年冻土特别是高含冰量冻土对地表的扰动十分敏感。地表的一些不大的改变，如雪盖和植被的变化都会引起多年冻土重大的不可逆的变化，从而产生严重的后果。低温和短的生长季节也造成了冻土区植被一旦被破坏后恢复缓慢的特点。因此在冻土区筑路要特别注意保护环境。从工程的角度看，保护好环境对保护冻土，确保路基的稳定性也是十分必要的。设计段路基设计一般路基横断面的设计路基横断面的形式1.路堤当铺设轨道或路面的路基面高于天然地面时，路基以填筑方式构成，这种路基称为路堤。2.路堑当铺设轨道或路面的路基面低于天然地面时，路基以开挖方式构成，这种路基称为路堑。3.半路堤当天然地面横向倾斜，路堤的路基面边线和天然地面相交时，路堤本体在地面和路基面相交线以上部分五填筑工程量，这种路堤称为半路堤。4.半路堑当天然地面横向倾斜，路堑路基面的一侧无开挖工作量时，这种路基称为半路堑，。5.半路堤半路堑当天然地面横向倾斜，路基一般一部分以填筑方式构成而另一部分以开挖方式构成时，这种路基称为半路堤半路堑。6.不填不挖路基当路基的路基面和经过清理的天然地基面平齐，路基无填挖土方时，这种路基称为不填不挖路基。路基横断面基本构造铁路路基由路基本体和路基设备两部分组成。在路基横断面中，路基本体由路基顶面、路肩、机床、边坡、基底几部分构成。1.路基顶面，能直接在其上面铺设轨道或铺筑面层的部分及路肩组成，称为路基顶面。2.路肩，铁路路基顶面中，道床覆盖以外的部分称为路肩，其作用是保护路堤受力的堤心部分，防治道砟失落，保持路基面你的横向排水，供养护维修人员作业行走避让，放置养护机具，防洪抢险临时堆放砂石料，埋设各种标志、通行信号、电力给水设备等。在线路设计中，路基的设计高程以路肩边缘的高程表示，称为路肩高程。3.基床，铁路路基面以下受到列车动荷载作用和受水文，气候四季变化影响的深度范围称为基床。其状态直接影响到列车运行的平稳和速度的提高。4.边坡，路基横断面两侧的边线称为路基边坡。边坡与路基顶面的交点称为顶肩。边坡与地面的交点，在路堤中称为坡脚，在路堑中称为路堑堑顶边缘。5.基底，基底即为路堤的地基。基底部分土体的稳固性，对整个路基本体以至轨道的稳定性都是极为关键的。一般路基设计1．路基面形状路基面是否需要设置路拱，应根据基床填料的渗水性及水稳性而定。不易渗水的填料必须设置路拱，使道床下的积水能迅速向路基两侧排出，以保持路基面的干燥，防止基床因浸水强度下降产生病害；而渗水性好的填料，进入路基面的水能够较快地向下渗出，故不需设置路拱。岩石（年平均降水量大于400mm地区的易风化泥质岩石除外）由于水稳性良好，不怕水浸，也不需设置路拱，故路基面形状可分为有路拱和无路拱两种。路基面形状应符合规定：非渗水土和用封闭层处理的路基面应设路拱。路拱形状为三角形，由路基中心线向两侧设计4﹪的人字排水坡。曲线加宽时，仍保持三角形。2．路基面的宽度区间铁路路基面宽度应根据旅客列车设计行车速度、正线数目、线间距、远期采用的轨道类型、路基面两侧沉降加宽、曲线加宽、路肩宽度、养路形式、接触网立柱的设置位置等，由计算确定。路肩宽度：路堤不应小于0.8m，路堑不应小于0.6m。3．基床路基基床结构分为表层和底层，其表层厚度为0.6m，底层厚度为1.9m，总厚度为2.5m。基床底层的顶部和基床一下填料部位的顶部应设4%的人字排水坡。路堤基床为渗水土而其下部为非渗水土，非渗水土层顶面应设4%横向排水坡。路堑基床表层换填渗水土时，其底层顶面应设4%横向排水坡。陡坡地段的半填半挖路基，路基面一下1m基床范围内应予以挖出换填，填料应符合基床土的要求。4．路基高度路基高度是指陆地的填筑高度和路堑的开挖深度，是路基设计高程和地面高程之差。由于地面沿横断面方向往往是倾斜的，因此在路基宽度范围内，两侧的高差常有差别。路基高度是指路基中心线处设计高程与原地面高程之差。而路基两侧边坡的高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。所以路基高度有中心高度和边坡高度之分。路基的填挖高度，是在线路纵断面设计时，综合考虑线路纵坡要求、路基稳定性和工程经济等因素确定的。在铁路线路工程中，路基面的高程由线路纵断面设计确定，并以路肩高程表示，在线路纵断面设计中所确定的路肩高程系按路基面有路拱路基面得出。所以当路基面为无路拱路基面时，按规定路肩高程修筑的路基面铺轨后，轨面高程将低于设计高程，单线路基是其值为路拱高和有、无路拱的道床厚度差之和，横断面上的路基面为渗水土或时，岩石，路肩高程应加高的值为,使铺轨后的轨面与设计高程相等。路肩高程受洪水位或潮水位影响时，应根据不同的情况，确定设计洪水频率或重现期，以计算其设计水位。设计洪水频率标准是一、二级铁路为1/100，三级铁路为1/50.路肩高程是在线路纵断面设计中，考虑路基不受水淹没，要求经综合优化得出。为减少路基病害，确保线路质量，在纵断面设计中的路肩高程应满足要求：滨河、河滩路堤的路肩高程应高出设计水位加壅水高（包括河道卡扣或建筑物造成的壅水，河湾水的超高）加波浪侵袭高或斜水流局部冲高，加河床淤积影响高度，再加0.5m。其中波浪侵袭高与斜水局部冲高应取较大值。水库路基的路肩高程，应根据设计水位加波浪侵袭高加壅水高（包括水库回水及边岸壅水），再加0.5m。当按规定洪水频率计算的设计水位低于水库正常水位，应采用水库正常高水位作为设计水位。未设防浪胸墙的滨海路堤，其路肩高程应高出设计高潮水位加波浪侵袭高（波浪爬高）加不小于0.5m的安全高度；当路堤顶设有防浪胸墙时，路肩高程高出设计高潮水位以上不小于0.5m。地下水位和地面积水水位较高地段的路基，其路肩高程应高出最高地下水位或最高地面积水水位加毛细水强列上升高度，再加0.5m。5．路基防护防护工程应根据填料形状、气候条件、边坡高度、浸水及冲刷等具体情况因地制宜采取适宜的防护形式，并符合下列规定：(1)当路堤边坡适宜进行植物防护，且能保证路基边坡的稳定时，应优先采用植物防护方法。可根据路堤高度及填料情况，采用植草、种植灌木或藤本植物、骨架护坡或土工合成材料结合植物防护等措施。(2)当路堤边坡高度较高时，可在边坡不小于2.5m宽度范围内分层铺设土工格栅等土工合成材料，每层间距0.3～0.6m，铺设至基床表层下，并在边坡上采取适宜的植物防护措施。(3)降雨量大，强度高、历史长的区域，路堤边坡大于8.0m的路堤应设置宽度不小于2.0m的边坡平台，并在边坡上设置截水沟。土质、软质岩及强风化的硬质岩路堑的边坡坡面（含边坡平台、侧沟平台）均应进行防护或加固，并符合下列规定：(1)对土质路堑边坡可采用喷播植草或种植灌木等措施，对较高的土质路堑边坡可采用骨架护坡或挂网结合喷播植草、种植灌木等措施。(2)软质岩、强风化的硬质岩应根据岩体结构、结构面产状、风化程度、地下水及气候条件等确定边坡加固措施。应随挖随护，每隔一定高度或在土石分界处设置一平台，必要时可采用先加固坡脚后开挖的方式进行预加固。条件适宜时，也可采用岩石边坡植被护坡技术。路肩应采用硬化处理措施，并应设置集中有序的排水设施。6．路基排水(1)路基表面排水路基面中心处沿线路方向每隔50m设集水井一处，将路基表面水引向集水井内，并用排水管将水引入坡面排水槽，排水管采用PVC管外套钢管进行保护。(2)路堑两侧坡面排水路堑两侧均设C25钢筋混凝土侧沟，侧沟采用深0.6m，底宽0.6m的矩形沟。从电缆槽底部至侧沟外侧铺设一层两布一膜土工布。路堑侧沟平台为2m，垫层厚度不小于1.8m。多年冻土地区路基设计常见的冻土路段路基破坏现象有：融沉、冻胀、翻浆等。只有对这些破坏现象给与充分的重视，并加以研究，才能更好的在路基修建中，减少和避免这些现象的发生。冻土路基设计的基本方法冻土路基设计的基本方法主要为保温和破坏两种：1.保温从保护冻土出发，单纯考虑路堤高度时，热稳定的影响是比较简单的。因为路基越高，意味着从上界流向地中的传热过程中，热阻增大、路基自身的储热能力增大，因而有利于热稳定。但是路基不能无节制的加高。路基的高度应以降低垂直热流至接近热平衡为原则，是冻土上限埋深达到可能融化的最大深度。从路基热稳定角度看，设定一定高度和宽度的护坡道或放缓边坡，可以加强侧向散热，减小垂直热阻。根据工程经验，设置护坡道的路段，热融沉陷相对弱的多，加高加宽护坡道可以使路侧冻土上限上升，一方面防止冻结层上水进入路基下冻土上限凹槽，使多年冻土融化；另一方面可形成水平地温梯度，促进侧向散热。护坡道的宽度不宜小于2～3米，在排水不畅的地段不宜小于5米。高度一般0.8～1.5米为宜(主要考虑到经济性)。冻土路堤填料既要满足承载能力的要求，又要满足防止路基聚冰冻胀作用，同时还要考虑其保温性能。作为多年冻土地区路基的填料，岩块、粗粒土及细粒土各有优缺点。岩块和粗粒土持水能力要比细粒土小，在相同的气候条件下，含水量小的粗粒土在冬季散失的热量小，而潮湿的细粒土在冬季散失的热量大；粗粒土的渗透性能较好，因此夏季雨水渗水粗粒土携带的热量要较细粒土多；细粒土作填料一般填筑比较紧密，空隙度小、空气充量小，基本上是以土颗粒本身进行热传导，热传导的速度比较慢，而以岩块的碎块石、卵石土及粗粒土等填筑时，一般空隙度较大，空气在空隙中易产生对流，因而增强了热传导性能，夏季易于吸热，冬季易于放热，使热源能量传递较深。上述热传导性能的差别，是由于粗粒土与细粒土热物理状态的不一致性，因为热容量不同，因此在冻融交替过程中，在吸热、散热速度上，时间上均不相同，填砂粘土的地温要比填砂卵石为低，地温的回升速度填粘土的较填砂卵石的明显。在做好地表排水的前提下，用粗粒土或细粒土作填料对保护基底冻土无明显的区别，填料类别一般不起控制作用。因此，除了特殊要求外，宜采取因地制宜，就近取土的原则，以便施工，降低造价。但在特殊路段，路基填料的选择一定要慎重，要考虑各种控制因素，有时远距离取用适宜的填土也是必要的。如对排水困难的地段，适当利用粘性土或底部填渗水土做隔断层，可以有效低防止地表水渗入基底造成路基融沉或因毛细水作用而造成的冻胀病害。草皮、富含腐植土，草炭土和泥炭土等类土应控制使用，因其不宜压实，导致路基的稳定性和强度降低，对行车是不安全的。2.破坏当冻土已有破坏迹象及含水量较小、融化后不致发生过量沉陷的冻土路段，可以采用破坏的处理方式，将路基范围内基底的多年冻土层全部清除，换填天然砂砾、碎石土、或风化砂砾。同时，应做好路基两侧的排水工作。边沟宜宽浅，不宜深挖，必须采取防渗保温措施。在斜坡地段设置远距离(10米以外)截水沟，回填深沟，避免坡脚积水下渗。对两侧排水无出路的地段不宜设置涵洞，宜以宽护坡道挤出积水，否则积水于涵洞两侧，有害无益。在斜坡地段的上坡翼侧护坡道外地下水汇集处，宜设置疏水设施将地下水疏导向另一侧，以免汇入路基。疏水设施可以采用保温渗沟或盲沟，并做好出水口防塞防冻工作。总之，在冻土路基的设计中，首先要对冻土路基作出正确的工程地质评价，然后根据不同的特点选择因地制宜的处理方式，最大限度的保持路基的稳定性。多年冻土区路基工程线路位置的选择，应使线路设于平缓、干燥、向阳的山坡或积雪较薄的一侧山坡。丘陵地区，路基宜高不宜低；对各种不良地质地区均应绕避，热融滑塌及冰锥冰丘地段，宜于下方筑堤通过；应力求避免路堑通过，已填为宜。多年冻土区路基设计主要依据《青藏铁路高原冻土区工程设计暂行规定（2003年局部修订版）》，在低温稳定区和低温基本稳定区路基主要采用保护多年冻土的设计原则，在高温不稳定区和高温极不稳定区采用延缓多年冻土融化速率的设计原则。1.高含冰量冻土地段高含冰量冻土地段路基面两侧各加宽0.4～0.6m。侧沟一般采用预制“U”型形侧沟，下部设复合土工膜及砂垫层，留2.0m宽侧沟平台，侧沟深0.5m,宽0.6m。(1)路堤A.当路堤填土高度＜2.5m时，其地面应进行挖除换填处理，换填弱冻胀性土。换填厚度应通过保温计算确定（换填厚度由地面算起）。可采用下式计算。换填厚度＝1.4X天然上限X填料换填系数k（k按下表取值）表2-1换填系数k填料名称一般粘性土砂类土砂、砾混合土块、卵石土换填系数1.01.21.31.4B.若挖除换填后，下部仍有高含冰量冻土，则在路基两侧设热棒保护多年冻土。热棒沿线路纵向每隔3.0m设置一根，设置在坡脚（路堤高度无法合理的满足该条件时，也可以埋设在路肩部位），热棒长度7.0m，均为垂直设置，两侧对称布置。热棒直径89mm，外露长度1.5m，埋入5.5m,热棒钻孔直径为150mm。并于地面上0.5m处铺设挤塑聚苯乙烯板。C.当路堤填土高度大于2.5m小于4.0时，地面上0.7m处设钢筋混凝土通风管。纵向间距1.0m(边到边)。D.当路堤填土高度大于4.0m时，于基底设1.2m厚的倾填片石层，片石顶部设0.2m厚碎砾石和0.2m厚中粗砂垫层，片石粒径200～400mm。E.当路堤填土高度大于3m时，自路基面向下2.2m范围内铺设双向塑料土工格栅；当路堤填土高度大于6m时，自路基面向下4.0m范围内铺设双向塑料土工格栅每隔0.9m铺设一层，最上一层距路基面0.4m。(2)路堑A.路堑设计中土质路堑边坡坡率1∶1.75。侧沟采用“U”型侧沟，侧沟平台宽2.0m。B.路堑边坡及堑顶进行保温处理，堑顶采用包角形式，高度0.8m。并于路基面下0.2m处平铺复合土工膜隔水层及上下各设0.1m中粗垫层。路堑边坡应挖2.0m宽台阶，台阶与保温层间铺设4.0m宽的土工格栅。C.路基面以下进行挖除换填粗颗粒土处理，换填厚度通过保温计算确定。若挖除换填后，下部仍有高含冰量冻土，则在路堑两侧侧沟平台中部设热棒保护多年冻土，热棒沿线路纵向每隔3.0m设置一根，热棒长度12.0m，均为垂直设置，两侧对称布置。热棒直径89mm，外露长度2.5m，埋入9.5m。(3)热棒设置原则A.多年冻土地区地温为Tcp-I区的富冰、饱冰地段及地温为Tcp-II、III、IV区的饱冰、含土冰层地段，考虑高含冰量冻土厚度、埋藏深度、路基填土高度和水文地质条件等因素设置热棒。B.位于高含冰量冻土地段的路基，对路堤高度小于最小设计高度的低路堤和路堑，设置热棒。C.热棒沿线路纵向每隔3.0m设置一根。低路堤设置的热棒长度为7m，阴坡设单排热棒，埋设在坡脚部位;阳坡设双排热棒，埋设在坡脚和距坡脚2.4m的坡面部位（路堤高度无法合理的满足该条件时，也可以埋设在路肩部位）。如阳坡有护道时，第二排埋设在护道平台坡脚部位（护道平台与路基边坡交界处）。双排热棒交叉布设。均为垂直埋设。D.路堤：直径Φ89mm，外露长度1.5m，埋入5.5m，冷凝段长度1.5m，翅片厚度不小于1.9mm。路堑地段于侧沟平台中心处垂直埋设，热棒采用直径Φ89mm；外露长度2.5m，埋入9.5m，冷凝段长度2.5m。热棒钻孔直径为150mm。2.多冰、少冰冻土当路堤、路堑地基土为细粒土时，路基面两侧各加宽0.3m，否则按非多年冻土区原则设计。3.冻土沼泽、湿地地基处理(1)当路堤填土高度＜4.0m时，于地面以上填1.0m厚渗水土，两侧设宽2.0m护道，渗水土中部铺一层土工格栅（土工格栅采用经编土工格栅，抗拉强度50KN/m）。渗水土顶部铺设一层复合土工膜，土工膜上、下各设一层0.1m厚的中粗砂垫层（土工膜采用750g/m2二布一膜）。位于高含冰量地段，在路基两侧设热棒保护多年冻土。热棒沿线路纵向每隔3.0m设置一根，设置在坡脚（路堤高度无法合理的满足该条件时，也可以埋设在路肩部位），热棒长度7.0m，均为垂直设置，两侧对称布置。热棒直径89mm，外露长度1.5m，埋入5.5m。热棒钻孔直径为150mm。(2)位于高含冰量地段，当路堤填土高度大于4.0m时，于基底设1.2m厚的倾填片石层，两侧设宽2.0m护道，片石顶部设0.2m厚碎砾石和0.2m厚中粗砂垫层，片石粒径200～400mm。(3)冻土区陡坡地段，于路堤上方侧设置挡水埝，埝下设防水卷材。4.过渡段(1)路堑与路堤的连接路堑与路堤的连接，采用换填向不换填范围以一定的坡度顺接，顺坡长度不宜小于10m。(2)在融区路基一定范围内（一般不小于20m）按多年冻土处理。(3)半填半挖路基以路堑换填顺接。5.斜坡地段路基(1)地面横披陡于1:5的斜坡地段，必须检算路堤整体沿基底及基底软弱层的滑动稳定性，抗滑稳定安全系数不得小于1.25m。(2)不满足稳定性要求地段的路堤，采取隔断上侧地表水和冻结层上水，下侧设反压护道、热棒、支挡结构物或综合稳定性措施，确保路基稳定。6.挡土墙设计(1)结合地形、地温、地质条件，以减少深挖陡填及路基与其它建筑物干扰时，设置挡土墙。(2)在地面横坡较陡地段，路堑地段边坡高度大于6m时，考虑设置挡土墙。(3)挡土墙采用轻型、拼装化结构，如“L”型、桩板式挡土墙。(4)挡土墙墙背设置隔热保温层，换填粗颗粒土等措施，以保护多年冻土和防止冻胀。隔热层厚度和换填厚度通过计算确定。(5)挡土墙基础的埋置深度不小于当地天然上限的1.3倍。并置于弱冻胀土中或非冻胀土中。(6)圬工强度等级较一般地区提高一级。7.在高温及不稳定区，当采用延缓多年冻土融化速率的设计原则设计时，路基控制工后沉降量不超过30cm。设计段资料1.工程地质特征(1)地形地貌工点位于多索曲河北岸低阶地，地形起伏不大、较开阔。(2)地层岩性工程范围内出露地层主要为第四系全新统冲积粉土、粉质粘土、砾砂、细圆砾土和粗圆砾土，详述如下：粉土（Q4pl2）：灰黑色，裼黄色，分布于地表，厚1～5m，土质不均，含有角砾，表层0.3～0.5m富含植物根系，为腐殖土，潮湿～饱和，稍密，Ⅱ级普通土,σo=80kPa；多年冻土层为含土冰层，Ⅳ级软石。粉质粘土（Q4pl1）：灰黑色，裼黄色，分布于地表，厚约3.6m，土质不均，含有角砾，表层0.3～0.5m富含植物根系，为腐殖土，硬塑—软塑，Ⅱ级普通土,σo=80kPa。砾砂（Q4pl5）：杂色，分布于DK118+871～DK118+930段，厚度大于25m，砂质不均，含有角砾，潮湿～饱和，稍密，Ⅰ级松土,σo=200kPa。细圆砾土（Q4pl6）：杂色，厚度大于10m，主要成分为砂岩，石英岩，花岗岩，磨圆度差，多呈浑圆形，分选性差，饱和，稍密—中密，Ⅱ级普通土,σ0=300kPa；多年冻土层为富冰冻土，Ⅳ级软石，σ0=350kPa。粗圆砾土（Q4pl6）：杂色，厚度大于10m，主要成分为砂岩，石英岩，花岗岩，浑圆状，分选性差，潮湿—饱和，稍密—中密，Ⅲ级硬土，σ0=450kPa；多年冻土层为饱冰冻土，Ⅳ级软石，σ0=500kPa。(3)工程地质特征在本段工程范围内，草甸植被发育，草根密集，表层0.5m为腐殖土，夏季坑洼处积浅水，DK117+000～DK117+160、DK117+550～DK117+750段为冻土湿地，多年冻土上限1.3～1.5m，下限3～6m，地温分区属高温极不稳定多年冻土亚区，DK117+160～DK117+550、DK117+750～DK118+030、DK118+871～DK119+550段为沼泽化湿地，暖季地表融化后，地表水排泄不畅，地表呈沼泽化湿地状，松软，车行易陷，交通极其困难。2.水文地质特征地表局部积水，降雨和冰雪融化期易形成大面积的地表漫流；地下水主要为冻结层上水和冻结层下水，水位埋深0～1.5m。路基横断面的设计及绘制本设计段主要为新建单线国铁Ⅱ级次重型铁路，里程为DK117～DK119+050,其中DK118+169～DK119+809段以桥梁通过，其余线路全部为路堤设计。本设计段位于多年冻土地段，通过查阅冻土路基设计相关资料，参考青藏铁路路基工程实例，采用保护冻土设计原则进行设计。根据《铁路路基设计规范》及《青藏铁路高原冻土区工程设计暂行规定（2003年局部修订版）》的要求，由一般非渗水土路堤顶面宽度6.7m，对高含冰量冻土地段路基面两侧各加宽0.6m，得到本设计段直线地段路基面宽度为7.9m，圆曲线地段路基面外侧加宽值按《铁路路基设计规范》TB10001—99表4.2.2的规定确定为0.2m，缓和曲线范围内加宽值线性递减。由此得路肩宽度为1.08m。路基边坡高度小于8m时边坡坡率采用1∶1.5，大于8m时采用1∶1.75。根据规范规定在地面坡率为1∶5～1∶2.5的地段，原地面挖台阶，台阶宽度为3m。路基基床填料优先选用A、B组填料。基床厚度2.0m，其中表层厚0.5m，于表层下铺设一层复合土工膜，底层厚1.5m。路基采用粗圆砾土填筑，设计段地层表层为粉粘土，厚度为3～5m，不适宜在冻土区填筑路基，其下圆砾土层较厚，约为15m，适于填筑，但取土场应设在少冰冻土地段，远离路基500m以上。路基排水采用梯形侧沟排水设计，边坡防护采用植草防护和水泥砂浆浆砌片石骨架护坡，具体设计见第六章。具体断面设计见附图路基横断面设计图（T-1-1～T-1-11）。

地基处理地基处理的目的及原则随着我国国民经济的持续发展，不仅事先要选择在地质条件良好的场地上从事工程建设，而且有时也不得不在地质条件不良的地基上进行建设，另外，随着科学技术的日新月异，结构物的荷载日趋增大，高层建筑层数越来越高，对变形要求也越来越严，因而原来一般可被评价为良好的地基，也可能在某些特定条件下非进行地基处理不可。所以，不仅要善于针对不同的地质条件、不同的结构物选定最合适的基础型式、尺寸和布置方案外，而且要善于选取最恰当的地基处理方法与技术。地基处理的对象多是软弱土地基，而在软弱地基上建造建筑物工程可能发生的主要问题，可以参考表3-1。表3-1软弱地基上建筑物工程可能发生的问题沉降承载力及稳定其他加载工程沉降或差异沉降大作用于建筑物基础的负摩擦由于有填土或建筑物荷载，临近地基产生固结沉降大范围地基沉降地基剪切破坏建筑物基础承载力不足由于偏心荷载及土压力作用，使结构物产生变形或破坏由于填土或建筑物荷载，使邻近地基产生隆起由于交通荷载等原因对邻近地基产生振动下沉地震时地基产生液化堤坝等基础产生地基渗漏开挖工程开挖引起邻近地基沉降由于降水产生地基固结沉降开挖时边坡破坏开挖时基坑底部隆起开挖时的应力降低或松弛，引起基坑侧面破坏渗水流土管涌1.地基处理的目的针对表3-1所列举的问题，应采取适当的措施以改善地基条件，这些措施的目的主要有以下五方面内容：(1)改善剪切特性：地基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性，取决于地基土的抗剪强度。因此，为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。(2)改善压缩特性：需要研究采用何种措施以提高地基土的压缩模量，借以减少地基土的沉降。另外，防止侧向流动(塑性流动)产生的剪切变形，也是改善剪切特性的目的之一。(3)改善透水特性：由于在地下水的运动中所出现的问题。为此，需要研究采用何种措施使地基土变成不透水或减轻其水压力。(4)改善动力特性：地震时饱和松散粉细砂(包括一部分轻亚黏土)将会发生液化。为此，需要研究采取何种措施防止地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。(5)改善特殊土的不良地基的特性：主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等特殊土的不良地基的特性。地基处理的核心是处理方法的正确选择与施工实施。而对某一具体工程来讲，在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值；地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。对地基条件复杂、需要应用多种处理方法的重大项目还要详细调查施工区内地形及地质成因、地基成层状况、软弱土或不良土层厚度、不均匀性和分布范围、持力层位置及状况、地下水情况及地基土的物理和力学性质；施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。只有综合分析上述因素，坚持技术先进、经济合理、安全适用、确保施工质量的原则拟订出地基处理方案，才能获得最佳的处理效果。2.其中地基处理方案的确定可按下列步骤进行：(1)搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础的设计资料。(2)根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层构造、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定几种可供考虑的地基处理方案。另外。在选择地基处理方案时，应同时考虑上部结构、基础和地基的共同作用；也可选用加强结构措施(如设置圈梁和沉降缝等)和处理地基相结合的方案。(3)对初步选定的各种地基处理方案，分别从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比，根据安全可靠、施工方便、经济合理等原则，从而因地制宜地选择最佳的处理方法。值得注意的是，每一种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点。没有一种处理方法是万能的。必要时也可选择两种或多种地基处理方法组成的综合方案。(4)对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可在有代表性的场地上进行相应的现场试验和试验性施工，并进行必要的测试以验算设计参数和检验处理效果。如达不到设计要求时，应查找原因、采取措施或修改设计以达到满足设计的要求为目的。(5)地基土层的变化是复杂多变的，因此，确定地基处理方案，一定要有有经验的工程技术人员参加，对重大的工程的设计一定要请专家们参加。地基处理方法分类地基处理的历史可以追溯到古代，许多现代的地基处理技术都可以在古代找到其雏形。例如2000多年前我国古代劳动任命已采用了软土中夯入碎石等压密土层的夯实法，以使地基土密实。地基处理方法的分类多种多样，如按时间可分为临时处理与永久处理；按处理深度可以分为浅层处理和深层处理；按土性对象可以分为砂型土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理；也可以按地基处理的作用机理分类，这是目前常用的分类方法，根据地基处理的加固机理，将地基处理方法分为六大类，最后又加上了托换技术，共七大类，分述如下：1.置换法置换是指用物理力学性质较好的岩石材料置换天然地基中的部分或全部软弱土体，以形成双层地基或复合地基，达到提高地基承载力，减小沉降的目的。2.排水固结法排水固结是指土体在一定荷载作用下发生排水现象进而固结，孔隙比减小，抗剪强度提高，以达到提高地基承载力，减小以后沉降的目的。对于排水固结法，只要排水通道没有压力，水排不出去；而只有压力没有排水通道，水同样也排不出去，因此加压系统和排水系统缺一不可。3.灌入固化物法灌入固化物是指向土体中灌入或拌入水泥、或石灰、或其他化学固化浆材，在地基中形成增强体，以达到处理地基的目的。4.振密、挤密法振密、挤密法是指采用振动、水冲或其他挤密措施使地基土体密实以达到提高地基承载力和减少沉降的目的，也可以采用在振密、挤密留下的孔隙中填入碎石等材料，称为振冲置换。5.加筋法加筋法是指在地基中设置强度高、模量大的筋材，如：土工格栅、土工织物等，以达到提高地基承载力、减小沉降的目的。6.冷热处理冷热处理是指通过冻结地基土体，或焙烧、加热地基土体以改变土体物理力学性质，达到地基处理的目的。7.托换技术托换是指对已有建筑物地基和基础进行处理和加固。冻土地区地基处理方法冻土区地基常常产生冻胀融沉等地基病害，其处理就显得尤为重要。冻土地基所面临的问题1.冻胀引起的破坏所谓冻胀，系指土冻结过程中，土中水分(包括外界向冰锋面迁移的水分及孔隙中原有的部分水分)冻结成冰，并形成冰层、冰透镜体、多晶体冰晶等形式的冰侵入体，引起土颗粒的相对移动，使土体体积产生不同程度的扩张现象。冻胀的外观表现是土表层不均匀的升高，冻胀变形常常可以形成冻胀丘及隆岗等一些地形外貌。在季节冻土区和多年冻土区，由冻胀引起破坏的事例屡见不鲜：据1978年调查，黑龙江省某灌区的中小型水利设施如涵闸、跌水及渠道衬砌等，有80％的建筑物都遭到了不同程度的冻胀破坏；有相当一批工程设施，虽带病运行，但每年都得花大量资金进行维修，有文章报道说，1978年新疆某河流管理局花在渠道上的维修费用高达7O万元；在铁路及公路建设方面，常因冬季路基冻胀而引起路基变形产生裂缝；中小桥墩冻胀上抬，桥桩被拔出，桥面隆起，有些使桥台出现水平裂缝，甚至倒塌。2.融沉引起的地基稳定性问题融沉又称热融沉陷，是指土中过剩冰融化所产生水的排除以及土体在融化固结过程中局部地面的向下运动。一般是由于自然(气候转暖)或人为因素(如砍伐与焚烧树木、房屋采暖)改变了地面的温度状况，引起季节融化深度加大，使地下冰或多年冻土层发生局部融化所造成的。在天然情况下发生的融沉往往表现为热融凹地、热融湖沼和热融阶地等，这些都是不利于工程建筑物安全和正常运营的条件。在冻土区修建建筑物，除了要满足非冻土区建筑物所要满足的强度与变形条件外，还要考虑以冻土作为建筑物地基时，其强度随温度和时间而变化的情况。所以采取什么样的防冻胀和融沉措施来保证冻土区建筑物地基的稳定，是关系到冻土区工程建设成败的关键所在。冻土区地基处理的基本方法冻土区地基处理技术的发展是随着土木工程建设的发展而逐步发展壮大的。而冻土区特殊的工程病害特征——冻胀和融沉，又为冻土区工程建设提出了不同于一般工程建设的新挑战。冻土是一种特殊的、低温和易变的自然体，它对寒区经济建设和人类生存发展造成了严重影响，人类在与恶劣的自然环境作斗争的同时，冻土研究者在研究影响冻结和融化的四大因素(热量、水分、力和土质)的基础上，提出了许多防治措施。在季节冻土区路基的破坏主要是因地基土的冻胀而引发的，所以，为防止冻害发生，应从对地基土的处理和增强路基结构两方面着手。就处理地基土来说，主要是通过削弱产生冻胀的三大要素：易冻胀土质、水分(土中水分及外界补给水分)及土中负温值之一来达到防冻害的目的。采用的主要方法有：(1)换填法对由于土质不良而可能造成路基冻害的地段，且又有换填条件时，常广泛使用换填法，以减弱或基本消除路基病害的产生。采用的换填材料主要为粗砂、砾石等非冻胀性材料或弱冻胀性材料。换填法防治路基冻害的效果与换填的深度、换填材料的粉黏粒含量、换填材料的排水条件、地下水位及补给条件有关。(2)物理化学法利用交换阳离子及盐分对冻胀影响的规律，采用人工材料处理地基土以改变土离子与水之间的相互作用，使土体中的水分迁移强度及其冰点发生变化，以达到削弱冻胀的目的。在路基土体中加入一定量的可溶性无机盐如氯化钠、、氯化钙、氯化钾等，可使土粒表面水膜增厚，降低表面能和毛细作用，降低土的冻结温度与水分转移强度。采用憎水性材料掺入填土中，可减少或消除地表水下渗、阻止地下水上升，使土体含水量降低，以减弱路基病害。常用的憎水性材料有重油、柴油、液态石油沥青、液态煤焦油等石油产品及四甲基乙二胺溴化物、四甲基乙二胺氯化物、三甲基十八烷基氯化铵等化学表面活性剂。国外的研究还表明，采用使土粒聚集或分散剂也可收到明显的防冻效果。(3)保温法在路基表层设置保温隔热层，增大热阻，以推迟地基土的冻结，提高土中温度，降低冻结深度，进而起到防止冻胀的目的。隔热材料可采用聚苯乙烯泡沫塑料板、草皮、树皮、炉渣、泡沫混凝土、玻璃纤维以及其他一些合成材料。(4)排水、隔水法即降低地下水位，降低季节冻土层范围内土体的含水量，隔断外水补给来源和排除地表水防止地基土变形。排水隔水法的工程设置主要有：路基排水槽，路基截水明沟，路基截水暗沟，排水盲沟，砂桩，透水隔水层，不透水隔水层等。实践表明，结合具体工程采用相应的排水隔水方法是一种既经济又有效的防冻害措施。但是，排水隔水方法必须选择恰当，否则会给工程带来危害。在增强结构措施方面，主要以深基础、锚固基础(深桩基础、各种扩大基础)为主的不允许冻胀变形建筑物和以柔性结构、加强基础或上部结构的刚度或整体性以及合理分割结构与设置变形缝为主的允许冻胀变形建筑物为主。同时，还采用架空法、埋入法及隔离法等回避措施。在多年冻土地区，以融沉引起的破坏为主，因此，在利用多年冻土作为建筑物的地基时，除了考虑常规的变形因素之外，更多地要考虑与温度有极密切关系的有效应力对冻土的作用以及与温度分布和控制有关的热源问题。可根据建筑物的结构、施工特点和工程冻土条件及地基土性质，采用保护多年冻土原则或允许融化原则。保护多年冻土原则即在建筑物施工和规定使用期间，使地基土永远处于冻结状态，而允许融化原则是允许地基土在建筑物使用期间或施工前，使冻土融化到计算深度。但是，由于建筑物类型不同，冻害形式千差万别，所以，在两个基本原则下采用的冻害防治措施各有千秋。譬如说，按保持冻结原则设计工业民用建筑基础时，常采用桩基础、填土垫基、填土与架空或辐射冷却设备结合基础，而对于修建铁路和公路等路基工程而言，由于这些工程不仅受到人为活动和自然条件热平衡状态的影响，还受到厚层地下冰、热融沉陷、热融滑塌、冰丘、冰椎等不良地质条件的影响，所以，为防止路基的冻害或将因修筑路基造成热平衡失调而产生的病害控制在工程运营允许范围内，既要合理选择路基工程线路和断面形式，还要放缓路堑边坡、加大侧沟、增设平台以及尽量采用适宜高度的路堤等措施。多年冻土地区地基处理方法及适用范围如表3-2所示。表3-2多年冻土区地基的常用地基处理方法方法名称适用范围保持冻结状态的设计原则架空通风基础法稳定多年冻土区且热源较大地质条件较差的房屋建筑填土通风管基础法多用于多年冻土区不采暖的结构物，如油罐基础、公路或铁路路堤等垫层法多用于卵石、砂粒石较多的多年冻土区热管基础法用于多年冻土边缘地带，热棒基础可用于已有建筑物的加固保温隔热地板法多用于多年冻土地区的采暖结构物桩基础法多适用于多年冻土区的桩、柱和墩基等基础的埋置人工冻结法无法采用以上几条时可考虑采用逐渐融化状态的设计原则加大基础埋深法当结构物宽度较大，热管道及排水系统穿过地基时选择低压缩性土作为持力层有低压缩性土层且埋深不是很深设地面排水系统隔断外水补给源并排除地表水采用保温隔热板或架空热管道法工业与民用建筑，热水管道及排水系统的铺设工程加强结构的整体性与空间刚度适用于允许有大的不均匀冻胀变形的结构物，但应同时采取措施增大基础或上部结构的刚度或整体性增加结构的柔性适用于寒冷地区的公路、铁路和渠道衬砌工程中，以及地下水位较高的强冻胀土地段预先融化状态的设计原则用粗颗粒土置换细颗粒土或预压加密较浅层处理，处理深度3～5m保持多年冻土人为上限相同多年冻土上限值相差不是很大预压加密土层适用于压缩性较大的土加大基础埋深法结构措施适用于工业与民用建筑等整体性较强的结构物设计段地基处理本设计段铁路经过的冻土区，基本属高温不稳定型的多年冻土，温度变化和高温冻土的热稳定性差使该段铁路建设面临严峻的挑战。针对这种特点，采取的指导思想和技术路线是冷却地基土，减少传入多年冻土的热量，提高多年冻土的热稳定性，从而保证修建在其上的铁路建筑物的稳定。在本设计段低路堤（填高＜2.5m）中，采用挖除换填处理，由于本设计段多年冻土层较厚，挖除换填后，下部仍有高含冰量冻土，需在路基两侧设热棒保护多年冻土。热棒沿线路纵向每隔3.0m设置一根，设置在坡脚，热棒长度7.0m，均为垂直设置，两侧对称设置。热棒直径89mm，外露长度1.5m，埋入5.5m。热棒作为两类设计和工程措施当中积极性保护冻土的主动措施，是最有生命力的结构形式之一，它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，提高热稳定性。热棒是两端密封的管子，管中装有液体工质。管的上部(散热段)装有散热片，管的下部(蒸发段)埋人多年冻土中。在寒冷季节，由于空气温度低于多年冻土温度，热管中的液体工质吸收多年冻土中的热量，蒸发成气体(吸收汽化潜热)。蒸汽在压差的驱动下，沿热管中心通道向上流动至热管上部(冷凝段)，遇到较冷的管壁放出汽化潜热，冷凝成液体，液体工质在重力作用下沿管壁流回蒸发段再蒸发，如此循环不断，将多年冻土路基中的热量传输到大气中。在温暖季节，空气温度高于多年冻土温度，液体工质蒸发的蒸汽到冷凝段后，由于管壁温度较高，蒸汽不能冷凝，达到汽液相平衡后，液体停止蒸发，热棒停止工作(热棒的单向传热特性)，这样大气中的热量就不会通过热棒传到多年冻土中。对该段铁路多年冻土路基来说，寒季和暖季的部分时间段(夜晚或太阳落山之后)，环境温度低于热棒蒸发段所在的周围冻土温度，地下的热量加热插入地下的热棒使其内部的工作介质汽化，在蒸汽压的作用下向上部冷凝段流动。在冷凝段，由于温度比较低，蒸汽遇冷凝结，凝固液在重力作用下回到蒸发段，进行下次循环，如此不断工作将地下热量带走。而当环境温度比较高(比如在夏天)，由于热棒内部没有吸液芯，工作介质不能从下面流到蒸发段，此时的热量只能依靠管壁的热传导。热棒的这个特点，使地下的冰冻层变厚，加固了冻土的强度，另一方面还减少了该段铁路多年冻土区以冻土为路基的铁路在运行时的下沉。当路堤填土高度大于2.5m小于4m时，采用通风路堤保护多年冻土。通风管采用钢筋砼通风管，该管采用离心生产技术在预制构件厂加工，砼强度等级为C20，有管径30cm和40cm两种规格，纵向配置6φ8钢筋，环筋设置为φ6@150，管壁厚6cm，采用承插式接口方式，单根长度2m。通风路堤就是在高温极不稳定区路堤的适当位置埋设通风管，加强路基通风，利用堤身人为造成的空隙来改变一般路堤的热传输性，使之由单一的导热方式变为导热与对流的混合方式促进堤身热量散失，提高基底的冷储量，维护地基多年冻土的稳定。通风管通风路基埋设的通风管增加了堤身的孔隙度，增加了空气的流通，冬季堤外密度“大”的冷空气置换堤身内通风管中密度“小”的热空气，促进堤身热量的散逸；而暖季由于气温高于堤身温度，地一气温度梯度逆转，又抑制了对流换热作用，减少了堤中热量的积累，从而达到保护多年冻土的目的。由于通风管路堤造价高，不能开展大面积的施工，因此除上述路堤外，路堤填高大于4m时仍采用传统的倾填片石路堤。具体地基处理图见图（T-2）。

地基沉降地基沉降量计算方法由于土具有压缩性，地基承受建筑物基础荷载之后必然发生沉降。沉降的大小，一方面取决于建筑物的重量及其分布情况；另一方面取决于地基土层的种类、各层土的厚度及土的压缩性的大小。地基基础的沉降，特别是建筑物各个基础之间由于荷载不同或土层压缩性不同而引起的差异沉降，会使建筑物上部结构（尤其是超静定结构）产生附加应力，影响建筑物结构的安全和建筑物的正常使用。因此，进行地基设计时，必须根据建筑物的情况和勘探试验资料，计算基础可能发生的沉降量和差异沉降，并设法将其控制在建筑物容许范围以内。必要时，尚应采取一些措施，以尽量减少地基沉降可能给建筑物造成的危害。1．地基沉降量计算基本原理：地基变形在其表面形成的垂直变形量称为建筑物的沉降量。在外荷载作用下地基土层被压缩达到稳定时基础底面的沉降量称为地基最终沉降量.计算地基的最终沉降量，目前最常用的就是分层综合法。(1)该方法只考虑地基的垂向变形，没有考虑侧向变形，地基的变形同室内侧限压缩试验中的情况基本一致，属一维压缩问题。分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量Si，认为基础的平均沉降量S等于Si的总和，即(4-1)式中：n为计算深度范围内的分层数。(2)计算Si时，假设土层只发生竖向压缩变形，没有侧向变形，因此可用(4-2)或(4-3)中的任何一个公式进行计算。2.地基沉降量计算步骤(1)划分土层各天然土层界面和地下水位必须作为分层界面；各分层厚度必须满足Hi≤0.4B（B为基底宽度）。(2)计算基地附加应力P0。(3)计算各分层界面的自重应力σsz和附加应力σz；并绘制应力分布曲线。(4)确定压缩层厚度满足的深度点可作为压缩层的下限；对于软土则应满足；对一般建筑物可按下式计算。(5)计算各分层加载前后的平均垂直应力(4-4)(6)按各分层的p1和p2在e-p曲线上查取相应的孔隙比或确定a、Es等其它压缩性指标。(7)根据不同的压缩性指标，选用公式计算各分层的沉降量Si。(8)计算总沉降量S。沉降量具体计算自重应力计算没有修建建筑物之前，地基中由于土体本身的有效重量而产生的应力叫自重应力。所谓有效重量就是地下水位以上用自然容重，地下水位以下用浮容重。研究地基自重应力的目的是为了确定土体的初始应力状态。如果把地基假定为半无限弹性体，则地基中的自重应力状态属于侧限应力状态，地基中的竖直自重应力和水平自重应力计算就变得十分简单，但在实际工程中人们多关心的是竖直自重应力，故通常说的自重应力即指竖直自重应力。由于土体中所有竖直面和水平面上均无剪应力存在，故地基中任意深度z处得竖直向自重应力就等于单位面积上的土著重量。若z深度内土的天然容重不发生变化时，则该处自重应力为（4-5）若地基是由几个不同容重的土层组成时，则任意深度z处得自重应力为（4-6）式中：n——地基中的土层数。——第i层土的容重；地下水位以上用天然容重，地下水位一下用浮容重；——第i层土的厚度。填土容重取18kN/m3换算土柱尺寸分布宽度为3.5m，计算高度3.4mDK118+850地基自重应力计算如表4-1：表4-1自重应力计算表天然重度(kN/m3)深度Z(m)自重应力(kN/㎡)181.3238.21.5258.24.2471066510885101010510121251014145101616510181851020205附加应力计算对于天然土层来说，自重应力引起的压缩变形在地质历史上早已完成，不会再引起地基的沉降，附加应力则是由于修建建筑物以后在地基内新增的应力，因此它是使地基发生变形，引起建筑物沉降的主要原因。对于铁路路基来说，轨道和列车荷载换算土柱的荷载的长度是无穷大的，因此要根据条形面积上竖直均布荷载作用来计算附加应力。当一定宽度的无线长条面积承受荷载，而且荷载在各个截面上的分布都是相同时，土中的应力状态即为平面应变状态，这时垂直于长度方向的任一截面内的附加应力的大小及分布规律都是相同的，而与所取截面的位置无关。（4-7）沿宽度积分（4-8）令可得（4-9）写成简化形式为（4-10）本设计段的路基形式全部为路堤，故其附加应力的值应按竖直梯形条形分布荷载在地基内引起的的应力利用应力叠加原理求得。DK118+850附加应力计算：已知机车轴重P=220kN/m，路堤高度H=8.38m，边坡率m=1.5，路基面宽2b=7.9m计算草图见图4-1。

图4-1（1）地基顶面中点处应力计算Hα=arctan1.5=0.983(rad)Pα=（2）中轴线上地基中各点（从地面算起）应力σz计算如表4表4-2中轴线上地基中各点附加应力计算表Z(m)Iσ1.313.200.465×2=0.930186.01.511.010.460×2=0.920184.04.23.800.421×2=0.842168.462.760.400×2=0.800160.082.070.381×2=0.762152.4101.650.362×2=0.724144.8121.380.290×2=0.580116.0141.180.265×2=0.5