特殊条件下的路基施工——多年冻土演示教学.ppt

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1、特殊条件下的路基施工——多年冻土【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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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。遮挡式路基结构【遮阳棚原理】用具有一定强度，反射性能好的材料，阻挡太阳辐射热能进入路基本体【遮阳棚效果】遮阳棚内沿路基的整个横断面年平均气温远远低于外部空气，棚内地表平均温度比棚外地表温度低5－8℃左右。冻土上限有效抬升，多年冻土年平均地温有效降低。抵御未来气温升高的能力提高。最早提出遮阳棚理论设想的俄罗斯科学家康德拉季耶夫的设

7、计思路【遮挡式路基结构种类】遮阳板边坡遮阳棚路基唐古拉山区遮阳棚1997年开始，中铁西北科学研究院与俄罗斯专家合作在风火山进行遮挡式路基结构研究，2002年青藏公司和中科院开始在北麓河进行研究。研究结果表明这种结构大幅度降低地表温度，提高多年冻土上限，冷却地基土体的效果非常好是未来青藏铁路运营阶段病害整治的有效技术措施之一。通风管路基【原理】通风管埋设到路基土体中，增加土体与空气的接触面，增加传入地基土体的冷量，积极主动的降低地基土体温度。为减少暖季通过通风管流入地基土体的热量，管子两端可以安装温度自动开启风门。【效果】上通风管路基

8、与一般填土路基类似，下通风管路基是地基土体整体温度降低，地温场分布对称性好，可以减少横向变形差异。【结构】根据通风管埋设在路基部位不同可以分为上通风管路基和下通风管路基热棒＋保温板复合结构【原理】路基本体铺设保温材料，可以增大热阻，减