路基多年冻土相关问题研究论文

青藏铁路的冻土区使用了“热棒”技术，所谓的热棒是一根根中空密闭的钢管，直径约15厘米，高约2米，里面注入氨水，并将热棒的一部份埋入地下，由于上下的温差会让氨水变成气体上升，带走热量，可用以降低冻土的温度，到了夏季，热棒则停止工作。

中国的青藏铁路全长1956公里，其中有长达550公里的地段需要通过冻土层，其中风火山隧道全部位于永久冻土层内，另外还有长达111公里的 “片石层通风路基”。工程师需要透过多种方法如：石气冷、碎石护坡、以桥代路、热棒降温等方式使冻土层的温度稳定，以避免因为冻土层的转变而使铁路的路基不平，防止意外的发生。

相关内容解释

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月)/季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。地球上多年冻土/季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻土面积占陆地面积的25%。

冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险，冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土在不断退化。

多年冻土地区铁路工程施工技术 摘要: 分析了多年冻土的特性以及多年冻土地区路基工程和桥涵基础工程所采取的设计原则，指出了施工工艺的正确选择是解决路基施工的技术关键，以及桥涵基础中的明挖基础施工技术进行了研究和总结，另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。关键词： 多年冻土 铁路 施工技术Abstract: In this thesis, it is discussed such as the characteristics of permafrost, primary engineering geology questions, design's principle, style of the roadbed and foundation under bridge engneering. The practice proves that it is important to choose of construction technics in the roadbed engineering. it is made study of conventional excavation of cutting, in addition, concrete construction is mentioned. Keywords: Permafrost Roadbed; Railway ; Construction Technology多年来国内外在多年冻土地区修筑铁路有成功的经验，也有失败的教训，但都在不同程度上推动了人们对冻土问题的研究，加深了人们对冻土性质的认识。在我国有很多地区都是冻土地区，西藏自治区地处我国西南边疆，面积占全国国土的八分之一，是我国唯一一个不通铁路的省区，青藏铁路作为沟通西藏、青海与内地联系的重要通道，对加强北京和内地与西藏的联系、促进西藏各民族与内地各兄弟民族间的交往、增进各民族的团结、促进社会的发展、提高人民的生活水平、保持社会稳定、维护祖国统一、实施国家西部大开发战略具有极其主要的政治和经济意义。本文分析了多年冻土的特性以及多年冻土地区路基工程和桥涵基础工程所采取的设计原则，指出了施工工艺的正确选择是解决路基施工的技术关键，以及桥涵基础中的明挖基础施工技术进行了研究和总结，另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。1 多年冻土的特性及其对铁路施工的影响冻土是一种有其特殊性的土体，冻土的特殊性在于冻土的物理特性与稳定密切相关，对温度变化极为敏感且性质不稳定。冻土还与土中含冰量有关，而含冰量又直接与温度有关，它随着温度的升高而减少，造成冻土的力学特性发生巨大变化。冻土在正负温度交替变化过程中水分产生剧烈的相变，伴随产生土体体积的变化，表现在工程建设中就是冻胀和融沉变形。多年冻土具有的流变性、融沉性和冻胀性对铁路建设影响严重。由多年冻土引起的特殊工程地质问题，主要有融沉、冻胀和冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热融滑坍、热融湖塘、沼泽湿地、厚层地下冰等不良地质现象。融沉是指多年冻土融化，使建在多年冻土区的建筑物地基变形和破坏，主要表现为路基下沉、路基向阳侧边坡和路肩开裂及下滑、路堑边坡溜塌等。冻胀是土体冻结时产生的最重要的物理一力学过程，是因为水由液体变成了固体，体积膨胀增大而产生的，表现为地表的不均匀升高变形。伴随土的冻胀，在建筑基础表面将作用冻胀力，从而产生冻胀变形，严重时将引起建筑物的破坏。在诸多不良冻土地质现象中，对温度变化最为敏感且对铁路路基的修筑影响最大而且不容易绕避的主要是厚层地下冰，其融化时产生大的下沉量会引起工程建筑物的严重变形和破坏。2 多年冻土地区路基工程施工原则对于路基施工而言，保护冻土，控制融化，破坏冻土原则是路基施工应该遵从的原则。（1）保护冻土原则指应用该原则设计、施工的路基在规定的使用年限内，能保持其热稳定性。即人为上限始终控制在指定的深度范围内，保持其下卧多年冻土的冻结状态。（2）控制融化原则是指在设计使用年限内允许所设计的路基基底(或边坡)多年冻土逐渐完全融化或产生局部融化，而且经融化下沉变形量计算，可以将融化速率和深度控制在路基稳定性所允许的变形范围之内。（3）破坏冻土原则是指在设计文件中规定在施工过程中将基底(或边坡)多年冻土融化或清除(全部或达到设计深度)，并将融化后的水份疏干。3 多年冻土地区的桥涵基础施工技术研究多年冻土地区桥涵地基的设计主要要注意保持冻结，允许融化两大原则。桥涵基础施工的重点是拼装式基础施工和现浇基础施工。基础拼装是工序中的一项重点与难点，为了有效的控制基础拼装的正确就位与平整度要求，施工中应着重从以下方面着手:（1）采用人工配合汽车吊拼装，从入口端开始依次拼装成型；（2）拼装前放出基础的轮廓尺寸，并在构件上标出中心线及吊装顺序的编号，以确保基础的正确就位；（3）垫层顶面严格找平，以确保基础均匀受力，同时做到基础的顶面高差满足设计要求；（4）拼装过程中，为了精确控制基础块的正确就位，技术人员采用经纬仪现场控制每一基础块的就位；（5）为了保证涵节拼装的顺利进行，在基础拼装完成后立即按设计与规范要求进行沉降缝的施工。高原多年冻土区现浇涵洞基础施工与内地普通涵洞的施工方法基本类似，我项目队施工时采用在搅拌站集中拌合，利用运输罐车运至现场，主要不同点表现在以下几个方面:（1）多年冻土区明挖勘姻赌然溅吐觉佣的剧田显早强耐久吐混凝土。（2）在水泥方面则选用了水化热较小的水泥。（3）对混凝土拌合物的入模温度控制较严。为了有效控制其入模温度，要求现场有试验人员进行旁站，并对混凝土拌合物的温度进行严格测量。对拌合物温度达不到要求的，则要求调节水温重新拌合。为了保证砂石料拌合前的温度要求，在寒季施工时，混凝土拌合站搭设有暖棚，并在暖棚内生有火炉，对暖棚内的温度做到严格控制，并及时做好记录。（4）对混凝土的养护要求较严格。当混凝土浇注完毕后，便及时采取防风防冻措施，采用蓄热法养护，待混凝土达到一定的抗冻强度后(七天左右)才能拆除模板。另外，在涵洞基础沉降缝施工完成并检查合格后进行基坑回填，填料采用粗颗粒土，回填前对基础四周侧壁混凝土面按设计要求涂上防冻胀渣油，并采用平板振动夯进行分层夯实。4 多年冻土地区混凝土施工技术研究.多年冻土地区铁路施工多是在一些高原地带，这些地方的一些地段的河流中存在有害离子的侵蚀，部分路段还面临着强烈的风沙磨蚀。在这样特殊的环境下，对混凝土的低温硬化能力和耐久性能提出了更高的要求。低温早强耐久混凝土就是在这种特殊的环境下应运而生的一种高性能混凝土。它具有低温早强、耐腐蚀、高抗冻、高抗渗等高耐久性能，另一特点是早期强度高，后期强度不损失。负温达到极限时，混凝土也基本冻结，强度停止增长，但气温回升时，水泥颗粒继续水化，混凝土强度继续增长。混凝土灌注后，采取适当的加热和保温覆盖措施，较适用于低温环境下的施工。（1）原料的选用拌制低温早强耐久混凝土所用的原材料应符合寒季施工的要求。水泥优先采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥。硫铝酸盐水泥不得与硅酸盐水泥或石灰等碱性材料混和使用。硫(铁)铝酸盐水泥适用于钢筋混凝土现浇细薄截面结构、装配式结构的接头和孔道灌浆。不得使用矾土水泥(高铝水泥)。拌制混凝土用骨料应清洁，不得含有冰、雪、冻块及其它易冻裂物质。(2)试配对低温早强耐久混凝土来说，耐久性要求是其设计的依据。因而需要根据混凝土使用部位及地质条件、原材料情况、最小胶凝材料用量、使用环境温度、最大水胶比、拌合物和易性要求等具体情况选定。（3）拌制过程控制耐久混凝土应集中拌和、集中供应，禁止分散拌和。试验室在每次开盘前应提供当次的施工配合比，搅拌站工作人员应严格执行。拌制设备宜设在温度不低于10℃的暖棚内，拌制混凝土前及停止拌制后应用热水冲洗拌和机。用于低温早强耐久混凝土的外加剂大都是引气剂，掺量过多会大幅降低混凝土的强度引起工程事故，掺量过少则不能发挥外加剂应有的性能。因此，在外加剂的计量上我们设专人负责，在混凝土拌制前事先称量配制并分袋装好。如果使用液体外加剂应随时测定溶液温度，并根据温度变化测定溶液浓度，这样既能保证称量准确又提高了混凝土拌制的工作效率。（4）混凝土浇注在浇注混凝土前，地基基础表面应予清理，并应采取防、排水措施，将模板内的杂物和钢筋上的油污等清除干净，模板应设置稳固，能够满足混凝土侧压力的要求，当模板有缝隙和孔洞时，应予堵塞，不得漏浆。浇注混凝土应分层进行。其分层厚度(指捣实后厚度)应根据混凝土拌制能力、运输条件、浇注速度、振捣能力和结构要求等条件决定。浇注对冻土层有直接影响的混凝土结构时，混凝土的入模温度宜控制在2-5℃，浇注在低温或负温下养护且不与冻土层直接接触的混凝土结构时，混凝土的入模温度宜控制在5-10℃。混凝土浇注应连续进行，当因故间隔时，其间隔时间应根据环境温度、水泥性能、水灰比和外加剂类型等条件通过试验确定。当允许时间己超过时，应按浇注中断处理，同时应留置施工缝，并作记录。施工缝的平面与结构的轴线相垂直，施工缝的处理应满足规范要求。结论多年冻土地区修建铁路工程技术难度大，意义深远。本文进行了多年冻土地区的铁路施工技术研究:要在施工中严格按规范和设计图施工，严格执行环境保护措施。多年冻土地区施工有效工期短，多年冻土非常娇贵，稍有破坏后果很难设想，因此要快速施工，保护冻土上限不被改变是路基施工的关键。另外也对多年冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。冻土路基的稳定问题仍需要进一步进行研究和探讨。参考文献[1]张旭芝,王星华.冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响[J].中国铁道科学,2007,28(4):19-24[2]李成.青藏铁路冻土工程有关问题的探讨[J].铁道勘察,2007,(3):84-86[3]吴青柏,刘永智,于晖.青藏铁路普通路基下部冻土变化分析[J].冰川冻土,2007,29(6):960-968[4]张贵生,梁波,刘德仁.青藏铁路典型工点多年冻土力学特性研究[J].岩土工程界,2007,10(4):27-29[5]冉理.青藏铁路多年冻土工程的探索与实践[J].铁道工程学报,2007,(1):32-39

是特殊路基。特殊路基主要分布在：（1）湿黏土路基、软土地区路基、红黏土地区路基、膨胀土地区路基、黄土地区路基、盐渍土地区路基、风积沙及沙漠地区路基；（2）季节性冻土地区路基、多年冻土地区路基、涎流冰地区路基、雪害地区路基；（3）滑坡地段路基、崩塌与岩堆地段路基、泥石流地区路基；（4）岩溶地区路基、采空区路基；（5）沿河（沿溪）地区路基、水库地区路基、滨海地区路基。

青藏铁路建设中的冻土问题研究系国家组织的联合攻关项目。程国栋院士为该项目的负责人之一，出色完成了任务，该项目获1978年全国科学在会重大科技成果奖。在青海热水煤矿厚层地下冰地段路提试验研究中，他率先将系统的实体工程观测、近似解析计算与计算机数值模拟相结合，既成功地解决了生产问题，又在理论上有重要突破。该成果获1978年中国科学院重大科技成果奖，有关文章在第三届国际冻土会议上发表并得到国际同行的高度评价。程国栋院士在交通部主持的项目青藏公路多年冻土地区黑色路面修筑技术中的青藏公路改建沥青路面工程中的冻土问题研究中成绩卓越。该项目获1987年国家科学技术进步一等奖后，程国栋荣获荣誉证书。在该课题研究基础上由程国栋作为第二作者编撰的专著《冻土路基工程》获1990年全国优秀科技图书二等奖。

冻土的关键问题在融沉。那么，如何解决冻土路基的融沉问题？以程国栋院士为首的青藏铁路冻土科研攻关团队一改以往单纯依赖增加热阻这种消极的方法，在国际上首次提出了以“冷却路基”为核心的积极保护冻土的新思路。目前高温高含冰量路段均采用了冷却路基、主动保护多年冻土的工程措施。中科院知识创新工程重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目首席科学家马巍研究员介绍说，在这一思路指导下，我们进一步研究了新的地温调控原理和高新技术，通过调控辐射、对流、传导等方法，为多年冻土区提出了相应的筑路技术：块石路基结构、通风管路基、热棒 保温材料结构措施、遮阳板措施等。在青藏铁路沿线，记者看到了一段段长长的块石路基结构，即在土路堤底部填筑一定厚度块石，上面再铺筑土层的路堤。据介绍，这种多空隙的“块石层路基”能有效地保护冻土，它好似散热排风扇，冬季从路堤及地基中排除热量，夏季较少吸收热量，起到冷却作用，能降低地基土温度℃以上。在中科院青藏铁路北麓河试验段示范工程现场，记者还看到一种全新的“热棒 保温材料结构”措施：在冻土路基的两旁插着一排排直径约15厘米、高约2米的铁棒。同是“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目首席科学家的吴青柏研究员介绍，这就是热棒。热棒是一根密封的管，里面充以工质（如氨、氟利昂、丙烷、CO2等），管的上端为冷凝器（由散热片组成），下端为蒸发器。当冷凝器温度低于蒸发器的温度时，蒸发器中的液体工质吸收热量，蒸发成汽体工质，在压差作用下，蒸汽上升至冷凝端，放出汽化潜热，再通过冷凝器散热片散出。同时蒸汽工质遇冷冷凝成液体，在重力作用下，液体沿管壁回流至蒸发段，再蒸发。如此往复循环，将热量传出。以青藏高原为例，青藏高原是我国最大的一片冻土区。