【管理资料】特殊条件下的路基施工——多年冻土汇编

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。
【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
【效果】上通风管路基与一般填土路基类似，下通风管路基是地基土体
Warm
碎石层边坡冷却地基原理
Cold（冷）
Warm（热）
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
片石气冷路基结构
5.0m 0.4m
30.0m
3.0m
30.2m
7.2m
C
D 1:1.75E
【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。
天然条件下季节融化层类似保温层
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
特殊条件下的路基施工——多 年冻土
天然地面
多年冻土上 限附近冰层
多年冻土上限
【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
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
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。
太阳 辐射
上限上升 上限基本不变
上限下移
季节融化层 多年冻土层
多年冻土上限
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
【片石气冷+碎石护坡路基效果】集其他两 种之优点，效果更好
3.0m
青藏铁路片石 气冷路基结构 的应用及效果
块石层路基试验段 碎石层边坡实景
块石层路楚基玛实尔景河地区片石气冷路基+碎石护坡
块石层路基施工
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。
3.碎石边坡路基
30.0m
A B' N M
24.0m
7.2m
1.6m
E 3.4m F
C'
D 1:1.75
I
C
II
V B''
B
VI
III
IV
0.8m
G H'
H
V
30.0m
I'' I
Байду номын сангаас
I' J K
L
2.片石层+碎石护坡路基
3.8m 1.2m
0.4m 30.0m
【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。
聚集（截水沟）。减少冻胀量和融沉量。
遮阳板结构
病害整治主 要工程技术
片石气冷边坡和护道
遮阳棚路基
热棒路基
三. 主动冷却地基土体的工程结构
块石路基原理 块石层冷却地基原理
Cold
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
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。
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，减小外界热量对冻土地基的热干
扰，其作用有正负效应，正效应达到隔热，防止冻土地基土体升温，负效应则阻隔了寒 季冻土地基冷储量增加。热棒作用原理恰恰是在暖季不工作，寒季可以通过管内气液转 换过程的吸热原理，降低周围土体温度，增加地基土体冷储量，在保温板下方插设热棒， 既可以在暖季利用保温板的隔热减少传入地基土体热量，又可以在寒季利用热棒的制冷 功能增加地基土体冷储量。 【结构】根据保温板在路基中埋设位置不同（上部和底部），结构形式分两种（热棒只 能设在坡脚处）。
遮挡式路基结构
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计思路
【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。
4
挡水埝
0 天然上限
-4
拉萨
单位：米
8
16
24
32
40
48
56
64
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。
3.4m I
F
30.0m
5 .0m
A
BC BB
II V
III
N
IV
GH
3m HI
30.0m J
I K
M
L
0.4m 30.0m
3.0m
30.0m
A B' N M
24.0m
7.2m
1.4m
E 3.4m F
C'
D 1:1.75
I
C
V
II
B
III
IV
0.4m
G H'
H
V
30.0m
I
I' J
K
L
1.片石气冷路基