青海省地方鐵路建設(shè)凍土技術(shù)問(wèn)題PPT課件

1、天然地面天然多年凍土上限上限附近冰層上限附近冰層季節(jié)融化層季節(jié)融化層多年凍土層多年凍土層太陽(yáng)太陽(yáng)輻射輻射【認(rèn)識(shí)多年凍土認(rèn)識(shí)多年凍土】 多年凍土是天然地表以下某多年凍土是天然地表以下某一深度存在的一種含冰土層，一深度存在的一種含冰土層，它能夠保持在凍結(jié)狀態(tài)它能夠保持在凍結(jié)狀態(tài)2 2年以上。年以上。當(dāng)它不含冰時(shí)稱(chēng)為寒土。當(dāng)它不含冰時(shí)稱(chēng)為寒土。 多年凍土的頂板稱(chēng)為多年多年凍土的頂板稱(chēng)為多年凍土上限，天然地面到多年凍凍土上限，天然地面到多年凍土上限之間是季節(jié)融化層它是土上限之間是季節(jié)融化層它是太陽(yáng)輻射影響下當(dāng)?shù)刈畲蠹竟?jié)太陽(yáng)輻射影響下當(dāng)?shù)刈畲蠹竟?jié)融化深度。融化深度。 多年凍土上限附近往往是多年凍土上限附

2、近往往是冰富集的區(qū)域。冰富集的區(qū)域。 受外界熱的干擾，多年凍受外界熱的干擾，多年凍土上限可能下移，所含冰融化土上限可能下移，所含冰融化造成下沉。造成下沉。 季節(jié)融化層的凍脹融沉變季節(jié)融化層的凍脹融沉變形以及多年凍土上限變化造成形以及多年凍土上限變化造成的凍脹融沉變形是凍土區(qū)鐵路的凍脹融沉變形是凍土區(qū)鐵路路基和涵洞地基變形主要原因。路基和涵洞地基變形主要原因。 多年凍土對(duì)橋梁樁基的凍多年凍土對(duì)橋梁樁基的凍結(jié)力是樁基承載力的來(lái)源。結(jié)力是樁基承載力的來(lái)源。第1頁(yè)/共36頁(yè)【凍土區(qū)筑路技術(shù)問(wèn)題難度凍土區(qū)筑路技術(shù)問(wèn)題難度】自然條件的變化（氣溫升高）和工程活動(dòng)熱影響，使多年凍土發(fā)生變化（地溫升高、上限變化

3、），體現(xiàn)在工程上就是凍脹融沉變形影響工程建筑物的穩(wěn)定?！緝鐾羺^(qū)筑路技術(shù)核心】通過(guò)相應(yīng)的工程結(jié)構(gòu)和工程措施控制多年凍土層溫度，控制多年凍土的活動(dòng)層（季節(jié)融化層）變化，從而控制活動(dòng)層的凍脹融沉變形，使其上工程建筑物在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的變形控制在允許范圍內(nèi)。 因此，控制凍脹融沉變形是凍土區(qū)筑路技術(shù)的核心問(wèn)題控制凍脹融沉變形是凍土區(qū)筑路技術(shù)的核心問(wèn)題。天然地面多年凍土上限多年凍土上限多年凍土上限附近冰層第2頁(yè)/共36頁(yè) 第一、通過(guò)目前最先進(jìn)的技術(shù)手段，以先進(jìn)的科學(xué)理論全面、第一、通過(guò)目前最先進(jìn)的技術(shù)手段，以先進(jìn)的科學(xué)理論全面、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)青藏鐵路的多年凍土。準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)青藏鐵路的多年凍土。 第二、在以上基礎(chǔ)上確

4、定科學(xué)先進(jìn)的技術(shù)路線、設(shè)計(jì)思想，第二、在以上基礎(chǔ)上確定科學(xué)先進(jìn)的技術(shù)路線、設(shè)計(jì)思想，提出解決凍土問(wèn)題的技術(shù)手段，也就是有效的工程措施和工程結(jié)提出解決凍土問(wèn)題的技術(shù)手段，也就是有效的工程措施和工程結(jié)構(gòu)，不斷完善加強(qiáng)。并在施工、建設(shè)管理過(guò)程中強(qiáng)化實(shí)施。構(gòu)，不斷完善加強(qiáng)。并在施工、建設(shè)管理過(guò)程中強(qiáng)化實(shí)施。 第三、以科學(xué)的手段驗(yàn)證、科學(xué)的理論預(yù)測(cè)所采用工程措施第三、以科學(xué)的手段驗(yàn)證、科學(xué)的理論預(yù)測(cè)所采用工程措施和工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期可靠性。和工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期可靠性。 第四、對(duì)今后長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)可能發(fā)生的問(wèn)題，進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)，第四、對(duì)今后長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)可能發(fā)生的問(wèn)題，進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)，并有應(yīng)對(duì)技術(shù)措施和技術(shù)儲(chǔ)備并有應(yīng)對(duì)技術(shù)措

5、施和技術(shù)儲(chǔ)備第3頁(yè)/共36頁(yè)鉆探調(diào)查試驗(yàn)一一.柴達(dá)爾木里鐵路的多年凍土柴達(dá)爾木里鐵路的多年凍土 多年凍土熱穩(wěn)定性是決定凍土區(qū)工程設(shè)計(jì)思想的主要多年凍土熱穩(wěn)定性是決定凍土區(qū)工程設(shè)計(jì)思想的主要因素，多年凍土年平均地溫是多年凍土熱穩(wěn)定性的重因素，多年凍土年平均地溫是多年凍土熱穩(wěn)定性的重要標(biāo)志，以多年凍土年平均地溫（要標(biāo)志，以多年凍土年平均地溫（TcpTcp）為基礎(chǔ)，將青為基礎(chǔ)，將青藏鐵路多年凍土區(qū)劃分為四個(gè)地溫區(qū)：藏鐵路多年凍土區(qū)劃分為四個(gè)地溫區(qū)：高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)(區(qū)）區(qū)）0Tcp-0.5 0Tcp-0.5 高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)(區(qū)）區(qū)）-0.5-0.5 Tcp -1

6、.0 Tcp -1.0 低溫基本穩(wěn)定凍土區(qū)低溫基本穩(wěn)定凍土區(qū)(區(qū)）區(qū)）-1.0-1.0Tcp-2.0 Tcp-2.0 低溫穩(wěn)定凍土區(qū)低溫穩(wěn)定凍土區(qū)(區(qū)）區(qū)）TcpTcp-2.0-2.0 凍土含冰量決定其工程性質(zhì)，決定工程建筑物變凍土含冰量決定其工程性質(zhì)，決定工程建筑物變形，根據(jù)凍土含冰量大小把多年凍土分為低含冰量?jī)鲂?，根?jù)凍土含冰量大小把多年凍土分為低含冰量?jī)鐾粒ㄉ俦?、多冰）和高含冰量?jī)鐾粒ǜ槐?、飽冰、含土（少冰、多冰）和高含冰量?jī)鐾粒ǜ槐?、飽冰、含土冰層、厚層地下冰）土冰層、厚層地下冰?柴達(dá)木木里地方鐵路全線均有多年凍土分布。柴達(dá)木木里地方鐵路全線均有多年凍土分布?？傞L(zhǎng)總長(zhǎng)75.69km7

7、5.69km，少冰、多冰多年凍土，少冰、多冰多年凍土32.75km32.75km，富冰、，富冰、飽冰多年凍土飽冰多年凍土36.04km36.04km，含土冰層多年凍土，含土冰層多年凍土6.9km6.9km。 不良凍土現(xiàn)象：冰錐，凍脹丘，熱融現(xiàn)象，凍土不良凍土現(xiàn)象：冰錐，凍脹丘，熱融現(xiàn)象，凍土沼澤，凍土濕地沼澤，凍土濕地 第4頁(yè)/共36頁(yè)柴達(dá)木木里地方鐵路與青藏鐵路多年凍土的區(qū)別柴達(dá)木木里地方鐵路與青藏鐵路多年凍土的區(qū)別生存生存環(huán)境環(huán)境青藏鐵路典型青藏鐵路典型地段緯度低，地段緯度低，海拔高，年平海拔高，年平均氣溫變化大均氣溫變化大地形地貌復(fù)雜地形地貌復(fù)雜昆侖山區(qū)：昆侖山區(qū)： 5.65.6楚瑪爾河

8、：楚瑪爾河： 4.24.2北麓河：北麓河： 3.83.8風(fēng)火山：風(fēng)火山： 6.26.2沱沱河：沱沱河： 4.04.0唐古拉山：唐古拉山： 5.85.8安多：安多： 3.83.8柴達(dá)木木里柴達(dá)木木里緯度高，海拔緯度高，海拔低，主要是河低，主要是河流階地河高山流階地河高山臺(tái)地地貌臺(tái)地地貌木里多年凍土地區(qū)年平均氣溫3.73.7，剛察地區(qū)年平均氣溫0.30.3，天俊地區(qū)年平均氣溫0.50.5。木里地中熱交換年平衡為負(fù)值，影響凍土生存第5頁(yè)/共36頁(yè)青海熱水地區(qū)地氣參數(shù)青海熱水地區(qū)地氣參數(shù)名稱(chēng)名稱(chēng)年平均溫度年平均溫度（）溫度年較差溫度年較差（）凍結(jié)指數(shù)凍結(jié)指數(shù) 度度. .日）日）融化指數(shù)融化指數(shù) 度度

9、日）日）觀測(cè)值觀測(cè)值差值差值觀測(cè)值觀測(cè)值差值差值觀測(cè)值觀測(cè)值N Nf f觀測(cè)值觀測(cè)值N Nt t氣溫氣溫-3.7-3.723.923.920592059707707天然草地天然草地-1.0-1.0* *2.72.7* *25.925.92.02.0166816680.810.81130513051.851.85草炭草炭亞粘土亞粘土-1.7-1.72.02.024.424.40.50.5172917290.840.84113511351.611.61碎石碎石亞粘土亞粘土-0.8-0.82.92.926.226.22.32.3168916890.820.82140614061.991.99砂礫石砂

10、礫石-0.7-0.7* *3.03.0* *26.026.02.12.1161616160.790.79136613662.262.26第6頁(yè)/共36頁(yè)太陽(yáng)太陽(yáng)輻射輻射季節(jié)融化層季節(jié)融化層多年凍土層多年凍土層多年凍土上限 在多年凍土區(qū)修建鐵路的原理：在多年凍土區(qū)修建鐵路的原理： 天然條件下季節(jié)融化層好像一層保溫層，保護(hù)著多年凍土處在凍結(jié)狀態(tài)天然條件下季節(jié)融化層好像一層保溫層，保護(hù)著多年凍土處在凍結(jié)狀態(tài) 修建鐵路路基時(shí)，壓實(shí)地表或鏟掉植被、路堤填土或其他結(jié)構(gòu)形式，均改變了修建鐵路路基時(shí)，壓實(shí)地表或鏟掉植被、路堤填土或其他結(jié)構(gòu)形式，均改變了原來(lái)季節(jié)融化層保溫效果，有可能使多年凍土發(fā)生三種變化：原來(lái)

11、季節(jié)融化層保溫效果，有可能使多年凍土發(fā)生三種變化：1 1上限下移，上限下移，2 2上限基本不變，上限基本不變，3 3上限上升。上限下移造成較大凍脹融沉變形。上限上升。上限下移造成較大凍脹融沉變形。 修建鐵路采取各種措施，使多年凍土上限不下移，保證工程建筑物穩(wěn)定修建鐵路采取各種措施，使多年凍土上限不下移，保證工程建筑物穩(wěn)定修建鐵路后可能發(fā)生三種情況：1.上限下移，2.上限基本不變，3.上限上升上限下移上限下移上限基本不變上限上升上限上升天然條件下季節(jié)融化層類(lèi)似保溫層天然條件下季節(jié)融化層類(lèi)似保溫層第7頁(yè)/共36頁(yè)二、柴達(dá)木木里鐵路凍土區(qū)筑路技術(shù)關(guān)鍵二、柴達(dá)木木里鐵路凍土區(qū)筑路技術(shù)關(guān)鍵 青藏鐵路的建

12、設(shè)實(shí)踐給我們的借鑒：青藏鐵路的建設(shè)實(shí)踐給我們的借鑒： 1.1.在設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)管理中貫徹在設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)管理中貫徹“冷卻冷卻地基土體，減少傳入地基土體熱量，保證凍土地基土體，減少傳入地基土體熱量，保證凍土熱穩(wěn)定性，從而保證工程建筑物的穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性，從而保證工程建筑物的穩(wěn)定性”的的技術(shù)指導(dǎo)思想。技術(shù)指導(dǎo)思想。 2.2.采取采取“冷卻地基土體冷卻地基土體”為主的科學(xué)、先為主的科學(xué)、先進(jìn)的工程結(jié)構(gòu)和可靠的工程措施。進(jìn)的工程結(jié)構(gòu)和可靠的工程措施。 3.3.“減少對(duì)凍土熱擾動(dòng)減少對(duì)凍土熱擾動(dòng)”為核心的科學(xué)的為核心的科學(xué)的施工工藝、施工組織，保證設(shè)計(jì)思想完整體現(xiàn)。施工工藝、施工組織，保證設(shè)計(jì)思想完整

13、體現(xiàn)。第8頁(yè)/共36頁(yè)塊石層冷卻地基原理塊石層冷卻地基原理Cold（冷）Warm（熱）碎石層邊坡冷卻地基原理碎石層邊坡冷卻地基原理三三. 主動(dòng)冷卻地基土體的工程結(jié)構(gòu)主動(dòng)冷卻地基土體的工程結(jié)構(gòu)片石層頂部溫度低于底部對(duì)流蓄冷片石層頂部溫度低于底部對(duì)流蓄冷片石層頂部溫度高于底部接觸熱傳導(dǎo)片石層頂部溫度高于底部接觸熱傳導(dǎo)片石空隙阻止熱量向下片石空隙阻止熱量向下總體類(lèi)似熱開(kāi)關(guān)或熱二極管作用，年度總體類(lèi)似熱開(kāi)關(guān)或熱二極管作用，年度熱量收支冷量積累占優(yōu)熱量收支冷量積累占優(yōu)碎石層外部溫度低于底部對(duì)流蓄冷碎石層外部溫度低于底部對(duì)流蓄冷碎石層外部溫度高于底部接觸熱傳導(dǎo)碎石層外部溫度高于底部接觸熱傳導(dǎo)碎石層邊坡沿坡

14、面的煙囪效應(yīng)碎石層邊坡沿坡面的煙囪效應(yīng)總體類(lèi)似熱開(kāi)關(guān)或熱二極管作用，年度總體類(lèi)似熱開(kāi)關(guān)或熱二極管作用，年度熱量收支冷量積累占優(yōu)熱量收支冷量積累占優(yōu)塊石路基原理第9頁(yè)/共36頁(yè)VIVIIII7.2m3.4mM3.0mNAB1:1.75CDE30.0mLFG0.4mHIKJII30.0m5 .0m30.2m30.0m3mBBCIHIII24.0m7.2m3.4mNM3.0mAB1:1.75CDE30.0mIVL30.0mFIG0.4mHIKJ30.0mIIC1.4m0.4mHI5.0mVVB片石氣冷路基結(jié)構(gòu)【片石氣冷路基效果片石氣冷路基效果】與普通路基相比，通過(guò)基底傳入地基土體冷量大24倍。由于片

15、石層的應(yīng)力擴(kuò)散作用，還能有效的抑止路基變形，而幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)片石層可以減少橫向變形差異。 【碎石邊坡路基效果碎石邊坡路基效果】具有與片石層一樣的冷卻效果，另外減少了通過(guò)邊坡傳遞的太陽(yáng)輻射熱，減少了各種自然因素對(duì)邊坡的侵蝕?！酒瘹饫?碎石護(hù)坡路基效果】集其他兩種之優(yōu)點(diǎn)，效果更好III24.0m7.2m3.4mNM3.0mAB1:1.75CDE30.0mIVL30.0mFIG0.4mHIKJ30.0mIIC1.6m0.8mHI3.8mVVBBIVI1.2m1.片石氣冷路基2.片石層+碎石護(hù)坡路基3.碎石邊坡路基第10頁(yè)/共36頁(yè)塊石層路基試驗(yàn)段碎石層邊坡實(shí)景青藏鐵路片石氣冷路基結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及效果塊

16、石層路基施工塊石層路基實(shí)景楚瑪爾河地區(qū)片石氣冷路基楚瑪爾河地區(qū)片石氣冷路基+ +碎石護(hù)坡碎石護(hù)坡第11頁(yè)/共36頁(yè)熱棒路基原理熱棒路基原理?yè)?水 埝- 4043 22 41 686 45 64 84 0天 然 上 限拉 薩單 位 ： 米 熱管（熱棒）技術(shù)是熱管（熱棒）技術(shù)是6060年代初發(fā)展起來(lái)的一種廣泛用于土木工程中的冷年代初發(fā)展起來(lái)的一種廣泛用于土木工程中的冷凍技術(shù)。它無(wú)需外加動(dòng)力源，實(shí)際上是一種無(wú)芯重力式熱管。熱管（熱棒）凍技術(shù)。它無(wú)需外加動(dòng)力源，實(shí)際上是一種無(wú)芯重力式熱管。熱管（熱棒）路基，他的特點(diǎn)在于充分利用自然能源，在溫差作用下驅(qū)動(dòng)內(nèi)部制冷工質(zhì)的路基，他的特點(diǎn)在于充分利用自然能源，

17、在溫差作用下驅(qū)動(dòng)內(nèi)部制冷工質(zhì)的汽液兩相對(duì)流循環(huán)，通過(guò)蒸發(fā)段蒸發(fā)吸熱作用降低周?chē)鷥鐾翜囟?，增加凍土汽液兩相?duì)流循環(huán)，通過(guò)蒸發(fā)段蒸發(fā)吸熱作用降低周?chē)鷥鐾翜囟?，增加凍土本身的冷?chǔ)量，提高凍土的熱穩(wěn)定性。本身的冷儲(chǔ)量，提高凍土的熱穩(wěn)定性。 熱棒作用原理熱棒作用原理重力、溫差驅(qū)動(dòng)、無(wú)重力、溫差驅(qū)動(dòng)、無(wú)源制冷。工作條件：源制冷。工作條件：環(huán)境溫度低于蒸發(fā)段環(huán)境溫度低于蒸發(fā)段土層溫度土層溫度 熱棒作用效果圖中深藍(lán)色天藍(lán)色湖藍(lán)色為熱棒降溫區(qū)域變化圖。熱棒路基實(shí)際作用效果凍土區(qū)路基坡向不同，基底多年凍土上限變化形態(tài)不對(duì)稱(chēng)，坡腳打入熱棒后，可以改變這種不對(duì)稱(chēng)，減少路基變形差異。第12頁(yè)/共36頁(yè)熱棒路基應(yīng)用熱棒路

18、基應(yīng)用路肩熱棒熱棒路基效果熱棒路基效果 熱棒路基種類(lèi)基本上是以熱棒在路基上熱棒路基種類(lèi)基本上是以熱棒在路基上的位置來(lái)劃分的。路肩熱棒是以增加地基的位置來(lái)劃分的。路肩熱棒是以增加地基土體冷量?jī)?chǔ)存，抬高路肩部位基底多年凍土體冷量?jī)?chǔ)存，抬高路肩部位基底多年凍土上限為目的，坡腳熱棒是以增加地基土土上限為目的，坡腳熱棒是以增加地基土體冷量?jī)?chǔ)存，抬高坡腳部位基底多年凍土體冷量?jī)?chǔ)存，抬高坡腳部位基底多年凍土上限為目的，坡腳斜插熱棒是以增加地基上限為目的，坡腳斜插熱棒是以增加地基土體冷量?jī)?chǔ)存，抬高坡腳和路肩部位基底土體冷量?jī)?chǔ)存，抬高坡腳和路肩部位基底多年凍土上限為目的。多年凍土上限為目的。 所有熱棒路基結(jié)構(gòu)都

19、能夠增加地基土所有熱棒路基結(jié)構(gòu)都能夠增加地基土體冷儲(chǔ)量和抬高相應(yīng)部位多年凍土上限，體冷儲(chǔ)量和抬高相應(yīng)部位多年凍土上限，但是根據(jù)路基變形資料和地溫場(chǎng)資料分但是根據(jù)路基變形資料和地溫場(chǎng)資料分析，坡腳熱棒路基結(jié)構(gòu)在減少路基橫向析，坡腳熱棒路基結(jié)構(gòu)在減少路基橫向變形差異、抑止縱向裂縫發(fā)生、提供抬變形差異、抑止縱向裂縫發(fā)生、提供抬高坡腳處凍土上限來(lái)增加路基本體穩(wěn)定高坡腳處凍土上限來(lái)增加路基本體穩(wěn)定性上效果更好。性上效果更好。安多附近斜安多附近斜插熱棒路基插熱棒路基第13頁(yè)/共36頁(yè)遮擋式路基結(jié)構(gòu)遮擋式路基結(jié)構(gòu) 【遮陽(yáng)棚原理遮陽(yáng)棚原理】用具有一定強(qiáng)度，反射性能好的材料，阻擋太陽(yáng)輻射熱能進(jìn)入路基本體 【遮陽(yáng)

20、棚效果遮陽(yáng)棚效果】遮陽(yáng)棚內(nèi)沿路基的整個(gè)橫斷面年平均氣溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外部空氣，棚內(nèi)地表平均溫度比棚外地表溫度低58左右。凍土上限有效抬升，多年凍土年平均地溫有效降低。抵御未來(lái)氣溫升高的能力提高。 最早提出遮陽(yáng)棚理論設(shè)想的俄羅斯科學(xué)家康德拉季耶夫的設(shè)計(jì)思路第14頁(yè)/共36頁(yè)【遮擋式路基結(jié)構(gòu)種類(lèi)遮擋式路基結(jié)構(gòu)種類(lèi)】遮陽(yáng)板邊坡遮陽(yáng)板邊坡遮陽(yáng)棚路基唐古拉山區(qū)遮陽(yáng)棚唐古拉山區(qū)遮陽(yáng)棚 1997年開(kāi)始，中鐵西北科學(xué)研究院與俄羅斯專(zhuān)家合作在風(fēng)火山進(jìn)行遮擋式路基結(jié)構(gòu)研究，2002年青藏公司和中科院開(kāi)始在北麓河進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明這種結(jié)構(gòu)大幅度降低地表溫度，提高多年凍土上限，冷卻地基土體的效果非常好是未來(lái)青藏鐵路運(yùn)營(yíng)

21、階段病害整治的有效技術(shù)措施之一。第15頁(yè)/共36頁(yè)通風(fēng)管路基通風(fēng)管路基【原理】通風(fēng)管埋設(shè)到路基土體中，增加土體與空氣的接觸面，增加傳入地基土體的冷量，積極主動(dòng)的降低地基土體溫度。為減少暖季通過(guò)通風(fēng)管流入地基土體的熱量，管子兩端可以安裝溫度自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)門(mén)?！拘Ч可贤L(fēng)管路基與一般填土路基類(lèi)似，下通風(fēng)管路基是地基土體整體溫度降低，地溫場(chǎng)分布對(duì)稱(chēng)性好，可以減少橫向變形差異。【結(jié)構(gòu)】根據(jù)通風(fēng)管埋設(shè)在路基部位不同可以分為上通風(fēng)管路基和下通風(fēng)管路基第16頁(yè)/共36頁(yè)熱棒保溫板復(fù)合結(jié)構(gòu)熱棒保溫板復(fù)合結(jié)構(gòu)【原理】路基本體鋪設(shè)保溫材料，可以增大熱阻，減小外界熱量對(duì)凍土地基的熱干擾，其作用有正負(fù)效應(yīng)，正效應(yīng)達(dá)到隔

22、熱，防止凍土地基土體升溫，負(fù)效應(yīng)則阻隔了寒季凍土地基冷儲(chǔ)量增加。熱棒作用原理恰恰是在暖季不工作，寒季可以通過(guò)管內(nèi)氣液轉(zhuǎn)換過(guò)程的吸熱原理，降低周?chē)馏w溫度，增加地基土體冷儲(chǔ)量，在保溫板下方插設(shè)熱棒，既可以在暖季利用保溫板的隔熱減少傳入地基土體熱量，又可以在寒季利用熱棒的制冷功能增加地基土體冷儲(chǔ)量。【結(jié)構(gòu)】根據(jù)保溫板在路基中埋設(shè)位置不同（上部和底部），結(jié)構(gòu)形式分兩種（熱棒只能設(shè)在坡腳處）。北麓河實(shí)體工程北麓河實(shí)體工程施工過(guò)程示意圖施工過(guò)程示意圖第17頁(yè)/共36頁(yè)被動(dòng)保溫結(jié)構(gòu)的局限性等效保溫層原理和路基最小填筑高度等效保溫層原理和路基最小填筑高度保溫板路基保溫板路基 修建鐵路路基時(shí)，壓實(shí)地表或鏟掉植

23、被、路堤填土，改變了原來(lái)季節(jié)融化層保溫效果，一般采用等效保溫層原理，利用增大熱阻，即增加路基填土高度的方法達(dá)到等效保溫效果，地基多年凍土不致破壞。能夠達(dá)到原來(lái)季節(jié)融化層保溫效果的最小填土高度，稱(chēng)路基最小填筑高度。他受當(dāng)?shù)貧夂驐l件、填土種類(lèi)影響而變化。設(shè)計(jì)暫規(guī)規(guī)定了不同地段、不同填土種類(lèi)的最小填土高度。 路基上部或底部埋設(shè)一定厚度保溫板（聚苯乙烯、聚胺脂泡沫板等），阻止熱量傳入地基土體，這種路基結(jié)構(gòu)稱(chēng)為保溫板路基。 在低溫凍土區(qū)，應(yīng)用在低路堤、路塹能起到積極的效果，因凍土，地基有足夠的冷儲(chǔ)量保持凍土上限或使上限上升。對(duì)于高溫凍土區(qū)，凍土地基的冷儲(chǔ)量有限，缺乏寒季的冷能補(bǔ)給，不利于凍土保護(hù)。 有部

24、分越嶺地段，受線路縱坡限制，路基填土高度達(dá)不到最小填土高度，有時(shí)采用一定厚度保溫板等效代替土層厚度，如果是在高溫凍土區(qū)，為了保證凍土的凍結(jié)狀態(tài)不致于受到破壞，應(yīng)采取熱棒保溫板復(fù)合結(jié)構(gòu)。局限性第18頁(yè)/共36頁(yè)土護(hù)道普通土路基土護(hù)道上裂縫土護(hù)道普通土路基上裂縫 這種結(jié)構(gòu)形式的路基，雖然由于土層的保溫作用，在一定時(shí)間內(nèi)也可以使基底多年凍土抬升，但是在高溫凍土區(qū)，抵御未來(lái)氣溫升高影響的能力很差。而且由于幾何尺寸的缺陷，基底多年凍土抬升后的形態(tài)不對(duì)稱(chēng)，容易造成橫向變形不均勻，加上土體本身抗拉伸變形能力差，進(jìn)而發(fā)展成為縱向裂縫。 目前，青藏鐵路凍土區(qū)已經(jīng)不再使用這種工程結(jié)構(gòu)，已經(jīng)存在的這種路基已經(jīng)采用不

25、同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。第19頁(yè)/共36頁(yè)凍土區(qū)橋梁基礎(chǔ)種類(lèi)和應(yīng)用凍土區(qū)橋梁基礎(chǔ)種類(lèi)和應(yīng)用 高溫高含冰量?jī)鐾羺^(qū)，高溫高含冰量?jī)鐾羺^(qū)， “以橋代路以橋代路”普遍應(yīng)用，和普遍應(yīng)用，和一般凍土區(qū)橋梁一樣，主要采用灌注樁基礎(chǔ)，樁的承一般凍土區(qū)橋梁一樣，主要采用灌注樁基礎(chǔ)，樁的承載力主要由凍土的凍結(jié)力形成。由此引發(fā)凍土區(qū)樁基載力主要由凍土的凍結(jié)力形成。由此引發(fā)凍土區(qū)樁基施工如何減少對(duì)凍土熱擾動(dòng)、縮短回凍過(guò)程、盡早形施工如何減少對(duì)凍土熱擾動(dòng)、縮短回凍過(guò)程、盡早形成承載力和承載力形成的不同階段如何安排后續(xù)工序成承載力和承載力形成的不同階段如何安排后續(xù)工序等一系列關(guān)鍵施工技術(shù)問(wèn)題。等一系列關(guān)鍵施工技術(shù)問(wèn)題。 清水

26、河清水河“以橋代路以橋代路”特大特大橋橋第20頁(yè)/共36頁(yè)國(guó)內(nèi)多年凍土地區(qū)樁基研究基本情況國(guó)內(nèi)多年凍土地區(qū)樁基研究基本情況年平均地溫年平均地溫/凍土上限凍土上限/m樁型樁型樁徑樁徑/m樁長(zhǎng)樁長(zhǎng)/m回凍時(shí)回凍時(shí)間間/m極限荷極限荷載載/kN勁濤勁濤-4.00.40.6灌注灌注0.2628五道梁五道梁-1.51.02.42.5打入打入0.46.5236080-1.3-1.0插入插入0.36.963053清水河清水河-1.1-0.62.02.5打入打入0.558.01190140-0.6-0.4插入插入0.558.651560100-0.7-0.4灌注灌注0.658.55060180220楚瑪楚瑪爾

27、河爾河-1.51.52.0打入打入0.4711-1.02.02.5打入打入0.55711-1.51.52.0插入插入0.31015-1.02.02.5插入插入0.551015昆侖昆侖山口山口-2.01.4插入插入0.47.5152580插入插入0.385.06.515灌注灌注0.57.07.5455060180第21頁(yè)/共36頁(yè)【凍土區(qū)采用灌注樁基礎(chǔ)和氣冷結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)凍土區(qū)采用灌注樁基礎(chǔ)和氣冷結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)】 在未來(lái)氣溫變化條件下，高溫高含冰量?jī)鐾羺^(qū)的路基結(jié)構(gòu)，在未來(lái)氣溫變化條件下，高溫高含冰量?jī)鐾羺^(qū)的路基結(jié)構(gòu)，不能完全保證路基變形能夠控制在容許范圍。充分考慮未來(lái)氣不能完全保證路基變形能夠控制在容許

28、范圍。充分考慮未來(lái)氣溫變化對(duì)凍土力學(xué)性質(zhì)和橋梁樁基礎(chǔ)承載力的影響，按照凍結(jié)溫變化對(duì)凍土力學(xué)性質(zhì)和橋梁樁基礎(chǔ)承載力的影響，按照凍結(jié)和融化兩種狀態(tài)進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)，在高溫高含冰量?jī)龊腿诨瘍煞N狀態(tài)進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)，在高溫高含冰量?jī)鐾羺^(qū)采取以橋代路工程結(jié)構(gòu)，將最大限度的抵御氣溫變化影響，土區(qū)采取以橋代路工程結(jié)構(gòu)，將最大限度的抵御氣溫變化影響，保證線路安全運(yùn)營(yíng)。保證線路安全運(yùn)營(yíng)。 橋梁結(jié)構(gòu)還能夠起到遮陽(yáng)棚作用，在線路兩側(cè)相當(dāng)于墩臺(tái)橋梁結(jié)構(gòu)還能夠起到遮陽(yáng)棚作用，在線路兩側(cè)相當(dāng)于墩臺(tái)高度范圍內(nèi)對(duì)多年凍土起到遮擋降溫保護(hù)作用。高度范圍內(nèi)對(duì)多年凍土起到遮擋降溫保護(hù)作用。第22頁(yè)/共36頁(yè)凍土區(qū)橋梁施

29、工關(guān)鍵技術(shù)凍土區(qū)橋梁施工關(guān)鍵技術(shù) 凍土區(qū)橋梁基礎(chǔ)一般采用三種樁基礎(chǔ)凍土區(qū)橋梁基礎(chǔ)一般采用三種樁基礎(chǔ)：灌注樁、插入樁、：灌注樁、插入樁、打入樁。單純從施工過(guò)程對(duì)多年凍土的擾動(dòng)程度以及樁基打入樁。單純從施工過(guò)程對(duì)多年凍土的擾動(dòng)程度以及樁基回凍形成設(shè)計(jì)承載力的時(shí)間分析，他們的優(yōu)劣程度依次為回凍形成設(shè)計(jì)承載力的時(shí)間分析，他們的優(yōu)劣程度依次為插入樁打入樁灌注樁。但是在形成設(shè)計(jì)承載力以后，插入樁打入樁灌注樁。但是在形成設(shè)計(jì)承載力以后，抵御未來(lái)氣溫變化的影響分析，灌注樁最優(yōu)。抵御未來(lái)氣溫變化的影響分析，灌注樁最優(yōu)。 施工技術(shù)指導(dǎo)思想：施工技術(shù)指導(dǎo)思想： 冷卻地基土體、減少對(duì)凍土的熱擾動(dòng)冷卻地基土體、減少對(duì)凍

30、土的熱擾動(dòng) 施工關(guān)鍵技術(shù)：施工關(guān)鍵技術(shù)： 采用不同能夠減少樁周地基土局部融化和對(duì)回凍的影采用不同能夠減少樁周地基土局部融化和對(duì)回凍的影響的施工工藝進(jìn)行樁基礎(chǔ)成孔，。響的施工工藝進(jìn)行樁基礎(chǔ)成孔，。 選用對(duì)凍土的熱擾動(dòng)最小的旋挖鉆機(jī)，采用選用對(duì)凍土的熱擾動(dòng)最小的旋挖鉆機(jī)，采用“干鉆法干鉆法”成孔，提高機(jī)械化程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度，成孔，提高機(jī)械化程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度，減少施工造成的環(huán)境污染，使施工技術(shù)與設(shè)計(jì)思想在減少減少施工造成的環(huán)境污染，使施工技術(shù)與設(shè)計(jì)思想在減少對(duì)凍土的熱擾動(dòng)上保持一致。對(duì)凍土的熱擾動(dòng)上保持一致。第23頁(yè)/共36頁(yè)平整場(chǎng)地鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)位置鉆機(jī)就位挖埋外護(hù)筒外

31、護(hù)筒制作測(cè)量樁位灌注混凝土混凝土制備制作混凝土試件鉆渣棄運(yùn)地表鋪設(shè)隔熱層成樁檢測(cè)樁頭處理護(hù)筒外壁涂油渣安放內(nèi)護(hù)筒內(nèi)護(hù)筒制作鋼筋籠安放清孔成孔檢查監(jiān)理工程師簽認(rèn)鋼筋籠制作高溫高含冰量?jī)鐾羺^(qū)旋挖鉆機(jī)鉆孔灌注樁施工工藝流程 第24頁(yè)/共36頁(yè)凍土區(qū)樁基混凝土施工技術(shù)：凍土區(qū)樁基混凝土施工技術(shù)：寒季灌注樁基混凝土拌和試驗(yàn)寒季灌注樁基混凝土拌和試驗(yàn)暖季灌注樁基混凝土拌和試驗(yàn)暖季灌注樁基混凝土拌和試驗(yàn)樁基混凝土灌注技術(shù)：樁基混凝土灌注技術(shù)： 合理調(diào)整混凝土配合比參數(shù)，配制能在低溫、合理調(diào)整混凝土配合比參數(shù)，配制能在低溫、負(fù)溫條件下正常凝結(jié)硬化的、具有高流動(dòng)性的自負(fù)溫條件下正常凝結(jié)硬化的、具有高流動(dòng)性的自密

32、實(shí)耐久混凝土，以保證在不需振搗的條件下灌密實(shí)耐久混凝土，以保證在不需振搗的條件下灌注的樁基混凝土達(dá)到質(zhì)量要求注的樁基混凝土達(dá)到質(zhì)量要求鉆孔擴(kuò)底技術(shù)和擴(kuò)底樁成孔技術(shù)鉆孔擴(kuò)底技術(shù)和擴(kuò)底樁成孔技術(shù)第25頁(yè)/共36頁(yè)混凝土裂紋機(jī)理和對(duì)策混凝土裂紋機(jī)理和對(duì)策 塑性沉降裂紋塑性收縮裂紋水化收縮及自生干縮裂紋溫差脹縮裂紋材料性質(zhì)裂紋堿骨料膨脹裂紋澆筑振搗裂紋養(yǎng)護(hù)裂紋凍脹裂紋 混凝土施工控制技術(shù)混凝土施工控制技術(shù)水灰比控制水灰比控制泌水率控制泌水率控制 最小水泥用量控制最小水泥用量控制 砂石含泥量和級(jí)配控制砂石含泥量和級(jí)配控制水化熱控制水化熱控制 混凝土拌制、運(yùn)輸、澆混凝土拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)過(guò)程控制筑、養(yǎng)

33、護(hù)過(guò)程控制 第26頁(yè)/共36頁(yè)涵洞涵洞北麓河涵洞樁基施工清水河矩涵基礎(chǔ)施工沱沱河園涵 凍土區(qū)涵洞基礎(chǔ)分為短樁基礎(chǔ)、拼裝基凍土區(qū)涵洞基礎(chǔ)分為短樁基礎(chǔ)、拼裝基礎(chǔ)、現(xiàn)澆基礎(chǔ)。從減少對(duì)多年凍土擾動(dòng)方面礎(chǔ)、現(xiàn)澆基礎(chǔ)。從減少對(duì)多年凍土擾動(dòng)方面不推崇整體現(xiàn)澆基礎(chǔ)形式，但是整體現(xiàn)澆也不推崇整體現(xiàn)澆基礎(chǔ)形式，但是整體現(xiàn)澆也有它的優(yōu)點(diǎn)，那就是能夠減少水對(duì)地基土體有它的優(yōu)點(diǎn)，那就是能夠減少水對(duì)地基土體的侵入。的侵入。 凍土區(qū)涵洞結(jié)構(gòu)主要考慮：凍土區(qū)涵洞結(jié)構(gòu)主要考慮：1.1.施工簡(jiǎn)便，施工簡(jiǎn)便，對(duì)凍土擾動(dòng)小，對(duì)凍土擾動(dòng)小，2.2.抗不均勻凍脹融沉變形能抗不均勻凍脹融沉變形能力強(qiáng)力強(qiáng) 由于涵洞一般是依附路基而存在，施工

34、由于涵洞一般是依附路基而存在，施工中和路基的結(jié)合是堅(jiān)硬固體和塑性體的接觸中和路基的結(jié)合是堅(jiān)硬固體和塑性體的接觸壓實(shí)過(guò)程，從力學(xué)觀點(diǎn)看，這本身就有一定壓實(shí)過(guò)程，從力學(xué)觀點(diǎn)看，這本身就有一定難度，因此涵洞病害除了涵洞結(jié)構(gòu)對(duì)凍土區(qū)難度，因此涵洞病害除了涵洞結(jié)構(gòu)對(duì)凍土區(qū)多變條件的不適應(yīng)外，土和混凝土的壓實(shí)也多變條件的不適應(yīng)外，土和混凝土的壓實(shí)也是產(chǎn)生涵洞上方路基變形以及寒季變形裂縫是產(chǎn)生涵洞上方路基變形以及寒季變形裂縫的原因之一。的原因之一。 目前凍土區(qū)涵洞基礎(chǔ)變形主要是地表水目前凍土區(qū)涵洞基礎(chǔ)變形主要是地表水侵入基礎(chǔ)以下地基土體造成凍脹融沉變形。侵入基礎(chǔ)以下地基土體造成凍脹融沉變形。第27頁(yè)/共36

35、頁(yè)路基排水結(jié)構(gòu)和措施結(jié)構(gòu)形式地表水層上水擋水板擋水埝擋水板結(jié)構(gòu)擋水埝凍土工程人為上限路堤擋水埝擋水板結(jié)構(gòu)【原理】利用擋水埝提高凍土上限的作用和擋水板聯(lián)合阻擋地表水、凍土層上水。第28頁(yè)/共36頁(yè)【原理】利用熱棒和擋水埝提高凍土上限的作用聯(lián)合阻擋地表水、凍土層上水。青藏鐵路凍土區(qū)排 水結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 熱棒擋水埝凍土區(qū)大部路堤外側(cè)擋水埝+擋水板結(jié)構(gòu)效果不理想五道梁路堤排水板施工北麓河路塹熱棒擋水埝聯(lián)合排水第29頁(yè)/共36頁(yè)隧道隧道【凍土區(qū)隧道的特殊問(wèn)題】1.隧道環(huán)境溫度以及圍巖溫度場(chǎng)強(qiáng)烈改變2.沿隧道圍巖形成新的凍土層3.隧道圍巖與襯砌層反復(fù)凍融，造成強(qiáng)度損失4.隧道襯砌層受反復(fù)凍脹力的作用5.隧道

36、圍巖含水水溫低【凍土區(qū)隧道設(shè)計(jì)的特殊問(wèn)題】1.襯砌層、洞門(mén)凍脹力檢算以及防凍脹設(shè)計(jì)2.隧道襯砌后面保溫層和防水層設(shè)計(jì)3.隧道工程防排水設(shè)計(jì)4.構(gòu)造斷裂破碎帶的個(gè)別設(shè)計(jì)5.施工工藝特別設(shè)計(jì)第30頁(yè)/共36頁(yè)施工和建設(shè)管理施工和建設(shè)管理1.1.施工前工程地質(zhì)監(jiān)理和資料復(fù)查，凍土區(qū)設(shè)計(jì)圖紙咨詢(xún)審施工前工程地質(zhì)監(jiān)理和資料復(fù)查，凍土區(qū)設(shè)計(jì)圖紙咨詢(xún)審核，工程設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)優(yōu)化，保證設(shè)計(jì)思想的完整體現(xiàn)，保核，工程設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)優(yōu)化，保證設(shè)計(jì)思想的完整體現(xiàn)，保證工程的可靠性證工程的可靠性2.2.取土場(chǎng)、施工便道、施工場(chǎng)地取土場(chǎng)、施工便道、施工場(chǎng)地 取土場(chǎng)、施工便道、施工營(yíng)地可能破壞凍土環(huán)境，對(duì)道路取土場(chǎng)、施工便道、施工營(yíng)地可能破壞凍土環(huán)境，對(duì)道路的側(cè)向熱侵蝕導(dǎo)致路基多年凍土退化，影響路基穩(wěn)定。隨的側(cè)向熱侵蝕導(dǎo)致路基多年凍土退化，影響路基穩(wěn)定。隨意取土加速鐵路兩側(cè)沙化。應(yīng)該強(qiáng)化取土場(chǎng)、施工便道和意取土加速鐵路兩側(cè)沙化。應(yīng)該強(qiáng)化取土場(chǎng)、施工便道和施工