香花D标项目多冻土路基设计方案及处理措施毕业论文.doc

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1、 毕业设计（论文）题目： 香花D标项目多年冻土路基 设计方案及处理措施 摘 要冰冻三尺，非一日之寒。厚百米甚至数百米的冻土常经历了漫长的地质时期。我国多年冻土面积约215万平方千里，约占国土面积的15，位居世界冻土第三位。号称“世界屋脊”的青藏高原，是世界上低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土区。多年冻土面积约150万平方公里，与高纬度多年冻土相比，高原多年冻土具有温度高、厚度薄和敏感性强等特点。冻土沉陷问题是冻土地区公路建设的一大病害，“高原多年冻土的温度和厚度受到海拔的严格控制：海拔越高，温度越低，厚度越大。海拔每升高100米，年平均气温降低0.50.6，多年冻土厚度增加1520米。青藏高原

2、实测到得多年冻土厚度为125.6米，低温-3.2。关键词：多年冻土、措施、冻胀。AbstractWork harder, not a cold day. Thick permafrost 100 meters or even hundreds of meters often experienced the long geological time. Permafrost area of about 2150000 square miles, about 1 of the total land area and 5 in frozen soil, third of the world.Known

3、 as the roof of the world, the Qinghai-Tibet Plateau, is the worlds highest, the largest area of low latitude permafrost regions. The permafrost area of about 1500000 square kilometers, compared with the high latitude permafrost, plateau permafrost has the characteristics of high temperature, thickn

4、ess and strong sensitivity.Frozen ground subsidence is a major disease of highway construction in permafrost regions,Strict control of plateau permafrost temperature and thickness by altitude: the higher the altitude, the lower the temperature, the thicker the. For every increase in altitude of 100

5、meters, the annual average temperature of 0.50.6 permafrost thickness decreased, increased 1520 meters. The Qinghai-Tibet Plateau permafrost thickness is measured to be 125.6 meters, low temperature -3.2 .Keywords: permafrost, frost heave, measures目 录第一章 多年冻土的基本概况1 一 多年冻土的含义1 二 本标段多年冻土所处的环境1 三 本标段多年

6、冻土的性质1第二章 多年冻土对公路工程的危害 2 一 冻胀路基 2 二 热融滑塌 2 三 融化下沉 2第三章 冻土区路基工程变形发生机理3 一 天然状态土体冻融过程特征 3 二 路基土体冻融过程 5 三 工程环境和冻土环境变化对冻土区路基工程影响10第四章 多年冻土区排水设计及注意事项15 一 排水设施设计及施工不当将诱发热融现象发生 15 二 排水设施对地表水及冻结层上水的径流的影响 15第五章 路基裂缝处治方法 16 一 路基工程裂缝类型和特征 16 二 裂缝成因 17 三 工程裂缝的抑制和对策18 四 工程结构形式的选择18 五 工程措施补强19 六 冻土区路基工程变形和工程现象综合分析

7、20第六章 多年冻土路基的设计原则 22 一 降温原则 22 二 保温原则 22 三 融化原则 22第七章 本标段多年冻土路基的设计方案 23 一 一般路段多年冻土路基的处理 23 二 陡坡路段多年冻土路基的处理 25 三 XPS板技术要求 25第一章 多年冻土的基本概况 1、多年冻土的含义 多年冻土，又称永久冻土，指的是持续三年或三年以上的冻结不融的土层。其表层冬冻夏融，称季节融化层。多年冻土层顶面距地表的深度，称冻土上限，是多年冻土地区道路设计的重要数据。多年冻土分为两层：上部是夏融冬冻的活动层；下部是终年不融的多年冻结层。多年冻土是寒冷气候（年均气温2）区的产物。 2、本标段多年冻土所处

8、的环境本标段所在区域多属青藏高原昆仑山脉东南余脉，三面环山，主要受西北气候影响，属典型的高寒草原大陆性气候。四季不分明，冬季漫长而严寒，干燥多大风，夏季短促而温凉，多雨。据玛多县气象站（位于县境中北部，海拔4300米）资料：年平均气温-4.1，月平均气温除59月外，其他各月平均气温皆在-3.0以下。 3、本标段多年冻土的性质该地区的多年冻土具有地温较高、退化速率快、对热干扰更敏感、冻土热稳定性更差等特点，具有强烈的垂直地带性，多年冻土温度、厚度受海拔高度的控制。主要分布有岛状不连续多年冻土和大片连续多年冻土。冻土类型以少冰、少冰-多冰冻土和富冰-饱冰冻土为主，并有少量含土冰层 第二章 多年冻土

9、对公路工程的危害 多年冻土对公路工程的危害有以下3点： 1、冻胀路基。在季节融冻层中,如含水量超过一定限值,土中的水份冻结时,公路路基就会发生一定程度的冻胀。 2、热融滑坍。由于重力或人为的活动,造成有厚层地下冰分布的斜坡的热平衡状态被打破,地表的土体在重力作用下,沿融冻界面呈牵引式位移而形成滑坍,这就是热融滑坍。它主要是因为地表土体的冻结和融化作用所产生。 3、融化下沉。公路路基基底土层分为富冰、饱冰冻土及含土冰层,由于地表水渗入后的热交换过程和因保温层厚度不够,以及路基土本身的压力以及行车荷载振动的作用等,使路基基底一定范围内的原地表和原始多年冻土上限发生相应下沉及下降变化,形成了路基基底

10、融化,导致路基基底下沉;当修筑公路路基改变了水的径流条件时,且排水措施不当而造成积水,水体的热作用也会使地下冰融化而导致融沉。第三章 冻土区路基工程变形发生机理冻土区路基工程变形及其衍生现象发生机理与土体冷生过程（冻融过程）密切相关。冻土区修筑路基大体可以划分为三个阶段：即路基修筑阶段、路基趋于稳定阶段和路基稳定阶段（铁路长期运营阶段）。如果根据修筑路基前后土体冷生过程（冻融过程）发生发展和主要冷生特征（地温场形态），以及不同阶段路基土体传热特征来划分，这三个阶段可以对应工程热影响和热扰动阶段、工程热影响和热扰动削弱渐消失阶段和热平衡逐渐稳定阶段。各个不同阶段由于土体冷生作用不同，引起的路基变

11、形特征也各不相同。在土体冷生过程这三个阶段中伴随着路基变形的发生、发展和稳定，由于各种工程环境变化，还衍生了一些工程裂缝等工程现象，给冻土区路基稳定带来一定影响。1、天然状态土体冻融过程特征天然状态下处于长年冻结的多年冻土层，其上表层由于受到太阳辐射热年际变化的作用，形成了寒、暖季的交替作用。暖季太阳的辐射能加热地表而形成一定融化厚度，称季节融化层，该层寒季冻结与下伏多年冻土层衔接（隔年层及不衔接多年冻土除外），周而复始形成了季节冻融过程。地表性状的不同，接受太阳辐射导致地表以下土体温度变化过程和形成的温度场形态不同；土体中水分的存在，在季节冻融过程中导致体积发生变化，使土体本身产生冻胀和融沉

12、变形。这样一个复杂的热学过程和最后导致的力学形态表现，就是我们一般所说的土体冷生过程。青藏高原多年冻土区季节冻融发展过程一般是，寒季过后3月底4月初气温升高，但是仍然在0上下波动，冻土表层融冻交替，形成3040cm厚的不稳定季节融化层；4月中下旬至5月上旬进入稳定融化阶段，9月下旬至10月上旬（部分地区在10月下旬至11月上旬）达到最大季节融化深度。与此同时地面又开始自上而下的冻结，与由最大融化深度处开始的自下而上的冻结逐渐汇合，10月下旬至11月下旬（或在12月至翌年2月中旬）季节融化层全部冻透。季节融化过程具有阶段性，一般分为五个阶段，即不稳定融化期（3月下旬至4月末），缓慢稳定融化期（4

13、月末至5月下旬），迅速发展期（6月上旬至9月上旬），动平衡期（9月上旬至10月下旬），退化消失期（10月下旬至11月中旬）。水分条件对以上不同阶段发展过程的延续时间起着至关重要的作用。季节冻结和季节融化过程中，冻融界面的移动，除了受气温、地表覆盖等地面条件影响以外，岩性、水分条件起重要作用。天然条件下土体冻融过程是太阳辐射热主导的，地表性状和土体性质导向的复杂传热过程。在整个过程中，季节融化层以下的多年冻土都参与了吸热散热的热量周转活动，并在整个热交换过程中改变着自身的温度特征。研究天然土体的冻融过程对研究路基这种复杂工程结构的冻融过程具有很重要的参考价值。天然条件下土体冻融过程研究的几个关键

14、因素是浅层地表年平均温度，多年冻土上限位置变化（实际上就是土体冻结温度等温线位置变化），多年冻土上限（季节融化层底部）附近年平均温度变化，多年冻土年变化深度（一年或多年温度变化幅度近似等于0的深度）以及多年冻土年平均地温在整个冻融过程中是否发生变化等等。2、 路基土体冻融过程路基土体冷生过程是指土体的冻结融化过程以及伴随这些过程所发生的冻土冷生现象，其中对路基工程影响较大的则是土体冻胀和融化压缩变形等冷生现象。填土路基结构特点冻土区填土路基是横垣地面的条带状冷生结构物，路堤修筑时填土带给基底热量，路堤自重作为基底土体的附加应力，压缩了基底季节融化层，改变了它的结构，并且改变了它的物理、热物理性

15、质，引起融化压缩变形。而不同路基坡面的水平热流对堤身的加热增加了堤身的热储，打破了原地层的热量年周转格局。当填土所增加的热阻不足以抵消堤身的吸热效应时，就会引起基底多年冻土的融化，形成热融槽面，影响路基的稳定；当路堤高度足够时，填土所增加的热阻，也就是堤身土体消耗掉大量的热量，改善了基底的热状态。如果路堤高度低于当地气候的潜在冻结能力，就将在基底范围内季节融化层中形成与多年冻土衔接的新的冻土，称为冻土核。冻土核的形成，尤其是当冻土核升入堤身时，则有利于冻结层上水的排泄，保持路堤的稳定。 无论是形成融化槽或形成冻土核，经过一个以上的冻融循环形成其稳定的冻土上界，即路堤的人为上限。人为上限的形态决

16、定了路堤稳定以后发生冻胀融沉变形的土体厚度，是决定路基变形总量的主要因素，这种土体厚度的不均匀性是产生路基横向不均匀变形的原因(图3-1表明不同时期路基土体冻融界面变化和最终形成人为上限形态)。从传热过程本质来讲，填方路堤使大气和土体的热交换界面上移，而且界面几何形态变得比较复杂，冻土不能直接通过地表和大气进行热交换，而是通过热量传递性能各不相同的路堤结构和大气进行热交换，同时由于新的热力平衡状态形成之前，路堤作为附加荷载作用在处在变化状态下的冻融界面以上土体和冻融界面以下冻土上，使得冻胀和融沉变形变化过程复杂化。冻土区填土路基土体冷生过程的阶段特征由太阳辐射控制的环境气温是土体冷生过程的能量

17、来源，地表温度是这种能量大小的重要标志，土体内部地温场形态（等温线分布形态）是这种能量作用的最终体现。施工完成初期第一个年冻融变化过程到其后第二和第三个年冻融变化过程，填土路基和路基以下土体随着环境气温和冻土地温周而复始的变化而发生从不稳定到相对稳定的冷生过程。根据冻土区路基工程施工特点以及冻土和冻土路基工程之间热影响过程特点，青藏铁路冻土区路基工程变形大致可以分为三个阶段：第一阶段，工程活动热影响和热扰动阶段寒季（日平均气温为负温季节）环境温度形成的冻结能力使冻土的冷生过程在冻结因素起主导作用情况下进行。路基本体从表面开始自上而下的冻结；路基基底原天然地面以下至冻土天然上限之间的土体，受填土

18、路基结构其他组成部分（如块石层）蓄热影响和路基结构本身相对原天然地面散热能力的削弱，使自上而下（大气降温）和自下而上（下伏多年冻土的冷生作用）的双向冻结作用削弱，原天然地面以下至天然上限之间的土体不能全部冻结（图3-2），而且由于填土热量不能及时消散，在某些地段会造成多年冻土上限下移，多年冻土发生局部暂时融化的现象。暖季（日平均气温为正温季节）随环境温度变化地表平均温度上升，冻土的冷生过程在融化因素起主导作用下进行。已经冻结的路基本体和路基基底以下至天然上限之间冻结的土体，开始自上而下的融化；由于寒季自上而下的热量（散热形成的冷却作用）残余影响以及下伏多年冻土的热量影响（也是散热所致的过冷），

19、在抵御了填土蓄热后，多年冻土的融化停止。部分地段第一个暖季末土体冻融界面有可能在原冻土天然上限左右。工程施工对冻土的热影响表现在：改变原来冻土散热界面特征（指天然地面变为工程界面），填土热量和工程结构散热特点对冻土产生巨大热影响。这一阶段变形包括填土路基变形、原来天然上限到地表面之间土层变形，以及多年冻土受到热扰动有可能产生的融化压缩变形。因此这一阶段部分地段路基变形值较大，青藏铁路冻土区2002年布置的路基变形观测时间尽管已经比施工完毕晚2个月，变形仍然比较大，当时观测变形值超过7cm的典型断面有40多个。对其中冻土地质条件极不稳定的复杂地段已经采取了桥梁通过或其他补强措施。第二阶段，工程活

20、动热影响和热扰动逐渐削弱直至消失气温和地表温度变化仍然周而复始，但是由于原来填土蓄热影响已经逐渐消失，寒季，路基本体和基底以下土体在双向冻结作用下（土体通过地面向大气散热和季节融化层底面向多年冻土层散热）发生连续冻结；暖季则发生自上而下的连续融化。这和原来天然地表以下土体的冻融过程发展趋势近似。所不同的是：路基本体结构的不同（填土或块石层），和大气进行热交换的界面形状、性质和原天然地面不同，路基本体结构的散热降温能力也不同，冷生过程的结果也不同，导致最大融化季节时冻融界面上升位置和形态不同。上述路基土体冷生过程对青藏铁路冻土路基变形影响，主要表现在路基土体冷生过程（冻融发展过程）各个不同阶段，

21、路基不同部位发生冻结和融化的土层厚度不同，导致不同阶段土层变形不同。另外这种冷生过程最后表现的土体温度的差异，影响了路基基底下面一定范围内冻土的压缩变形和长期蠕变变形。青藏铁路冻土区路基变形从本质上讲是冻土路基土体冷生过程的力学体现。 冻土区工程经过12个冻融循环以后，工程活动热影响和热扰动逐渐削弱甚至消失，路基结构的散热降温效果开始显现，多年冻土上限开始稳定上升。这一阶段路基变形主要包括路基填土季节冻融变形和原来天然上限到地表面之间土层的季节冻融变形。观测数据表明路基变形均趋缓，昆仑山区、可可西里山区、风火山区每月路基变形均未超过2cm，沱沱河盆地、通天河盆地、布曲河谷地路基变形较大的地段，

22、在补强措施设计实施后均进行了“路改桥”和其他措施的施工，但是在典型地段如楚玛尔河地区7月份变形超过2cm的断面还有15个。从路基变形监测数据看到的一般规律是：在经过第一个冻融过程以后，工程活动热影响和热扰动逐渐削弱，路基变形逐渐减小，昆仑山区、五道梁和风火山区这些年平均气温较低（5以下）的低温冻土区路基，冻胀或融沉变形已经稳定在月观测值1cm左右，冻结期间（113月）累积变形值稳定在2cm左右，融化季节（410月）累积变形值稳定在24cm左右；楚玛尔河高平原区、沱沱河盆地、通天河盆地这些年平均气温较高（4左右）的高温冻土区为主的地区，路基变形虽然逐渐减小并趋于稳定，但是变形绝对值较上述地区略大

23、，一般冻胀或融沉变形已经稳定在月观测值2cm以下，冻结期间（113月）累积变形值和融化季节（410月）累积变形值均稳定在4cm左右。第三阶段，冻土和冻土路基工程之间逐渐形成稳定的热力平衡过程外来热扰动短暂影响已经消失，新的稳定的热力平衡过程逐渐形成，在工程表面和大气之间新的散热条件和工程结构传热条件下，大部分地段多年冻土上限稳步抬升，相当多地段观测数据表明，冻土上限已经接近或超过天然地面。路基变形主要包括路基本体或冻土人为上限以上土层的季节冻融变形。截止2005年5月冻土工程变形检测数据统计分析，青藏铁路冻土路基工程95以上冻胀融沉单次变形观测值小于2cm，横向变形差异小于2cm，已经完工两年

24、的冻土路基工程变形已经稳定；但是在一些低路堤个别地段单次观测变形超过2cm，冻融季节累积总变形较大，达到5cm左右。3、工程环境和冻土环境变化对冻土区路基工程影响工程环境和冻土环境变化实际上是一种环境工程地质问题。它和土体冷生过程一样都会给路基变形和路基稳定性造成不可逆转的影响。路基填筑引发的环境工程地质问题主要表现在两方面：一方面路堤填土改变了多年冻土与大气圈的热交换条件（如地表换热条件的改变、换热面形态的变化、填料土性与基底土性的差别及基底土压所造成的热物理性质的改变），引起原天然上限位置的变化，并可能导致多年冻土地温升高，路基基底发生融沉；另一方面，由于路堤填筑，阻隔了地表水的径流，在上

25、游侧路基坡脚雨季可能积水，而积水有可能引起坡脚发生热融沉陷，从而导致路基出现纵向变形裂缝；路基结构和周围环境改变导致的冻土天然上限的变化，改变了地下水（主要是冻结层上水）的径流条件及通道，可能在上游侧引发冰锥、冻胀丘等次生不良冻土现象，甚至可能导致路基下游侧的植被减少、荒漠化加重，地表散热条件改变，进一步影响路基本体冻土上限变化。路基挖方施工即路堑施工引发的环境工程地质问题也是表现在两个主要方面：一方面，在高含冰量冻土区，特别是地下冰层埋藏较浅时，可能引起热融滑塌和融冻泥流等次生工程病害；另一方面，在地下水富集地段，路堑工程对地下水通道的切割可能导致冰锥、冻胀丘的产生，对地表水径流的改变有可能

26、导致植被减少，冻土沙化现象发生。路基工程挖填方对冻土区水文地质条件影响分析水热输运问题是影响路基工程稳定性的根本问题。挖方往往使含水层被截断，浅层地下水系统被破坏，地下水因不能流向下游，从而可能在堑坡上游会出现地下水露头，诱发冰锥、冻胀丘等次生不良地质现象。开挖高路堑时，当路基标高低于该区段的地下水位时，可能导致该区段地下水位下降，影响附近供水系统（水井和泉水）的地下补给量和流量。同时，对于进入路堑中的地下水，还必须采取有效的工程措施给予排除。路堤填筑以及路堑开挖，会造成地表水径流的重新分布。一方面路基面和路堤排出大量的地表水，加上附近地形地表水径流的改变，会加强邻区地表的侵蚀作用；另一方面，

27、路基面汇水积水和边坡排水会诱发和加重路基病害，不得不采取工程防治措施。铁路挖填方对地表水和冻土层上水系统的干扰作用是影响路基稳定性的不可忽视的问题。实际上，几乎所有的路堑基床翻浆都与此作用有关。另外，一些滑坡，溜坍等也与此作用关系密切。在冻土沼泽（沼泽化湿地），由于地表水的存在及长期作用，维系着湿地的水热平衡，若路基修筑时排除或截断（有时采取排除与截断地表水也很困难）地表水，破坏多年形成的热平衡状态，将会引起新的病害。青藏铁路格拉段通过唐古拉山区的冻土沼泽地段时，采用渗水土填筑或抛填片石处理，而不采用排除地表水的措施，就是为了尽量降低对地表水径流的改变，维持冻土沼泽地段原来的水热平衡。冰椎就是

28、由于地下水的地下通道受阻而聚集或地下水沿某一通道溢出地面冻结，使地表隆起变形，或在地表积水，其原因是排水通道受阻造成水的富集，冬季冻结，夏季融化。冰椎是水多次溢出地表冻结而成的地面冰体。其形成条件是：具有不冻的水源，水的通道，水的驱动力，严寒的气候条件。按其水源条件分为：河冰椎、湖冰椎、泉冰椎。绝大部分冰椎是季节性的，路基填筑或路堑开挖如果拦截了地下水的通道，又未处理好排泄通道时，将可能在路基上游侧附近形成冰椎，危及路基安全。冻胀丘是由土的差异冻胀作用所形成的丘状地形地貌。青藏铁路冻土区沿线的冻胀丘主要是地下水补给而形成的。冻胀丘按照存在时间分为季节性冻胀丘和多年生冻胀丘；按其物质组成分为泥炭

29、丘、土丘、泥炭泥炭岩冻胀丘；按外来水补给分为开敞系统冻胀丘和封闭系统冻胀丘。而众所周知的一种爆炸性冻胀丘，是由于其下部含有高压气体，当冻胀丘上部因融化等原因而导致强度降低时，就发生爆炸，此时高压水气冲天而出，最后冻胀丘塌陷成坑。青藏铁路在施工过程中对冻胀丘给予了足够的重视，避免在水分（地表、地下）条件和温度条件适合时发生冻胀丘的再生。青藏公路地势相对低洼的路段处，由于路基填筑，季节冻结层增厚，使路基下的地下水具有很大的承压性，当暖季来临，季节冻结层由上向下融化到一定厚度时，剩余末融化的冻土层承受不住下伏含水层的巨大压力，则在个别路段的路面上形成爆炸性充水鼓丘，如头二九北坡（公路里程K3395处

30、）附近，1990年6月17日路面突然隆起发生爆炸，形成直径6 m、深3m的水坑，严重威胁行车安全。这些都给青藏铁路冻土区施工一个非常宝贵的经验教训，避免了铁路两侧这些不良冻土现象的产生。多年冻土区路基排水对路基稳定性影响路基的形成，给地表水和冻土层上水的径流造成隔断效应，因而出现一些浸湿和积水现象，对路基形成侧向热侵蚀，影响路基稳定性。路基的浸湿水的来源及分类如果不考虑泉水及其他层间水的补给，路基的浸湿水源主要是大气降水和冻结层上水。大气降水除直接浸湿路基本体外，还形成两种浸湿水源：地表迳流和自地表下渗而汇入冻结层上水。大气降水从地表下渗，被冻结面所阻隔而滞留于冻融界面，成为冻结层上水的补给水

31、源。它和降水历时、一次降水强度、地表植被盖度和土层渗透系数有关，不是定值。由于高原冻土区的降水，主要集中在7、8、9三个月，而这一时期又是季节融化的迅速发展期，大气降水下渗活跃，成为冻结层上水的一个主要补给水源。第四章 多年冻土区排水设计及注意事项1、排水设施设计及施工不当将诱发热融现象发生为了尽量较小对多年冻土的热扰动，排水沟宜采用浅宽断面，深度不超过0.5m，宽度由迳流量确定，边坡坡率1：1.5。如断面尺寸不能满足要求时，以加大底宽或培土成沟来适应，否则可能促使新的热融滑塌或融冻泥流发生。排水沟的设置要考虑其影响范围不能涉及或影响路基本体。以往研究和观测数据证明：底宽0.6m、沟深0.6m

32、、边坡坡率l：1的排水沟，使用一年后上限下降0.54m，但距沟边1.0m处的冻土上限变化很小：东北地区岛状冻土区的排水沟67年后，水平影响范围为13m：风火山试验路基1960年设置业已稳定的排水沟在1976年解剖时发现：上限下降仅0.15m，影响范围为34m。因此目前青藏铁路冻土区高含冰量冻土地段路基排水沟、天沟、挡水捻内侧至保温护坡坡脚的距离不小于5.0m；少冰、多冰冻土地段，排水沟、挡水捻内侧至路堤坡脚或堑顶的距离不小于5.0m。否则可能造成路堤坡脚积水，破坏坡脚处基底的热平衡，危及路基工程的安全。由于高原多年冻土区生态环境脆弱，植被一遭破坏难以恢复。现在的排水沟施工已经和过去不同，工程实

33、践中尽量不破坏或少破坏地表的天然状态，尤其是在高含冰量冻土地段。设置排水沟时，要注意对沟周围地表植被的保护，现在施工开挖水沟挖出的草皮都被回填于水沟的边坡或基底既有利于植被成活又利于保持排水沟的稳定。图21 多年冻土区高含冰量地段挡水埝天沟组合排水示意图2、排水设施对地表水及冻结层上水的径流的影响图21是理想的高含冰量多年冻土地段挡水捻天沟组合排水示意图。图示排水组合断面是利用多年冻土区在地表堆填土(达一定高度时)使天然上限上升、挖排水沟使天然上限下降的特点，人为地在相近地段设置填挖断面以形成天然上限变化后的凸凹界面，充分利用冻融界面作隔水面、冻土核与融化槽的相对高差为蓄水槽，截住冻结层上水并

34、从纵向排走，防止其流向路基影响路基稳定而捻外天沟又起到截排地表水的作用，防止(或减少)地表水对挡水埝坡脚的浸湿。图21所示的这种排水设施的布置方案，其设计思路主要是从路基坡脚避免被地表水和冻结层上水融蚀的角度出发的，图示方案确实满足了设计意图。但是，挡水捻及天沟的设置人为地截断或改变了地表水和层上水径流方向，路基上游侧极有可能引发冰锥或冻胀丘等次生不良地质现象。在路基下游侧由于长期得不到上游地表水及冻结层上水的补给，可能造成地表植被减少或冻土沼泽的退化。考虑这些环境变化引发的不良冻土现象，应该及时在上游侧采取挖排截的处理措施。第五章 路基裂缝处治方法1、路基工程裂缝类型和特征按裂缝与线路的相对

35、位置分：A、纵向裂缝；B、横向裂缝；C、斜向裂缝按裂缝形成的原因分：A、融沉裂缝；B、寒冻裂缝按裂缝形态分：A、直线型裂缝；B、圆弧型裂缝；C、折线型裂缝 这些工程裂缝散热形态不一，但是特征可以归为表211表211是融沉裂缝和寒冻裂缝的特征表，从表中可见，其表现特征的不同点是：融沉裂缝发生在暖季，寒冻裂缝发生在寒季，融沉裂缝以纵向为主，寒冻裂缝横向、纵向、斜向都有。大多数融沉裂缝的宽度大于寒冻裂缝。裂缝的相同点是：由于融沉作用和冻裂作用所产生的纵向裂缝多分布于阳坡路肩、坡面及护道上。裂缝垂向呈“V”型。表211 融沉裂缝与寒冻裂缝特征表融沉裂缝寒冻裂缝含义由于暖季路基融化土体造成不均匀沉降而形

36、成的裂缝。冬季强烈冷却时，冻土体表面常常因强烈收缩而开裂所形成的有序或无序的裂缝。裂缝贯入深度随地温的不同而不同，有时可穿透活动层或贯入多年冻土56m。表现特征以纵向裂缝为主，多分布于阳坡坡面、护道及路肩，调查裂缝宽度多数为1040mm，裂缝长度1050m。裂缝垂向呈“V”型。横向裂缝最多，纵向裂缝次之，也有少量斜向裂缝。横向裂缝在路桥、路涵过渡段、不同工程措施过渡段及测试断面上出现较多；纵向裂缝多分布于阳坡路肩、坡面及护道上；斜向裂缝出现在热棒路基上。调查裂缝宽度多数为520mm，裂缝长度1030m。裂缝垂向呈“V”型。2、裂缝成因路基裂缝是伴随路基土体的融化和冻结过程而产生的，其影响因素较

37、多。初步分析认为其主要影响因素为含水量、地温梯度、岩性、压实度、年平均地温、温度较差等。在路基土体融化时，由于路基土体的不均匀沉降引起的产生融沉裂缝。由于路基土体岩性、含水量、地表温度和冻土温度梯度的差异使得路基各部位在横向上融化深度不同，即发生融沉变形的土体厚度的不同就造成路基在横向的不均匀沉降，当不均匀沉降产生的应力大于土体抗拉强度时，路基土体就沿横向受拉产生纵向裂缝。在路基土体冻结时，产生寒冻裂缝，寒冻裂缝与土体冻结过程的冻裂作用有关。由于路基土体岩性、地温梯度、含水量、路基不同部位处温度较差的不同，使冻结土体中产生张拉应力，在土体相对薄弱部分，例如路桥、路涵过渡段、不同工程措施过渡段等

38、产生裂缝。温度较差越大，越易产生寒冻裂缝，且寒冻裂缝的密度越大。寒冻裂缝深度主要取决于年平均地温和岩性，使寒冻裂缝深度能超过活动层而贯入到多年冻土上部所需要的年平均地温值是不一样的。而地温梯度决定了水分迁移的强度和结果。3、工程裂缝的抑制和对策 从对天然条件下和工程条件下冻土冷生现象及其影响因素的分析和以上对不同时期工程裂缝调查可以看出，从工程角度上讲，最有实际意义的是首先从岩性、水分、温度上控制在融化因素起主导作用下发生的冻土冷生过程及其结果，也就是控制融沉变形，减少横向变形的差异，最终控制沉降裂缝的发生和发展；其次是从温度条件控制在冻结因素起主导作用下发生的冻土冷生过程及其结果，也就是控制

39、沉降裂缝在冻结条件下发展，并从温度较差条件方面减小发生寒冻裂缝的条件。对于抑制裂缝和根治裂缝，应该从以下几个方面入手：4、工程结构形式的选择从试验段发生沉降变形裂缝和寒冻裂缝的情况看，工程结构应该以增加土层冷储量、提高冻土上限，减少发生沉降土层厚度，减少坡向因素造成的横向变形不均匀，加强融化深度较深的坡脚处的保护性措施为主要方向。片石路基、片石护坡路基、底部埋设通风管路基、热棒路基都是这类工程结构。除了上述作用，他们还能够不同程度的减小土层温度较差、降低土层温度、减少水分迁移，从而减少寒冻裂缝的发生。热棒作为主动降低土体温度的措施虽然有效，但是由于其作用半径的问题，从经济对比上限制了其在整段路

40、基上大面积的作为唯一工程结构的使用，除了设计部门目前已经在某些特殊地段设计热棒结构以外，如果更多地考虑将其作为坡脚处的一种加强措施，和一般工程措施联合使用，应该能收到更好的效果。根据中铁西北研究院1997年2000年在风火山试验路基进行的遮挡式边坡结构试验，证明这是一种减小地表温度较差，减少发生寒冻裂缝，同时降低土体温度，保护冻土的有效结构形式，由于其造价的低廉和施工的简易，应该能成为补强的有效手段。5、工程措施补强对于沉降裂缝和寒冻裂缝除了从工程结构上加以防止和削弱，还应该采取路基填土分层加筋的措施，加强土体抵御可能发生的这些裂缝的能力。一般来讲，第一年沉降裂缝发生，第二年沉降裂缝发展，寒冻

41、裂缝发生（前面已叙述），试验段加土工隔栅地段沉降裂缝和寒冻裂缝都比较少，说明这种措施抵御可能发生裂缝的能力。从试验段路基的特点来看，在相对集中的地段，集中布置了原理不同、效果各异、对冻土冷生过程影响各不相同的工程结构和措施的试验段、对比段，从理论上讲，试验段本身已经在纵向具有先天性的不均匀因素，在横向上由于各类结构措施的作用结果不同也存在不均匀性，因此，产生沉降变形裂缝和寒冻裂缝的差异性条件比一般均一性路基好（目前对已施工成型的昆仑山地区、楚玛尔河地区、五道梁地区典型地段的观察看，路基表面裂缝还未见到），因此有必要在铺轨以前对试验段路基进行分析研究，个别地段应采取均一性调控措施。6、冻土区路基

42、工程变形和工程现象综合分析图 22风火山低温冻土区路基1976年建成，1977年10月，最大季节融化深度已经进入路基本体（图中0等温线）冻土区路基地温场包括填方路基（路堤）和挖方路基（路堑）地温场。挖方路基，也即路堑的修筑过程，从冻土路基修筑的热学过程本质讲，仅仅是将大气和土体的热交换界面下移（即开挖后形成新的热交换界面），冻土埋藏深度减小，结果将形成新的季节融化层，为了改善季节融化层性质，进行了一定的换填处理后，一般经过一个冻融循环过程就可以达到新的热力平衡，我们不作重点剖析。填方路基，即路堤的修筑过程就比较复杂。从热学过程本质来讲，填方路堤使大气和土体的热交换界面上移，而且界面几何形态变得

43、比较复杂，冻土不能直接通过地表和大气进行热交换，而是通过热量传递性能各不相同的路堤结构和大气进行热交换，同时由于新的热力平衡状态形成之前，路堤作为附加荷载作用在处在变化状态下的冻融界面以上土体和冻融界面以下冻土上，使得冻胀和融沉变形变化过程复杂化。如上所述，冻土区修筑路基前后可以划分为三个阶段，这三个阶段分别对应这土体冷生过程热学稳定性的三个阶段，即：即路基修筑阶段（工程活动热影响和热扰动阶段），路基趋于稳定阶段（工程活动热影响和热扰动弱化阶段）和路基稳定工作的铁路长期运营阶段阶段（冻土和冻土路基工程之间新的热力平衡形成阶段）。不同阶段路基土体传热特征各异，地温场形态有着明显的区别，因而路基变

44、形特征也各不相同。第六章 多年冻土路基的设计原则1、降温原则 降温原则主要针对冻土含冰量较高，冻土上限较浅及冻土厚度较大的多年冻土路段，采用主动冷却、增强对流等工程措施降低多年冻土地温和控制多年冻土地温因气候变暖引起的升温趋势，使之在路基设计年限内能有效保护多年冻土稳定的设计原则，目前主要措施有热棒路基、片块石路基、通风管路基及以上措施组合的复合路基。2、 保温原则 保温原则主要针对多年冻土厚度大于2m，冻土埋深较大的冻土路段，采用被动保护多年冻土的工程措施，来保护和延缓多年冻土的融化，使之在路基设计年限内能有效维持路基稳定的设计原则。 保温原则主要分两种：一是自然保温，即采用填土路基保温，通

45、过保证一定的路基填筑高度来维护路基下多年冻土的稳定；另一种是采用特殊措施保温，如路基两侧设护坡道、铺设保温材料等。3、 融化原则 融化原则主要针对少冰、多冰冻土路段，以及含冰量较大冰层较薄的冻土路段，使多年冻土区公路修筑及运营过程中多年冻土全部或部分融化，确保公路建成后路基路面的不均匀沉降满足使用要求。第七章 本标段多年冻土路基的设计方案 a、路基设计广泛收集气象、工程地质及冻土物理力学试验等资料，收集旧路路况资料及当地路基病害防治的相关经验。 b、充分考虑地表水、路侧积水对多年冻土的影响，路基设计采用安全、有效地疏导措施，做好路基防、排水设计。 c、尽量选择弱冻胀甚至不冻胀的粗颗粒土作为路基填料，控制路基变形。 d、对于路侧积水坑、原取土坑进行恢复，路侧200m范围内不得随意取土，注重植被恢复，保护冻土环境；部分较大大积水坑，设置护坡道，使积水远离坡脚。 e、多年冻土路基遵循“宁填勿挖”的设计原则，尽可能以填方路基通过，减少对冻土的干扰。对于多冰、少冰冻土路段，采取