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多年冻土地区路基防护.pptx
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1、一、冻土的概念 在高纬度和高海拔地区,气候严寒,地面以下一定深度的地温,经常保持在0以下,含冰的土持续三年或三年以上不融化,称为多年冻土。在多年冻土地区的地表往下一定深度的土层(一般3m以内),暖季融化,寒季冻结,随季节而变化,循环不已,此土层称为季节融冻土层,多年冻土与季节融冻层的交界处称为多年冻土的上限。季节融冻层能保持多年冻土层的顶面经常处于负温状态,使其有一个较稳定的上限,所以这个季节融冻层是天然的保温层。如果破坏了它,或在上面加土覆盖,都将引起多年冻土的上限温度升高或降低。在路基施工中,总要改变这季节融冻层的状态,融冻层改变后,常以人工保温层来恢复原有的温度,防止可能产生的冻害。天然
2、地面天然多年冻土上天然多年冻土上限限上限附近冰层上限附近冰层季节融化季节融化层层多年冻土层多年冻土层太太阳阳辐辐射射【冻土区筑路技术问题难度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。胀融沉变形影响工程建筑物的稳定。【冻土区筑路技术核心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
3、,从而控制活动层的冻胀土层温度,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。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,因此,控制冻胀融沉变形是冻土区筑路技术的核心问题控制冻胀融沉变形是冻土区筑路技术的核心问题。天然地面天然地面多年冻土上限多年冻土上限多年冻土上多年冻土上限附近冰层限附近冰层太阳太阳辐射辐射季节融化层季节融化层多年冻土层多年冻土层多年冻土上限多年冻土上限 在多年冻土区修建铁路的原理: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天然条
4、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:化层保温效果,有可能使多年冻土发生三种变化:1 1上限下移,上限下移,2 2上限基本不变,上限基本不变,3 3上限上升。上限下移造成较大冻胀融沉变形。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:
5、1.上限下移,2.上限基本不变,3.上限上升上限下移上限下移上限基本不变上限基本不变上限上升上限上升天然条件下季节融化层类似保温层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的冻结,叫做保温法保温法。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。遮阳板结构遮阳板结构片石气冷边坡和护道片石气冷边坡和护道遮阳棚路基遮阳棚路基热棒路
6、基热棒路基病害整治主病害整治主要工程技术要工程技术块石层冷却地基原理块石层冷却地基原理Cold(冷)(冷)Warm(热)(热)碎石层边坡冷却地基原理碎石层边坡冷却地基原理三三.主动冷却地基土体的工程结构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层顶部温度高于底部接触热传导片石空隙阻止热量向下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外
7、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热量收支冷量积累占优块石路基原理块石路基原理片石气冷路基结构片石气冷路基结构【片石气冷路基效果片石气冷路基效果】与普通路基相比,通过基底传入地基土体冷量大24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。【碎石边坡路基效果碎石边坡路基效果】具有具有与片石层一样的冷却效果,另外减少了通过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,减少了各种自然因边坡传递的太阳辐射热,
8、减少了各种自然因素对边坡的侵蚀。素对边坡的侵蚀。【片石气冷片石气冷+碎石护坡路基效果碎石护坡路基效果】集其他两种集其他两种之优点,效果更好之优点,效果更好1.片石气冷路基片石气冷路基2.片石层片石层+碎石护坡路基碎石护坡路基3.碎石边坡路基碎石边坡路基块石层路基试验段块石层路基试验段碎石层边坡实景碎石层边坡实景青藏铁路片石青藏铁路片石气冷路基结构气冷路基结构的应用及效果的应用及效果块石层路基施工块石层路基施工块石层路基实景块石层路基实景楚玛尔河地区片石气冷路基楚玛尔河地区片石气冷路基+碎石护坡碎石护坡热棒路基原理热棒路基原理 热管(热棒)技术是热管(热棒)技术是6060年代初发展起来的一种广泛
9、用于土木工程中的冷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)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。本身的冷储量,提高冻土的热稳定性。热棒作用原理热棒作用原理重力、温差驱动、无重力、温差驱动、无源制冷。工作条件
10、:源制冷。工作条件:环境温度低于蒸发段环境温度低于蒸发段土层温度土层温度 热棒作用效果热棒作用效果图中深蓝色天蓝色图中深蓝色天蓝色湖蓝色为热棒降温湖蓝色为热棒降温区域变化图。区域变化图。热棒路基实际作用效果热棒路基实际作用效果冻土区路基坡向不同,基底多年冻土区路基坡向不同,基底多年冻土上限变化形态不对称,坡脚冻土上限变化形态不对称,坡脚打入热棒后,可以改变这种不对打入热棒后,可以改变这种不对称,减少路基变形差异。称,减少路基变形差异。遮挡式路基结构遮挡式路基结构 【遮阳棚原理遮阳棚原理】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
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