高海拔地区冻土路基施工的策略探析[精品] 5页

高海拔地区冻土路基施工的策略探析高海拔地区冻土路基施工的策略探析摘耍：高海拔多年冻土及其特殊工程性质给工程建设带来了显著影响，其屮冻土路基的热稳定性是最关注的问题之一。本文对高海拔冻土地区特殊路基调控技术开展了系统研究。关键词:高海拔地区冻土路基施工技术中图分类号：TU74文献标识码:A一、高海拔地区冻土路基施工策略研究的现实意义随着我国经济的发展，公路建设越来越受到人们的重视，已经成为拉动GDP增长的重耍环节。高海拔地区的公路建设如今也越来越受到人类的重视，已经成为国家西部大开发工程重要的组成部分。高海拔地区一般气温低、日照时间长、温差大，尤其是常年冻土区，自然条件十分恶劣，地基土在夏季雨水多时会阻碍施工，冬季又会因为气温低有冻胀的危险给施工带来很大的难度。所以在高海拔地区施工，地基是个不得不考虑的很严肃的问题。对冻土路基的危害进行分析，找出解决这些问题的对策，为施工单位节省不必耍的人力、物力损失，对于我国公路建设事业的发展有着十分重要的意义。二、高海拔山区域多年冻土路基施工难度分析海拔高度平均在4400m以上，多年冻土区，气温低，气候严寒，冻结期长。在这片多年冻土区施工，路基是要考虑的首要问题，影响路基施工的主要因素是冻胀与翻浆。冻土区是地质历史时期的产物，是地球在变化过程中由地貌过程和气候条件所决定的。其施工较难的原因主耍有四个方面。1、高海拔山区独特的地理位置高海拔山区独特的地理位置特殊，是施工难度较大的一个重耍影响因素。高海拔区域多年冻土区面积较大，若不破坏冻土区现在的自然与生态环境，多年冻土是稳定的,但是一旦施工，多年冻土将会被破坏，会影响路基的施工效果，多年冻土会衰退，甚至融化，使施工遇到困难。2、冬季的低温会产生冻胀现象在冬季温度处于零下时，如果有水分供给，水分就会不断的由地底向上聚流，在路基顶部形成冰夹层与冰透镜体，引n起路面不均匀突起，甚至出现断裂。这样就会造成刚性路面折断或错缝的现象称为冻胀。由于高海拔地区冻土工程地质条件十分复杂，在不大的范围内，就可能存在多种冻土类型，乂由于高原冻土区吋间最长可达七个月，受不均匀冻胀的危害会更大。因此，由于冬季的低温造成的冻土现象，成为加大施工难度的一个重要因素。3、夏季雨水较多也会对施工产生影响高海拔地区夏季雨水较多，也会对施工产生影响。水分对冻土路基的影响效果比在普通地区施工要大的多。尤其是在夏季，高原的高海拔山区域积雪融化，水分较多,水携带着大量热量在冻土路基附近聚集，对多年冻土路基施工影响很大，严重时可能会引起多年冻土的大量融化，加剧施T难度。4、可能会出现融沉及漂流移位变形现象融沉指冻土融化时的下沉现象，可使路基坍塌、剪切变形或被破坏。由于冻土中含有冰块在斜坡等地段，随着冻土温度的降低，或者在施工过程中，不规范或者密度差异，造成路基受力不均匀，容易引起冻土路基的漂流移位变形,影响施工效果。三、高海拔山区域多年冻土路基施工的解决策略由于高原高海拔山区域独特的地理位置是地质历史时期的产物，这…点很难改变，故要成功的在其附近施工，只能从其他三个方面找出解决的策略。1、做好路基排水丁作在高海拔地区的路基施工过程屮，还要做好路基排水工作。一套良好的路基排水系统能够保持冻土区路基的干燥，防止地下水的侵入，减少冻结过程中的水分。并且通过排水系统，可以将路基下的地下水、地表水迅速排出路基，避免在夏季施工吋由于水引起多年冻土的融化，浸渍路基,因此，在施工前设计一个好的路基排水系统至关重要。2、提高路基的填土高度提高路基的填土高度，也是高海拔地区路基施工的一个重要策略。基于多年冻土区路基工程的特殊性，多年冻土区路基工程必须满足在抗冻胀、抗融沉方面的特殊要求。提高路基的填土高度是在高海拔地区路基施工中一项很常用的措施。因为其能保证路基的稳定性与强度，加之经济实用，有利于缩减成本，加之简单易操作，效果明显，很快得以推广开来。通过提高路基的填土高度,使得路基与地下水之间的增大，使水分在向路基散发过程中的热量减少，减弱了冻胀、翻浆及融沉的现象。还要注意的是，为了减少路基n的热熔下沉，应该注意填料蓄热对多年冻土地基的影响，当路基的填土高度较高时，应该分两次填筑，并且做好工作垫层的施工工作，因为在路垫开始挖开后，路基下的卵石土在工作垫层对减少冻土路基的冻胀翻浆、融沉及漂流移位变形现象有重要作用。3、隔热层路基是利用工业隔热材料,在不过多加高路堤的情况下，增大路基热阻、减少大气（太阳）热量传入路基下的一种路基结构形式（作用效果如图1）,其可在一定时间内（如设计年限内）起到保护冻土延缓冻土退化的作用。青藏公路隔热层路基选择的保温材料是聚苯乙烯泡沫材料（EPS）和挤塑聚苯乙烯泡沫材料（XPS）,该类材料具有轻质、多孔、导热系数小、热阻高及强度大等特点。图1铺设XPS板隔热层效果图对于道路工程，加铺黑色沥青路面后，表面热交换条件改变，黑色路面吸热较多，引起路基内的热积累急剧增加，导致多年冻土上限下降，当铺设隔热层后，则有可能补偿这部分上限下降，保持多年冻土上限稳定、甚至抬升。隔热材料的导热系数越小，其效果就越佳。在土层上部以一年为周期的近似正弦波动的温度边界条件控制下，下部土层的温度也呈现岀随深度振幅逐渐减小、相位逐渐滞后的周期性波动变化，因此多年冻土的地温剖面表现为界于各土层深度最高和最低温度形成的包络线之间的动态变化曲线，最高温度包络线等于冻结温度处深度即为多年冻土上限位置。在没有铺设保温层时，最高、最低温度包络线通常呈较为光滑的连续曲线，当铺设保温层后，如果外界太阳辐射、温度场、水分场、以及应力场保持不变，根据热传导原理，由于隔热材料导热系数与路基土体导热系数的巨大差异（约40倍）将会导致保温层上下部形成很大的温度差，由此决定了保温层下部土体温度的年振幅的降低，即最高温度、最低温度包络线之间的范围缩减，在这种情况下，最高温度包络线与深度轴相交于相对较高的深度，即多年冻土的上限被抬高，这就是保温处理措施保护多年冻土的基本原理。4、碎石、片块石路基作为多孔介质的碎石路基，基于多孔介质屮空气自然对流原理，其屮的对流换热即气体流过碎石壁面吋，由于气体和碎石表面的温度差所导致的热量交换现象。对流换热中，气体与碎石壁面必须直接接触，且导热和对流同时起作用。气体流动可以是由外部动力源（如风力）引起，也可能是n由于冬季碎石层中的温度差异造成其中气体的密度差引起，它们分别对应为强制对流换热和自然对流换热。它利用空气的流动将天然冷量带入路基土体，使碎石路基温度场持续降低。…般挤压密实的土体之间主要的传热方式是热传导，但片、块体之间存在的不连续界面使得传热受到阻碍，其传热方式从本质上发生了改变，当空隙率直径大于儿毫米吋，通过对流进行的传热迅速增加，成为传热的主要方式。碎、片石堆积体以其较大的空隙率和较强的自由对流，在寒季由于气温低于路基体内温度，形成路基外密度大的冷空气不断置换路基内密度小的热空气，不断发牛:冷量交换，在暖季却由于气温高于路基体内温度,仰制了对流热传导作用，产丰热量屏蔽，其结果是有利于保护多年冻土，保持多年冻土上限稳定或促使多年冻土上限上升，从而达到保护冻土，保持路基稳定性的作用。对于现场碎石路基，导热、强制对流换热和自然对流换这三种机理可能同时存在，对于气温波动的不同阶段和碎石的不同粒径、铺设位置和高度，其作用机理会有不同或主次之分。5、热棒路基热棒的工作原理如图2所示:当下部环境温度t下高于上部环境温度t上时，热棒下部.（蒸发段）的管内工质受热后蒸发变为蒸汽向上升，由于上部环境温度t上低于t下，所以当蒸汽升入上部空间（热棒冷凝段）后受管外冷风的冷却，冷凝成液体，在重力作用下冋到下部空间，通过工质循环的蒸发，冷凝过程将下部环境的热量源源不断的送到上部环境，也就是说将上部环境的冷量源源不断地送到下部环境，使下部环境的温度不断下降;直到上下温度相等，即t上二t下时，这时对下部环境的制冷过程才停止。而当t±>t下时，在重力场中由于蒸汽密度远远小于冷凝液的密度，蒸汽不可能自发往下流，冷凝液也不可能自发往上流，所以相反的传热过程中不可能发生，所以热棒是一种单向传热的元件，只能把上面的冷量传到下面，不能把上面的热量传到下面去，也就是说当热棒放置于冻土环境中，在气温低于地温吋，它是一•种对下部冻土的很好的制冷元件；而当气温高于下部地温时，不会通过它把热量传入地下，此时它是一种隔热元件。因此热棒是一种很好的单向制冷元件，可以把外部的冷量直接传送到地下深处，起到稳定降低地温的作用。图2热桩工作原理示意图结语：采取科学、有效的n措施，解决高海拔地区路基施工过程中的各个困难，并找到有效的施工策略，具有重要的现实意义。在以后的施工过程中，相关施工人员还要继续创新施丁-理念，从而优化施T方法，使高海拔地区的施T技术进一步提高。参考文献：[1]章金钊•高原多年冻土地区桥涵设计与施工研究[J]•中国铁道科学，2001.[2]李永强，韩龙武，崔珑，贾海锋•热棒在高原风火山地区的实测效果分析[J]•岩石力学与工程学报，2003.[3]张旭芝，王星华•高原融区和多年冻土过渡路段涵洞地基试验研究[J]•中国铁道科学，2004.