藏铁路路基与涵洞冻害分析及防冻措施

《藏铁路路基与涵洞冻害分析及防冻措施》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、青藏铁路路基与涵洞冻害分析及防冻措施雷金山，杨秀竹，王星华，徐占军，徐永胜(中南大学铁道校区土木建筑学院，湖南长沙410075)摘要：对青藏铁路冻土路基与涵洞冻害的类型和成因作了较详细的分析，并提出了防冻措施，供青藏铁路设计和施工技术人员参考。关键词：青藏铁路；路基；涵洞；冻害；防冻措施青藏高原是我国多年冻土分布较集中的地区，它是低纬度、高海拔的近代大陆性气候的产物。由于海拔高，冷期较长，决定了该地区的大面积冻土的存在与发育，这里的年平均气温达-2ºC～-7ºC，昼夜温差大，在该地区修建铁路时必须合理

2、选择路基和涵洞的结构和形式，并采取切实可行的防冻措施，以防止和减少因冻融现象的大面积发生对铁路的正常运营造成的危害。1冻土路基病害类型铁路冻土路基病害类型主要有：冻胀开裂、基底融化下沉及路基边坡滑塌。(1)冻胀开裂：冻胀开裂作为一种十分普遍的路基冻害，从外观形式上可分为纵向裂缝、横向裂缝两种，且经冻融反复作用而不断加宽，使路基面呈破碎状，从而导致路基融冻期间翻浆冒泥。(2)路基基底的融化下沉：由于原始地表热状态的改变，地表水渗入基底，引起热交换作用，使基底以下多年冻土层的上限下移，引起路基基底发生缓慢

3、、持续、大幅度的下沉，并在基底内部形成纵向融化槽形态，从而引起融解期间路基承载力下降。(3)路基边坡滑塌：由于基底的富冰冻土层融化，在路基边坡或坡脚处会突然发生滑塌变形。2涵洞冻害破坏类型冻土区修建的涵洞常常会由于地基土的反复冻融作用而遭致破坏，主要破坏类型有：涵洞人口隆起、端翼墙开裂、涵身拔节及洞身塌腰、错节。(1)涵洞人口隆起：由于洞口管节冻胀上抬一般大于中间管节，会使涵洞出人口隆起并导致洞口管节与中间管节的底部接缝产生拉裂而渗水，这是最常见的冻害现象。(2)端翼墙开裂及涵身拔节：涵洞管节特别是洞

4、口管节向外挤出，融冻后不能复原。而反复冻融又加剧了情况的发生。(3)洞身塌腰、错节：涵洞地基融沉后使得洞口高而中间低，形成凹形即为塌腰，而错节则是由于洞身冻胀和融沉的不均匀性所致。塌腰，使得冬季涵洞积冰，减小了有效过水面积，影响排洪功能，春夏又由于错节而渗水。3冻土工程病害的冻胀机理、影响因素及冻胀指标3.1冻胀机理(1)土液相形成结晶中心：目前对土体冻胀的解释普遍采用“结合水迁移学说”当近地面土层温度降至负温时，土中的水首先冻结成冰晶体，随着温度的继续下降，土颗(粘)粒表面最外层的结合水也开始冻结，

5、使冰晶体逐渐扩大；这样使得冰晶体周围土颗(粘)粒的结合水减薄，而水膜减薄时的粘粒表面电荷没有全部平衡因而对它下面相邻粘粒表面上的结合水产生了吸附引力；在这种作用下就发生了未冻结区粘粒表面上被吸附的结合水向冻结区迁移的现象。；(2)冰晶体增长与冰透镜体的形成：由于迁移到冻结区的弱，结合水在一定负温下也会冻结，这样水分迁移将持续发展。如果无外界水源补给，由于冰晶体连续生长到一定程度，孔隙水就在原位置冻结，且充填土孔隙，与土颗粒胶结在一起。如果冻结区下面有充足的地下水水源，能向上及时输送水分的毛细通道，则水

6、分迁移将使得冻结区冰晶体持续增大；由于土层的不均匀性，冰晶体增长时就产生了“冰劈”作用，而使冻结土体分成层理形成厚度不等的冰透镜体或冰夹层。3.2冻胀影响因素(1)温度：一般来说土中的水不可能恰好在o℃冻结，往入会出现过冷现象，土体冻结过程当中有两个特征温度及冻结的起始温度和冻胀的停止温度。根据试验资料表明：同一类土的冻结温度是随土体的含水量而变化的，含水量增加土体的起始冻结温度也升高，反之则降低；此外冻结温度与土的颗粒分散度、颗粒的矿物成份、导热系数入、热容量C有关。(2)水：试验与工程实践证明并非

7、所有的含水土体冻结时会产生冻胀，只有土中的水份超过一定的界限之后才会产生冻胀，称之为起始冻胀含水量，起始冻胀含水量与干容重、土的塑限相关密切。同时地基土的冻胀与土体的密闭性有关；在封闭体系中，土体的冻胀性强弱主要取决于土体持水数量，而在开敞体系中，尽管土体的初始含水量较小，但在冻结过程中外界水源补给可以大大增加土体的冻胀性。(3)地基土的土质：大量的试验与现场经验表明：土颗粒大小对土体冻胀性有着显著的影响。当含水量相同时，土的颗粒越细，冻胀性越强。此外在细颗粒土中，还存在土的矿物成分对冻胀性的影响。就

8、粘性土矿物类型而言，单质粘土的冻胀强度按下列顺序降低，高岭土>水云母>蒙脱石。而砂砾等粗颗粒土由于没有或只有很少量的结合水，很少发生冻胀现象。(4)土体的压实情况：试验结果表明，其它条件相同时，土的密度越大，其冻胀性越强，当土体达到某一密度时，冻胀性减小这称之为临界密度。临界密度与土体的起始冻胀含水量有关。如果临界密度的含水量接近或达到该密度·下的起始冻胀含水量，则土体的冻胀系数减小至零。4冻土路基与涵洞冻害原因路基的冻胀病害主要与气温、土质及水源条件有