青藏铁路多年冻土区路基变形裂缝发生机理及其防治

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1、青藏铁路多年冻土区路基变形裂缝发生机理及其防治（北京交通大学土建学院，北京100044;青藏铁路建设总指挥部，格尔木816000）摘要青藏铁路多年冻土区路®工程的修建，改变了路基基底多年冻土的热量平衡状态。通过对青藏铁路多年冻土区试验工程和己经施工的路基工程所发屯的变形裂缝的调斉和分析，认为多年冻土区路基几何尺寸不对称和路基边坡坡向不M导致的路基人为上限形态不同，是造成多年冻土区路坫温度场不对称以及杜底土体冻结融化过程不同步的主要原因，也是造成路基变形裂缝的主要原因，文牵在此基础上提出了减少或消除路基温度场不对称，从而减少或消除这类变形裂缝的主要工程结构形式和工程措施，作者

2、的看法和结论己经在2003年靑藏铁路冻土区路基工程设计和成形路基补强工程措施设计十得到广泛应用。主题词宵藏铁路冻土路基变形机理防治1概述青藏铁路逮设的三大技术难题为尚原、冻土和生态环境保护，其屮多年冻土区筑路技术问题是最为关键的技术难题。青藏铁路穿越海拔4000m以上长达546km的多年冻土区，多年冻土复杂的冻结融化过程以及与之伴生的众多冷生现象，给铁路路基修筑带来诸多技术闷题。2001年青藏铁路开工以后，先期进行了多年冻土区路基试验工程的建设，并在其上进行了多种类型路基结构实体试验，为其后全而展开的多年冻土区路基工程设计和施工提供了宝贵的经验，为今后运营期间多年冻土区可能

3、发生的路基病害的整治打下坚实的技术基础。多年冻土区路基施工后的第1、第2个冻融循环期内，即2001年冬季到2003春季，由于冻土的冷牛过程导致多年冻土区路基试验工程部分路堤和其后全面施工的部分路堤产生了程度不同的工程病害，也即路堤边坡和顶而的变形裂缝。2002年10月多年冻土的最大融化季节和2003年1月多年冻土的最大冻结季节，对路基变形问题以及由此衍生的变形裂缝的调查，并结合多年冻土地温分区、多年冻土含冰量特征以及路基结构形式特点进行的分析研允表明，多年冻土区路基变形实际上是由路基基底土体和路基本体土体在外荷载作用下压密沉降变形、冻融循环过程中融化下沉及冻胀变形组成。H前

4、在第一作者简介:张魯新男55岁宵•藏铁路迮设总指挥部专家组组长工程冻土学专业E2mail:zlx22@public.lz.gs.cn2003-06-08收稿,2003-08-05收修改稿O1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsresened.r»Up://wwv.cnki.nei施工阶段列午.静荷载和动荷载都还未施加的情况下，外荷载仅为填土荷载。冻土路基的沉降变形和冻胀变形以及由此衍生的表面形态，也即路基变形裂缝，从工程冻土学木质上讲，都是冻土的冷生过程，或者说是冷生现象的产物。因此

5、在讨论路基变形和变形裂缝时，我们从其冻土学本质上进行讨论，从路基工程本身特点上去认识，从发生发展的源头寻找工程对策从而抵御其发展，对于己经形成的工程建筑，判断路基变形裂缝存在形态和发展趋势，提岀路基补强工程措施，保证多年冻土区路基的稳定性。2路基变形裂缝发生机理2.1天然状态下多年冻土冻胀融沉过程天然状态下的多年冻土层，其上表层山于受到太阳辐射热年际变化的影响，形成丫寒、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），这样周而复始形成了季节冻结融化过程。土体中水分的存在，在季节冻结融化

6、过程中导致土体体积发生变化，使土体本身产生冻胀和融沉变形U1。2.2多年冻土区路基工程人为上限形成机理多年冻土区的路棊是横垣地面的条带状冷生结构，没冇自身热源，它对多年冻土的热扰动主要表现在填筑路堤时的填土带给基底的热最，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，并改变了它的物理、热物理性质，引起融化压缩变形。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量，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，影响路基的稳定;当路堤高度足够时，填土所增加的热阻，也就使堤身土体消耗

7、棹大量的热量，改善了基底的热状态。如果路堤高度小于当地气候潜在冻结能力形成的冻结深度时，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［2］。无论是形成热融槽或形成冻土核，经过一个以上的冻融循环形成其稳定的多年冻土上界，即路堤的人为上限。人为上限的形态决定了路堤稳定以后发生冻胀融沉变形的土体厚度，是产生路基横向不均匀变形的原因。2.2.1坡向不同的路基温度场和人为上限形态特点铁路路基无论是东两走向或南北走向，即使