祁連山凍土路基設計原則

劉宏杰 高 藝

（陜西鐵路工程職業技術學院， 陜西 渭南 741000）

凍土指溫度在零度以下時，土體中便有了冰的存在，凍土是含有冰的巖石，根據祁連山凍土的分布特點，對凍土路基的設計原則進行研究，總結凍土路基的修筑方法，從而采取相應措施提高祁連山地區凍土路基的穩定性。

1 祁連山地區不良地質分布特點

祁連山地區不良地質主要包括巖堆、風沙、風蝕和凍脹丘；大量的路基破壞是因凍脹和融沉產生的裂縫和塌陷引起的。祁連山地區凍土路基的的穩定性受到不良地質的影響不可忽視，因此在鐵路線路選線時要考慮不良地質的因素。新建蘭新第二雙線不良地質現象分布概況如下：

1） 泥石流主要分布于蘭州黃河以及北川河兩岸的溝谷中，見下表。

2） 巖堆主要分布于陡坡地帶、黃土高原地帶。3） 風沙主要分布于嘉峪關、酒泉段。沿線多為荒漠地區，植被較少，氣候惡略。4） 凍脹丘主要分布于祁連山區地帶，平均氣溫在0℃以下，海拔在3000～5000 之間。

2 凍土路基設計原則

1） 保護凍土，通過采用設置保溫層和提高路基高度的方法使多年凍土地區地溫小于-1.5 攝氏度，使路基溫度保持在基本穩定凍土區，其目的保證多年凍土上限不下降盡管存在是在人為因素和外界氣候因素的影響。2） 允許融化， 高溫極不穩定凍土區是當多年凍土地區地溫高于-0.5℃時的區間，應該促使下伏凍土融化同時采取挖除極不穩定土層，通常大填方路基用的較多，通過采用換填法，將不穩定的凍土層挖去，換成比較穩定的土層，從而提高路基穩定性。當遇到向陽坡特殊路段，溫度較高容易發生塌陷，可采用橋梁代替陸地的方式進行有效躲避。3） 控制融化速率，控制融化速率的原則主要適用于年平均地溫在-1.0℃～-0.5 攝氏度之間，主要采用主動降低路基溫度的措施，例如塊石（碎石）路基、通風管路基、熱棒路基等，在施工和運營期間控制多年凍土上限以較小的速率下降。

3 特殊路基的修筑方法

1） 熱棒路基，熱棒由一根密封的鋼管組成，上部為冷凝段下部為蒸發段，是一種汽液兩相對流循環換熱傳輸裝置。低沸點液體分布在鋼管中，熱量傳遞通過汽液轉換實現。當冷凝段溫度相比蒸發段溫度較低時，蒸發段汽液界面的飽和蒸汽壓高于冷凝段汽體壓力，蒸汽進入冷凝過程。蒸發段液體吸收到汽化熱，蒸發成汽體，同時在壓差作用下，汽體與較冷的管壁接觸凝結成液體流回蒸發段，因為氣體上升至冷凝段，同時吸收熱量循環蒸發。只要蒸發器、冷凝器之間存在溫度差，熱棒中的液體和汽體兩相將持續循環連續制冷，一直到溫差消失為止。這樣的循環，將地基中的熱量被不斷的排出來傳送至大氣中，多年凍土地基溫度被冷卻，從而提高了多年凍土地基的熱穩定性。

2） 碎石路基，碎石路基是一種路基工程中的散體隔熱材料。它的導熱系數與溫度變化有關，正溫度下導熱系數小，負溫下導熱系數大。塊石路基是在路基路肩部位和邊坡上鋪設的塊石，當外界氣溫降低，由于溫度差的作用，塊石層內空氣與外界產生對流，使得路基內部熱量被帶出，同時路基溫度降低，路基土的散熱加快。

3） 通風管路基，通風管路基與碎石路基的工作原理相似，作用主要表現在兩個方面，夏天溫度較高時，利用風在管中空氣的對流，阻止路基的熱量，減小路基融化深度；二是在寒季，在路基中增加一個冷凍面，加快路基的凍結，減小路基凍脹，增加地基多年凍土的冷儲存量。