凍土地區(qū)鐵路路基設(shè)計

摘要路基作為線路的重要組成部分，它既是線路的主體，又是軌道的基礎(chǔ)。路基的好壞直接關(guān)系到整個線路的質(zhì)量和火車的安全行駛。然而在高原凍土區(qū)，由于凍土的凍脹和融沉，會造成路基凍害變形，危及行車安全，所以在凍土路基的設(shè)計和施工中，凍土路基的處理顯得尤為重要。多年凍土區(qū)路基的處理，按保護(hù)凍土的設(shè)計原則采用通風(fēng)路堤、合理路堤高度、鋪設(shè)工業(yè)保溫材料、設(shè)置熱棒等措施來滿足保護(hù)多年凍土不致融化的要求，路基排水設(shè)計和施工技術(shù)也同樣重要。本論文為凍土路堤的設(shè)計，設(shè)計段全長2500m，位于海拔為3580m～4100m的青藏高原，沿線高寒缺氧、環(huán)境惡劣，不同程度分布多年凍土。本文首先介紹了凍土的工程特性以及多年凍土區(qū)路基的常見病害，接著介紹了路基橫斷面的構(gòu)成及凍土區(qū)路基的設(shè)計，并按照保護(hù)凍土的原則進(jìn)行路基設(shè)計，依據(jù)線路的平、縱斷面圖繪制路基橫斷面初步設(shè)計圖。其次，詳細(xì)論述了凍土區(qū)地基處理的方法，根據(jù)設(shè)計段的工程概況進(jìn)行地基處理。然后，通過對路堤填高最高斷面的沉降量計算得到地基無需加固，再進(jìn)行路基排水與防護(hù)的設(shè)計。最后，對多年凍土區(qū)路基的施工技術(shù)進(jìn)行了全面、細(xì)致的描述。關(guān)鍵詞:路基工程；多年凍土；換填處理；熱棒

AbstractAsanimportantpartoftheline,theembankmentisthemainbodyoftheline,anditalsoisthebasisoftrack.Theroadbedisdirectlyrelatedtotheentirelineofqualityandsafetyofthetraindriving.However,intheplateaupermafrostareas,duetofrostheavingandthawingofthepermafrostwillcauseroadbeddeformationfrostdamage,endangertrafficsafety,andfrozensoilsubgradetreatmentisparticularlyimportantinthedesignandconstructionofpermafrostroadbed.Handlingoftheroadbedinpermafrostregions,accordingtothedesignprinciplesfortheprotectionofpermafrostventilationembankmentreasonableembankmentheight,thelayingofindustrialinsulationmaterials,setuphotrodsandothermeasurestomeettherequirementsprotectthepermafrostfrommelting,subgradedrainagedesignandconstructiontechniquesarealsoimportant.Inthisthesis,thedesignisaboutofthefrozensoilembankment.Thewholelengthofthedesignlotis2500m,itislocatedinanaltitudeof3580mto4100moftheQinghai-TibetPlateau,alongthealpinehypoxia,poorenvironmentandvaryingdegreesofdistributionofpermafrost.Thispaperfirstintroducestheengineeringpropertiesofpermafrostandembankmentinpermafrostregionsofcommondiseases,thenintroducesthecompositionoftheembankmentcross-sectionandthedesignofthesubgradeinpermafrostregion,andinaccordancewiththeprotectionoffrozentheprincipleofsoildesignsembankment,preliminarydesignbasedonthelinesofembankmentcross-sectionallevel,longitudinaldrawing.Secondly,thispaperdiscussesindetailwaystodealwithpermafrostzonefoundation,foundationtreatmentswereappliedaccordingtothedesignoftheprojectprofilessection.Thirdly,throughthehighestsectionofembankmentfilltheSettlementCalculationtodeterminethefoundationwithoutprocessing，thenthesubgradedrainageandprotectionhasbeendesigned.Finally,theconstructiontechnologyoftheroadbedinpermafrostregionshasbeendescribedcomprehensivelyandmeticulously.Keywords:subgradeengineering;permafrost;replacementtreatment;hotrod

目錄摘要 I1 緒論 11.1 凍土的基本概念 11.2 多年凍土的成因 31.3 凍土的工程特性 41.3.1 凍土的物理性質(zhì) 41.3.2 凍土的變形性質(zhì) 51.3.3 凍土的力學(xué)性質(zhì) 51.3.4 凍土的凍脹性 61.3.5 凍土的融沉性 61.4 多年凍土地區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象 72 設(shè)計段路基設(shè)計 82.1 一般路基橫斷面的設(shè)計 82.1.1 路基橫斷面的形式 82.1.2 路基橫斷面基本構(gòu)造 82.1.3 一般路基斷面設(shè)計 92.2 多年凍土地區(qū)路基設(shè)計 112.2.1 凍土路基設(shè)計的基本方法 112.2.2 多年凍土區(qū)路基工程 132.3 設(shè)計段資料 162.4 路基橫斷面的設(shè)計及繪制 173 地基處理 183.1 地基處理的目的及原則 183.2 地基處理方法分類 203.3 凍土地區(qū)地基處理方法 213.3.1 凍土地基所面臨的問題 213.3.2 凍土區(qū)地基處理的基本方法 223.4 設(shè)計段地基處理 244 地基沉降 274.1 地基沉降量計算方法 274.2 沉降量具體計算 284.2.1 自重應(yīng)力計算 284.2.2 附加應(yīng)力計算 294.2.3 地基沉降量計算 325 路基排水及防護(hù)設(shè)計 345.1 路基排水 345.1.1 路基地面排水 345.1.2 路基地下水的降低與排除措施 355.1.3 設(shè)計段排水設(shè)計 355.2 路基防護(hù) 355.2.1 路基坡面防護(hù) 355.2.2 路基坡腳沖刷防護(hù) 365.2.3 設(shè)計段防護(hù)設(shè)計 366 路基施工 386.1 路基施工的準(zhǔn)備工作 386.2 路基土石方施工及爆破工程 406.2.1 路基土石方的施工方法 406.2.2 爆破工程 416.3 多年凍土區(qū)路基施工 416.3.1 對凍土環(huán)境的保護(hù) 416.3.2 多年凍土區(qū)路基施工技術(shù)措施 42結(jié)論 45致謝 46參考文獻(xiàn) 47附錄緒論地方鐵路哈爾蓋至柴達(dá)爾至木里線，位于青海省東北部的剛察縣、祁連縣、天峻縣境內(nèi)，以青藏鐵路西寧至格爾木段上哈爾蓋站為起點(diǎn)，沿柴達(dá)爾支線到達(dá)柴達(dá)爾車站后，線路沿哈爾蓋曲北上，穿越大通山埡口，跨過大通河折向西沿河北岸行進(jìn)，路經(jīng)江倉煤礦至終點(diǎn)木里煤礦，線路全長195.24km，其中新建段柴達(dá)爾至木里長142.040km。本線為運(yùn)煤專用鐵路，全線位于海拔為3580m～4100m的青藏高原，沿線高寒缺氧、環(huán)境惡劣，不同程度分布多年凍土。該多年凍土區(qū)海拔高，氣壓低，氣候嚴(yán)寒，凍結(jié)期長，多年凍土平均地溫低，但積雪較薄，且保存時間不太長。凍土的基本概念凡含有水的松散巖石和土體，當(dāng)溫度降低到其凍結(jié)溫度時，土中孔隙水便凍結(jié)變成冰，且伴隨析冰晶體的產(chǎn)生，膠結(jié)了土的顆粒。各種土體中的冰析作用，將伴隨著一系列非常復(fù)雜的物理、化學(xué)及力學(xué)性質(zhì)的改變，水分遷移，孔隙溶液濃度的增大和土體不均勻變形，以及引起應(yīng)力、應(yīng)變的改變，都在改變著凍土的性質(zhì)?？紫端Y(jié)晶，松散土顆粒被膠結(jié)和外來冰侵入體的“冰劈”作用是土體性質(zhì)變化的一個重要條件。另外，由于固體土顆粒表面自由能量的作用，使凍土中的水分不能完全凍結(jié)成冰，而總是含有一定量的未凍水。隨著凍土溫度變化，未凍水--冰之比例也在改變，而溫度指標(biāo)是引起凍土性質(zhì)變化的基本條件。因此，把具有負(fù)溫度及冰，且膠結(jié)著松散巖石固體顆粒的土，稱為凍土。凍土溫度狀態(tài)隨地區(qū)及存在條件的差異而發(fā)生變化。它主要取決于大氣溫度、海拔高度、地形、地質(zhì)和水文地質(zhì)及植被等條件。此外，環(huán)境條件的改變和人類的工程建筑活動也可直接影響其所在地段的凍土溫度狀態(tài)。凍土按其凍土狀態(tài)時間的長短可分為多年凍土、季節(jié)凍土和瞬時凍土三類。凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年以上的凍土為多年凍土。每年冬季凍結(jié)，夏季全部融化，凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時間大于一個月，每年周期性凍結(jié)的凍土為季節(jié)性凍土，這種凍土的凍結(jié)深度為數(shù)厘米至1～2m。瞬時凍土是指冬季凍結(jié)狀態(tài)僅持續(xù)幾個小時至數(shù)日的凍土，其凍結(jié)深度為數(shù)厘米至數(shù)毫米。每年冬季凍結(jié)，夏季融化的地表（淺層土體），在多年凍土地區(qū)稱之為季節(jié)融化層；在季節(jié)性凍土地區(qū)稱之為季節(jié)凍結(jié)層（季節(jié)凍土層）。凍土是一種復(fù)雜的多相天然復(fù)合體結(jié)構(gòu)構(gòu)造上也是一種非均質(zhì)、各向異性的多孔介質(zhì)。凍土的基本成分有四種：固態(tài)的土顆粒、水、液態(tài)水、氣體和水汽。土顆粒大小和外形對土凍脹及物理力學(xué)性質(zhì)又十分重要的影響。土顆粒大小主要表現(xiàn)在土顆粒粒子表面的物理、化學(xué)性質(zhì)，它是根據(jù)土粒子的比表面積而定。土顆粒的外形主要表現(xiàn)在受外力作用時可以產(chǎn)生力的位移。土粒子的巨大表面能量還取決于土顆粒的分散程度和土粒子的礦物成分，決定著土粒子與孔隙水相互作用的差異性。當(dāng)土粒子與冰之間以及土粒子之間的接觸點(diǎn)上出現(xiàn)一定應(yīng)力時，必然會使凍土中的未凍水量發(fā)生變化，且影響凍土的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)。凍土內(nèi)的冰是凍土不可缺少的成分，它的數(shù)量、分凝特點(diǎn)（由薄膜水向結(jié)晶鋒面的遷移而形成冰體，在一定條件下，冰體體積可大大超過凍結(jié)前體中的孔孔隙）及其與土顆粒之間的膠結(jié)程度影響著土體的凍脹性及凍土的物理性質(zhì)。由于冰具有明顯的非均質(zhì)特性，它的粘塑性變形主要是發(fā)生在于晶體長軸相垂直的方向上。在天然狀態(tài)下，由于熱—力條件（如溫度，壓力等）產(chǎn)生變化，冰的各種特性（包括結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，流變性等）也會發(fā)生相應(yīng)的變化。凍土中的未凍水（液態(tài)水）伴隨土體溫度的變化而變化。它的多寡主要取決于土顆粒表面能的大小，且在外荷載、溫度等條件影響下發(fā)生變化，凍土中的水汽總是從水汽壓力高的地方向水汽壓力地的地方遷移。在水分稀少的凍土中，它是溫度變化和土凍結(jié)時水分重分布的原因之一。對于飽和或二相體系的凍土來說，它的作用相對次要。冰與土顆粒之間的膠結(jié)程度及其性質(zhì)是評價凍土性質(zhì)的重要因素，尤其是當(dāng)凍土被當(dāng)作各種建筑物的地基或材料時，凍土的含水量及其所處的物理狀態(tài)就顯得更為重要。所以要特別重視凍土的組成對凍土的熱學(xué)、物理、力學(xué)性質(zhì)的影響，以及凍土中冰和未凍水的存在和它們隨土體負(fù)溫度變化所引起的凍土性質(zhì)變化。多年凍土按其含冰量的不同可以分為：少冰凍土、多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層。各種凍土含冰特征及融沉分級如下表1-1所示。

表1-1凍土的描述定名和融沉性等級分類表土類含冰特征融沉性等級及類別凍土定名凍土一、肉眼看不見凝冰的凍土1、膠結(jié)性差，易碎凍土I級不融沉少冰凍土2、無過剩冰的凍土3、膠結(jié)性良好的凍土4、有過剩冰的凍土二、肉眼可見分凝冰，但冰層厚度小于或等于2.5cm的凍土1、有單個冰晶體，冰包原體的凍土2、在顆粒周圍有冰膜的凍土Ⅱ級弱融沉多冰凍土3、不規(guī)則走向的冰條帶凍土Ⅲ級融沉富冰凍土4、層狀或明顯定向的冰條帶凍土Ⅳ級強(qiáng)融沉飽冰凍土厚層冰三、冰層厚度大于2.5cm的含土冰層或純冰層1、含土冰層V級融陷含土冰層2、純冰層ICE多年凍土的成因凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)兩年以上的土層（土壤、土和巖石）稱為多年凍土。地球表面發(fā)生著包括一切傳熱形式：輻射、對流和傳導(dǎo)的復(fù)雜熱交換過程。盡管地表發(fā)生的熱交換過程十分復(fù)雜，但最后都可以歸結(jié)為使地表吸熱或散熱。冷半年的時候（寒季），地表散發(fā)熱量使土逐漸冷卻。一般來說當(dāng)土的溫度降至0℃一下時，土中水就會凍結(jié)形成凍土。如果該地表一年中的吸熱量等于或大于散熱量，而熱半年時（暖季），在冷半年形成的凍土就會全部融化，這類凍土就是季節(jié)性凍土。反之如果該處地表一年中吸熱量小于散熱量，則冷半年形成的凍土在熱半年就不會全部融化，而殘留一部分。如果長時期的保持每年散熱大于吸熱這一條件，則年復(fù)一年，就能形成相當(dāng)厚度的多年凍土。從凍土熱物理學(xué)觀點(diǎn)來看，凍土是在巖石圈—土壤—大氣圈系統(tǒng)熱值交換過程中形成的。自然界許多地理地質(zhì)因素參與這一過程，影響和決定凍土的形成和發(fā)育。氣候是其中對凍土有重要作用的因素，主要有氣溫、降水、云量、日照、積雪以及冰川等。地質(zhì)構(gòu)造和地形條件對多年凍土的的分布、溫度、厚度、冷生組構(gòu)、形態(tài)組合以及凍土的其他特征均有重要影響。深部低溫和地中熱流是影響多年凍土發(fā)育的下邊界條件。巖性和含水量對多年凍土厚度的形成起重要作用，主要通過導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量以及水的相變潛熱來直接影響多年凍結(jié)層的厚度。多年凍土發(fā)生在地球發(fā)展史的寒冷時期，是一種地帶性現(xiàn)象。隨著地球上氣候的冷暖交替，多年凍土也曾幾度消長。迄今為止，有據(jù)可查的最老的多年凍土位于北極北部，這些多年凍土自60萬年前形成后一直保留到現(xiàn)在。中更新世寒冷期形成的多年凍土也有一部分，如中雅庫特的多年凍土一直保留到現(xiàn)在。也就是說，在至少8萬年期間，盡管南部地區(qū)的多年凍土已經(jīng)形成、消失、又重新形成了好幾次，但雅庫特的多年凍土從來就沒有完全融化過。在7萬年前開始的晚更新世寒冷期，由于氣候寒冷而干燥，冰川分布面積比早、中更新世要小。因此，這一時期多年凍土分布面積最大。在前蘇聯(lián)的歐洲部分和中亞，多年凍土南界推進(jìn)到48°N處。在北美，多年凍土南界至少比現(xiàn)在的位置推進(jìn)了2000km。約1萬年前，開始了全新世時期，多年凍土逐漸向北退縮，北極地區(qū)的一些近海的低地被海水淹沒，其下的多年凍土開始退化，殘留者就成為至今的海底多年凍土。在距今約8000～4500年期間的氣候最宜期（氣候變暖的時期），多年凍土縮小到最小范圍。約4500年出現(xiàn)了新冰期，多年凍土重新發(fā)展。我國東北這一時期南界已超過了南界位置。在距今約500年開始的小冰期，多年凍土南界的變化很不一致。由于中、短周期氣候波動的影響，有的向南推進(jìn)，有的向北退縮。現(xiàn)代多年凍，從全球范圍的角度，相對晚更新世的多年凍土而言，正處在退化階段，但也不排除局部地區(qū)有地表?xiàng)l件改變而出現(xiàn)多年凍土的發(fā)展。凍土的工程特性凍土的工程特性主要包括其物理性質(zhì)、變形性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、凍脹及融沉性。凍土的物理性質(zhì)1.總含水率凍土的總含水率是指凍土中所有的冰的質(zhì)量與骨架質(zhì)量之比和未凍水的質(zhì)量與土骨架質(zhì)量之比的和。2.凍土的含冰量因?yàn)閮鐾林泻形磧鼋Y(jié)水,所以凍土的含冰量不等于凍土融化時的含水率,衡量凍土中含冰量的指標(biāo)有相對含冰量、質(zhì)量含冰量和體積含冰量。相對含冰量是凍土中冰的質(zhì)量與全部水的質(zhì)量之比;質(zhì)量含冰量是凍土中冰的質(zhì)量與凍土中土骨架質(zhì)量之比;體積含冰量是凍土中冰的體積與凍土總體積之比。3.重度凍土重度分為三種：原狀凍土的重度γ0骨架重度γd，等于干土重量與它在天然狀態(tài)時的體積之比③冰包裹體之間凍土層的骨架重度γdi其中后兩者是附加的重度指標(biāo)。凍土的變形性質(zhì)1.凍土的蠕變特性凍土在固定的長期荷載作用下，其變形隨時間而增加的現(xiàn)象叫做蠕變。蠕變與作用的荷載大小有關(guān)，它可能是衰減的或非衰減的。如果有效應(yīng)力比長期強(qiáng)度的極限值小，就會出現(xiàn)衰減蠕變。在衰減蠕變中，變形過程是隨時間的增加而逐漸穩(wěn)定，變形亦趨于最終的數(shù)值。蠕變過程的強(qiáng)烈程度主要取決于凍土的溫度，溫度愈低，蠕變過程發(fā)展的強(qiáng)烈程度就愈小。2.凍土的流變性如果在凍土上施加的荷載不太大，那么恒速流變過程可能經(jīng)歷很長時間并處于主要地位。3.凍土的壓縮性凍土特別是塑性凍土，在荷載作用下，它能被壓密，并使建筑物地基上發(fā)生顯著下沉。由于空氣和水從土中被擠出來，使凍土變得密實(shí)，減小了孔隙度。壓密變形包括初始的有條件的瞬時變形和隨時間而發(fā)生的變形。凍土的力學(xué)性質(zhì)凍土的強(qiáng)度與變形特性與其他類型土的最大差別在于其中冰的存在,其力學(xué)性質(zhì)主要取決于其中膠結(jié)冰的性質(zhì),冰的強(qiáng)度隨溫度的降低而增加,并隨冰晶的結(jié)構(gòu)構(gòu)造變化而變化。此外,冰的強(qiáng)度還隨應(yīng)變速率的增大而增大,在破壞類型上表現(xiàn)為由塑性向脆性的轉(zhuǎn)變,冰的這些性質(zhì)直接導(dǎo)致了凍土也具有類似的特征。凍土的強(qiáng)度受溫度、壓力、以及應(yīng)變速率的改變而發(fā)生很大變化:當(dāng)溫度降低時,凍土的強(qiáng)度隨之增加;當(dāng)荷載作用歷時延長時,顆粒間膠結(jié)冰產(chǎn)生塑流而具有流變性,這一特點(diǎn)使得凍土的瞬時強(qiáng)度大而長期強(qiáng)度小;隨應(yīng)變速率的加大,凍土強(qiáng)度增大,破壞類型表現(xiàn)出由塑性破壞向脆性破壞轉(zhuǎn)化。凍土的強(qiáng)度有別于其他類型土強(qiáng)度的另一突出表現(xiàn)是圍壓的影響。在較低圍壓條件下,凍土的強(qiáng)度是隨圍壓的升高而升高,在較高的圍壓條件下,隨著圍壓的加大,凍土強(qiáng)度隨圍壓的升高而降低。凍土的凍脹性在季節(jié)凍土區(qū)或多年凍土區(qū),當(dāng)溫度降低到土的凍結(jié)溫度以下時,濕土中的水分就向正凍帶遷移,并以冰的形式充填土顆粒間隙,而當(dāng)土中的水凍結(jié)成冰時,體積一般會增大9%,當(dāng)土中水的體積膨脹到足以引起顆粒間的相對位移時就會引起土的凍脹。凍脹的嚴(yán)重性在于已凍土中由于未凍水分不斷地遷移積聚,特別是當(dāng)負(fù)溫持續(xù)條件及有充分的水源和水的遷移通道時,凍脹會更加嚴(yán)重。影響凍脹的主要因素有:土顆粒粒徑大小、礦物成分、土中水分以及補(bǔ)給來源、凍結(jié)條件和外部荷載作用等。一般來說,粗顆粒的土由于水分易于排出而不易產(chǎn)生凍脹,隨著土顆粒粒徑的減小凍脹性逐漸增強(qiáng),但當(dāng)顆粒粒徑達(dá)到黏性土粒徑范圍(即不大于0.0075mm)時,由于水分遷移量減小,凍脹量也相應(yīng)減小;親水性礦物成分含量高的土凍脹性顯著增強(qiáng);對于凍脹敏感性土,初始含水量大,水分補(bǔ)給充足的土凍脹性特別強(qiáng);溫度越低,未凍水含量越少,冰的相對含量增加,凍脹性就越顯著;增加土體的外部附加荷載會對土體凍脹產(chǎn)生顯著的抑制作用。凍土的融沉性凍結(jié)深度或融化層厚度,一般通過勘探和實(shí)測地溫方法進(jìn)行直接判定。我國多年凍土地區(qū)融化深度約3m左右,所以對多年凍土融陷性等級評價也按3m考慮,根據(jù)計算融陷量及融陷系數(shù)對凍土的融陷性分成5級，具體見表1-1。凍土在融化過程中在無外部荷載作用下所產(chǎn)生的沉降,稱為融化下沉或融陷,在有外部荷載作用下產(chǎn)生的壓縮變形稱為融化壓縮。多年凍土地區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象多年凍土地區(qū)常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象有以下幾種：1.厚層地下冰厚度大于0.3m的冰層稱為厚層地下冰。厚層地下冰是由于多年凍土層層上水發(fā)育，季節(jié)融化層多呈飽和狀態(tài)，當(dāng)凍結(jié)時，水分向上轉(zhuǎn)移，如果凍土層上限由條件則形成厚層地下冰，有時厚度相當(dāng)大。也有的厚層地下冰是埋藏的冰川冰。2.熱融滑塌當(dāng)多年凍土區(qū)斜坡下游厚層地下冰分布時，斜坡如受到自然或人為因素影響，其熱平衡受到破壞，地表層在重力作用下沿融凍界面滑塌，稱為熱融滑塌。熱融滑塌的位移多為牽引式位移。3.冰錐、冰丘封凍于地表或冰面一下的地下或河水形成的尖丘狀隆起稱為冰錐。由于地下水受地面和下部多年凍土的遏阻產(chǎn)生凍結(jié)膨脹，使地表隆起形成凍脹土丘，稱為冰丘。若地下水含水氣體，使地表在暖季發(fā)生爆炸的丘狀隆起稱為爆炸性冰丘。4.熱融沉陷多年凍土地區(qū)由于自然和人為因素破壞了多年凍土的熱平衡后，使地表下沉形成的凹地或積水凹地，稱為熱融沉陷。5.凍土沼澤由于積雪和地表水的影響，在平坦和低洼地帶形成沼澤，石地表長期積水或處于潮濕狀態(tài)。6.其他不良工程地質(zhì)現(xiàn)象從環(huán)境保護(hù)的角度看，多年凍土特別是高含冰量凍土對地表的擾動十分敏感。地表的一些不大的改變，如雪蓋和植被的變化都會引起多年凍土重大的不可逆的變化，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。低溫和短的生長季節(jié)也造成了凍土區(qū)植被一旦被破壞后恢復(fù)緩慢的特點(diǎn)。因此在凍土區(qū)筑路要特別注意保護(hù)環(huán)境。從工程的角度看，保護(hù)好環(huán)境對保護(hù)凍土，確保路基的穩(wěn)定性也是十分必要的。設(shè)計段路基設(shè)計一般路基橫斷面的設(shè)計路基橫斷面的形式1.路堤當(dāng)鋪設(shè)軌道或路面的路基面高于天然地面時，路基以填筑方式構(gòu)成，這種路基稱為路堤。2.路塹當(dāng)鋪設(shè)軌道或路面的路基面低于天然地面時，路基以開挖方式構(gòu)成，這種路基稱為路塹。3.半路堤當(dāng)天然地面橫向傾斜，路堤的路基面邊線和天然地面相交時，路堤本體在地面和路基面相交線以上部分五填筑工程量，這種路堤稱為半路堤。4.半路塹當(dāng)天然地面橫向傾斜，路塹路基面的一側(cè)無開挖工作量時，這種路基稱為半路塹，。5.半路堤半路塹當(dāng)天然地面橫向傾斜，路基一般一部分以填筑方式構(gòu)成而另一部分以開挖方式構(gòu)成時，這種路基稱為半路堤半路塹。6.不填不挖路基當(dāng)路基的路基面和經(jīng)過清理的天然地基面平齊，路基無填挖土方時，這種路基稱為不填不挖路基。路基橫斷面基本構(gòu)造鐵路路基由路基本體和路基設(shè)備兩部分組成。在路基橫斷面中，路基本體由路基頂面、路肩、機(jī)床、邊坡、基底幾部分構(gòu)成。1.路基頂面，能直接在其上面鋪設(shè)軌道或鋪筑面層的部分及路肩組成，稱為路基頂面。2.路肩，鐵路路基頂面中，道床覆蓋以外的部分稱為路肩，其作用是保護(hù)路堤受力的堤心部分，防治道砟失落，保持路基面你的橫向排水，供養(yǎng)護(hù)維修人員作業(yè)行走避讓，放置養(yǎng)護(hù)機(jī)具，防洪搶險臨時堆放砂石料，埋設(shè)各種標(biāo)志、通行信號、電力給水設(shè)備等。在線路設(shè)計中，路基的設(shè)計高程以路肩邊緣的高程表示，稱為路肩高程。3.基床，鐵路路基面以下受到列車動荷載作用和受水文，氣候四季變化影響的深度范圍稱為基床。其狀態(tài)直接影響到列車運(yùn)行的平穩(wěn)和速度的提高。4.邊坡，路基橫斷面兩側(cè)的邊線稱為路基邊坡。邊坡與路基頂面的交點(diǎn)稱為頂肩。邊坡與地面的交點(diǎn)，在路堤中稱為坡腳，在路塹中稱為路塹塹頂邊緣。5.基底，基底即為路堤的地基?；撞糠滞馏w的穩(wěn)固性，對整個路基本體以至軌道的穩(wěn)定性都是極為關(guān)鍵的。一般路基設(shè)計1．路基面形狀路基面是否需要設(shè)置路拱，應(yīng)根據(jù)基床填料的滲水性及水穩(wěn)性而定。不易滲水的填料必須設(shè)置路拱，使道床下的積水能迅速向路基兩側(cè)排出，以保持路基面的干燥，防止基床因浸水強(qiáng)度下降產(chǎn)生病害；而滲水性好的填料，進(jìn)入路基面的水能夠較快地向下滲出，故不需設(shè)置路拱。巖石（年平均降水量大于400mm地區(qū)的易風(fēng)化泥質(zhì)巖石除外）由于水穩(wěn)性良好，不怕水浸，也不需設(shè)置路拱，故路基面形狀可分為有路拱和無路拱兩種。路基面形狀應(yīng)符合規(guī)定：非滲水土和用封閉層處理的路基面應(yīng)設(shè)路拱。路拱形狀為三角形，由路基中心線向兩側(cè)設(shè)計4﹪的人字排水坡。曲線加寬時，仍保持三角形。2．路基面的寬度區(qū)間鐵路路基面寬度應(yīng)根據(jù)旅客列車設(shè)計行車速度、正線數(shù)目、線間距、遠(yuǎn)期采用的軌道類型、路基面兩側(cè)沉降加寬、曲線加寬、路肩寬度、養(yǎng)路形式、接觸網(wǎng)立柱的設(shè)置位置等，由計算確定。路肩寬度：路堤不應(yīng)小于0.8m，路塹不應(yīng)小于0.6m。3．基床路基基床結(jié)構(gòu)分為表層和底層，其表層厚度為0.6m，底層厚度為1.9m，總厚度為2.5m。基床底層的頂部和基床一下填料部位的頂部應(yīng)設(shè)4%的人字排水坡。路堤基床為滲水土而其下部為非滲水土，非滲水土層頂面應(yīng)設(shè)4%橫向排水坡。路塹基床表層換填滲水土?xí)r，其底層頂面應(yīng)設(shè)4%橫向排水坡。陡坡地段的半填半挖路基，路基面一下1m基床范圍內(nèi)應(yīng)予以挖出換填，填料應(yīng)符合基床土的要求。4．路基高度路基高度是指陸地的填筑高度和路塹的開挖深度，是路基設(shè)計高程和地面高程之差。由于地面沿橫斷面方向往往是傾斜的，因此在路基寬度范圍內(nèi)，兩側(cè)的高差常有差別。路基高度是指路基中心線處設(shè)計高程與原地面高程之差。而路基兩側(cè)邊坡的高度是指填方坡腳或挖方坡頂與路基邊緣的相對高差。所以路基高度有中心高度和邊坡高度之分。路基的填挖高度，是在線路縱斷面設(shè)計時，綜合考慮線路縱坡要求、路基穩(wěn)定性和工程經(jīng)濟(jì)等因素確定的。在鐵路線路工程中，路基面的高程由線路縱斷面設(shè)計確定，并以路肩高程表示，在線路縱斷面設(shè)計中所確定的路肩高程系按路基面有路拱路基面得出。所以當(dāng)路基面為無路拱路基面時，按規(guī)定路肩高程修筑的路基面鋪軌后，軌面高程將低于設(shè)計高程，單線路基是其值為路拱高和有、無路拱的道床厚度差之和，橫斷面上的路基面為滲水土或時，巖石，路肩高程應(yīng)加高的值為,使鋪軌后的軌面與設(shè)計高程相等。路肩高程受洪水位或潮水位影響時，應(yīng)根據(jù)不同的情況，確定設(shè)計洪水頻率或重現(xiàn)期，以計算其設(shè)計水位。設(shè)計洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)是一、二級鐵路為1/100，三級鐵路為1/50.路肩高程是在線路縱斷面設(shè)計中，考慮路基不受水淹沒，要求經(jīng)綜合優(yōu)化得出。為減少路基病害，確保線路質(zhì)量，在縱斷面設(shè)計中的路肩高程應(yīng)滿足要求：濱河、河灘路堤的路肩高程應(yīng)高出設(shè)計水位加壅水高（包括河道卡扣或建筑物造成的壅水，河灣水的超高）加波浪侵襲高或斜水流局部沖高，加河床淤積影響高度，再加0.5m。其中波浪侵襲高與斜水局部沖高應(yīng)取較大值。水庫路基的路肩高程，應(yīng)根據(jù)設(shè)計水位加波浪侵襲高加壅水高（包括水庫回水及邊岸壅水），再加0.5m。當(dāng)按規(guī)定洪水頻率計算的設(shè)計水位低于水庫正常水位，應(yīng)采用水庫正常高水位作為設(shè)計水位。未設(shè)防浪胸墻的濱海路堤，其路肩高程應(yīng)高出設(shè)計高潮水位加波浪侵襲高（波浪爬高）加不小于0.5m的安全高度；當(dāng)路堤頂設(shè)有防浪胸墻時，路肩高程高出設(shè)計高潮水位以上不小于0.5m。地下水位和地面積水水位較高地段的路基，其路肩高程應(yīng)高出最高地下水位或最高地面積水水位加毛細(xì)水強(qiáng)列上升高度，再加0.5m。5．路基防護(hù)防護(hù)工程應(yīng)根據(jù)填料形狀、氣候條件、邊坡高度、浸水及沖刷等具體情況因地制宜采取適宜的防護(hù)形式，并符合下列規(guī)定：(1)當(dāng)路堤邊坡適宜進(jìn)行植物防護(hù)，且能保證路基邊坡的穩(wěn)定時，應(yīng)優(yōu)先采用植物防護(hù)方法。可根據(jù)路堤高度及填料情況，采用植草、種植灌木或藤本植物、骨架護(hù)坡或土工合成材料結(jié)合植物防護(hù)等措施。(2)當(dāng)路堤邊坡高度較高時，可在邊坡不小于2.5m寬度范圍內(nèi)分層鋪設(shè)土工格柵等土工合成材料，每層間距0.3～0.6m，鋪設(shè)至基床表層下，并在邊坡上采取適宜的植物防護(hù)措施。(3)降雨量大，強(qiáng)度高、歷史長的區(qū)域，路堤邊坡大于8.0m的路堤應(yīng)設(shè)置寬度不小于2.0m的邊坡平臺，并在邊坡上設(shè)置截水溝。土質(zhì)、軟質(zhì)巖及強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖路塹的邊坡坡面（含邊坡平臺、側(cè)溝平臺）均應(yīng)進(jìn)行防護(hù)或加固，并符合下列規(guī)定：(1)對土質(zhì)路塹邊坡可采用噴播植草或種植灌木等措施，對較高的土質(zhì)路塹邊坡可采用骨架護(hù)坡或掛網(wǎng)結(jié)合噴播植草、種植灌木等措施。(2)軟質(zhì)巖、強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖應(yīng)根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、風(fēng)化程度、地下水及氣候條件等確定邊坡加固措施。應(yīng)隨挖隨護(hù)，每隔一定高度或在土石分界處設(shè)置一平臺，必要時可采用先加固坡腳后開挖的方式進(jìn)行預(yù)加固。條件適宜時，也可采用巖石邊坡植被護(hù)坡技術(shù)。路肩應(yīng)采用硬化處理措施，并應(yīng)設(shè)置集中有序的排水設(shè)施。6．路基排水(1)路基表面排水路基面中心處沿線路方向每隔50m設(shè)集水井一處，將路基表面水引向集水井內(nèi)，并用排水管將水引入坡面排水槽，排水管采用PVC管外套鋼管進(jìn)行保護(hù)。(2)路塹兩側(cè)坡面排水路塹兩側(cè)均設(shè)C25鋼筋混凝土側(cè)溝，側(cè)溝采用深0.6m，底寬0.6m的矩形溝。從電纜槽底部至側(cè)溝外側(cè)鋪設(shè)一層兩布一膜土工布。路塹側(cè)溝平臺為2m，墊層厚度不小于1.8m。多年凍土地區(qū)路基設(shè)計常見的凍土路段路基破壞現(xiàn)象有：融沉、凍脹、翻漿等。只有對這些破壞現(xiàn)象給與充分的重視，并加以研究，才能更好的在路基修建中，減少和避免這些現(xiàn)象的發(fā)生。凍土路基設(shè)計的基本方法凍土路基設(shè)計的基本方法主要為保溫和破壞兩種：1.保溫從保護(hù)凍土出發(fā)，單純考慮路堤高度時，熱穩(wěn)定的影響是比較簡單的。因?yàn)槁坊礁撸馕吨鴱纳辖缌飨虻刂械膫鳠徇^程中，熱阻增大、路基自身的儲熱能力增大，因而有利于熱穩(wěn)定。但是路基不能無節(jié)制的加高。路基的高度應(yīng)以降低垂直熱流至接近熱平衡為原則，是凍土上限埋深達(dá)到可能融化的最大深度。從路基熱穩(wěn)定角度看，設(shè)定一定高度和寬度的護(hù)坡道或放緩邊坡，可以加強(qiáng)側(cè)向散熱，減小垂直熱阻。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置護(hù)坡道的路段，熱融沉陷相對弱的多，加高加寬護(hù)坡道可以使路側(cè)凍土上限上升，一方面防止凍結(jié)層上水進(jìn)入路基下凍土上限凹槽，使多年凍土融化；另一方面可形成水平地溫梯度，促進(jìn)側(cè)向散熱。護(hù)坡道的寬度不宜小于2～3米，在排水不暢的地段不宜小于5米。高度一般0.8～1.5米為宜(主要考慮到經(jīng)濟(jì)性)。凍土路堤填料既要滿足承載能力的要求，又要滿足防止路基聚冰凍脹作用，同時還要考慮其保溫性能。作為多年凍土地區(qū)路基的填料，巖塊、粗粒土及細(xì)粒土各有優(yōu)缺點(diǎn)。巖塊和粗粒土持水能力要比細(xì)粒土小，在相同的氣候條件下，含水量小的粗粒土在冬季散失的熱量小，而潮濕的細(xì)粒土在冬季散失的熱量大；粗粒土的滲透性能較好，因此夏季雨水滲水粗粒土攜帶的熱量要較細(xì)粒土多；細(xì)粒土作填料一般填筑比較緊密，空隙度小、空氣充量小，基本上是以土顆粒本身進(jìn)行熱傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)的速度比較慢，而以巖塊的碎塊石、卵石土及粗粒土等填筑時，一般空隙度較大，空氣在空隙中易產(chǎn)生對流，因而增強(qiáng)了熱傳導(dǎo)性能，夏季易于吸熱，冬季易于放熱，使熱源能量傳遞較深。上述熱傳導(dǎo)性能的差別，是由于粗粒土與細(xì)粒土熱物理狀態(tài)的不一致性，因?yàn)闊崛萘坎煌虼嗽趦鋈诮惶孢^程中，在吸熱、散熱速度上，時間上均不相同，填砂粘土的地溫要比填砂卵石為低，地溫的回升速度填粘土的較填砂卵石的明顯。在做好地表排水的前提下，用粗粒土或細(xì)粒土作填料對保護(hù)基底凍土無明顯的區(qū)別，填料類別一般不起控制作用。因此，除了特殊要求外，宜采取因地制宜，就近取土的原則，以便施工，降低造價。但在特殊路段，路基填料的選擇一定要慎重，要考慮各種控制因素，有時遠(yuǎn)距離取用適宜的填土也是必要的。如對排水困難的地段，適當(dāng)利用粘性土或底部填滲水土做隔斷層，可以有效低防止地表水滲入基底造成路基融沉或因毛細(xì)水作用而造成的凍脹病害。草皮、富含腐植土，草炭土和泥炭土等類土應(yīng)控制使用，因其不宜壓實(shí)，導(dǎo)致路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度降低，對行車是不安全的。2.破壞當(dāng)凍土已有破壞跡象及含水量較小、融化后不致發(fā)生過量沉陷的凍土路段，可以采用破壞的處理方式，將路基范圍內(nèi)基底的多年凍土層全部清除，換填天然砂礫、碎石土、或風(fēng)化砂礫。同時，應(yīng)做好路基兩側(cè)的排水工作。邊溝宜寬淺，不宜深挖，必須采取防滲保溫措施。在斜坡地段設(shè)置遠(yuǎn)距離(10米以外)截水溝，回填深溝，避免坡腳積水下滲。對兩側(cè)排水無出路的地段不宜設(shè)置涵洞，宜以寬護(hù)坡道擠出積水，否則積水于涵洞兩側(cè)，有害無益。在斜坡地段的上坡翼側(cè)護(hù)坡道外地下水匯集處，宜設(shè)置疏水設(shè)施將地下水疏導(dǎo)向另一側(cè)，以免匯入路基。疏水設(shè)施可以采用保溫滲溝或盲溝，并做好出水口防塞防凍工作。總之，在凍土路基的設(shè)計中，首先要對凍土路基作出正確的工程地質(zhì)評價，然后根據(jù)不同的特點(diǎn)選擇因地制宜的處理方式，最大限度的保持路基的穩(wěn)定性。多年凍土區(qū)路基工程線路位置的選擇，應(yīng)使線路設(shè)于平緩、干燥、向陽的山坡或積雪較薄的一側(cè)山坡。丘陵地區(qū)，路基宜高不宜低；對各種不良地質(zhì)地區(qū)均應(yīng)繞避，熱融滑塌及冰錐冰丘地段，宜于下方筑堤通過；應(yīng)力求避免路塹通過，已填為宜。多年凍土區(qū)路基設(shè)計主要依據(jù)《青藏鐵路高原凍土區(qū)工程設(shè)計暫行規(guī)定（2003年局部修訂版）》，在低溫穩(wěn)定區(qū)和低溫基本穩(wěn)定區(qū)路基主要采用保護(hù)多年凍土的設(shè)計原則，在高溫不穩(wěn)定區(qū)和高溫極不穩(wěn)定區(qū)采用延緩多年凍土融化速率的設(shè)計原則。1.高含冰量凍土地段高含冰量凍土地段路基面兩側(cè)各加寬0.4～0.6m。側(cè)溝一般采用預(yù)制“U”型形側(cè)溝，下部設(shè)復(fù)合土工膜及砂墊層，留2.0m寬側(cè)溝平臺，側(cè)溝深0.5m,寬0.6m。(1)路堤A.當(dāng)路堤填土高度＜2.5m時，其地面應(yīng)進(jìn)行挖除換填處理，換填弱凍脹性土。換填厚度應(yīng)通過保溫計算確定（換填厚度由地面算起）?？刹捎孟率接嬎恪Q填厚度＝1.4X天然上限X填料換填系數(shù)k（k按下表取值）表2-1換填系數(shù)k填料名稱一般粘性土砂類土砂、礫混合土塊、卵石土換填系數(shù)1.01.21.31.4B.若挖除換填后，下部仍有高含冰量凍土，則在路基兩側(cè)設(shè)熱棒保護(hù)多年凍土。熱棒沿線路縱向每隔3.0m設(shè)置一根，設(shè)置在坡腳（路堤高度無法合理的滿足該條件時，也可以埋設(shè)在路肩部位），熱棒長度7.0m，均為垂直設(shè)置，兩側(cè)對稱布置。熱棒直徑89mm，外露長度1.5m，埋入5.5m,熱棒鉆孔直徑為150mm。并于地面上0.5m處鋪設(shè)擠塑聚苯乙烯板。C.當(dāng)路堤填土高度大于2.5m小于4.0時，地面上0.7m處設(shè)鋼筋混凝土通風(fēng)管?？v向間距1.0m(邊到邊)。D.當(dāng)路堤填土高度大于4.0m時，于基底設(shè)1.2m厚的傾填片石層，片石頂部設(shè)0.2m厚碎礫石和0.2m厚中粗砂墊層，片石粒徑200～400mm。E.當(dāng)路堤填土高度大于3m時，自路基面向下2.2m范圍內(nèi)鋪設(shè)雙向塑料土工格柵；當(dāng)路堤填土高度大于6m時，自路基面向下4.0m范圍內(nèi)鋪設(shè)雙向塑料土工格柵每隔0.9m鋪設(shè)一層，最上一層距路基面0.4m。(2)路塹A.路塹設(shè)計中土質(zhì)路塹邊坡坡率1∶1.75。側(cè)溝采用“U”型側(cè)溝，側(cè)溝平臺寬2.0m。B.路塹邊坡及塹頂進(jìn)行保溫處理，塹頂采用包角形式，高度0.8m。并于路基面下0.2m處平鋪復(fù)合土工膜隔水層及上下各設(shè)0.1m中粗墊層。路塹邊坡應(yīng)挖2.0m寬臺階，臺階與保溫層間鋪設(shè)4.0m寬的土工格柵。C.路基面以下進(jìn)行挖除換填粗顆粒土處理，換填厚度通過保溫計算確定。若挖除換填后，下部仍有高含冰量凍土，則在路塹兩側(cè)側(cè)溝平臺中部設(shè)熱棒保護(hù)多年凍土，熱棒沿線路縱向每隔3.0m設(shè)置一根，熱棒長度12.0m，均為垂直設(shè)置，兩側(cè)對稱布置。熱棒直徑89mm，外露長度2.5m，埋入9.5m。(3)熱棒設(shè)置原則A.多年凍土地區(qū)地溫為Tcp-I區(qū)的富冰、飽冰地段及地溫為Tcp-II、III、IV區(qū)的飽冰、含土冰層地段，考慮高含冰量凍土厚度、埋藏深度、路基填土高度和水文地質(zhì)條件等因素設(shè)置熱棒。B.位于高含冰量凍土地段的路基，對路堤高度小于最小設(shè)計高度的低路堤和路塹，設(shè)置熱棒。C.熱棒沿線路縱向每隔3.0m設(shè)置一根。低路堤設(shè)置的熱棒長度為7m，陰坡設(shè)單排熱棒，埋設(shè)在坡腳部位;陽坡設(shè)雙排熱棒，埋設(shè)在坡腳和距坡腳2.4m的坡面部位（路堤高度無法合理的滿足該條件時，也可以埋設(shè)在路肩部位）。如陽坡有護(hù)道時，第二排埋設(shè)在護(hù)道平臺坡腳部位（護(hù)道平臺與路基邊坡交界處）。雙排熱棒交叉布設(shè)。均為垂直埋設(shè)。D.路堤：直徑Φ89mm，外露長度1.5m，埋入5.5m，冷凝段長度1.5m，翅片厚度不小于1.9mm。路塹地段于側(cè)溝平臺中心處垂直埋設(shè)，熱棒采用直徑Φ89mm；外露長度2.5m，埋入9.5m，冷凝段長度2.5m。熱棒鉆孔直徑為150mm。2.多冰、少冰凍土當(dāng)路堤、路塹地基土為細(xì)粒土?xí)r，路基面兩側(cè)各加寬0.3m，否則按非多年凍土區(qū)原則設(shè)計。3.凍土沼澤、濕地地基處理(1)當(dāng)路堤填土高度＜4.0m時，于地面以上填1.0m厚滲水土，兩側(cè)設(shè)寬2.0m護(hù)道，滲水土中部鋪一層土工格柵（土工格柵采用經(jīng)編土工格柵，抗拉強(qiáng)度50KN/m）。滲水土頂部鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜，土工膜上、下各設(shè)一層0.1m厚的中粗砂墊層（土工膜采用750g/m2二布一膜）。位于高含冰量地段，在路基兩側(cè)設(shè)熱棒保護(hù)多年凍土。熱棒沿線路縱向每隔3.0m設(shè)置一根，設(shè)置在坡腳（路堤高度無法合理的滿足該條件時，也可以埋設(shè)在路肩部位），熱棒長度7.0m，均為垂直設(shè)置，兩側(cè)對稱布置。熱棒直徑89mm，外露長度1.5m，埋入5.5m。熱棒鉆孔直徑為150mm。(2)位于高含冰量地段，當(dāng)路堤填土高度大于4.0m時，于基底設(shè)1.2m厚的傾填片石層，兩側(cè)設(shè)寬2.0m護(hù)道，片石頂部設(shè)0.2m厚碎礫石和0.2m厚中粗砂墊層，片石粒徑200～400mm。(3)凍土區(qū)陡坡地段，于路堤上方側(cè)設(shè)置擋水埝，埝下設(shè)防水卷材。4.過渡段(1)路塹與路堤的連接路塹與路堤的連接，采用換填向不換填范圍以一定的坡度順接，順坡長度不宜小于10m。(2)在融區(qū)路基一定范圍內(nèi)（一般不小于20m）按多年凍土處理。(3)半填半挖路基以路塹換填順接。5.斜坡地段路基(1)地面橫披陡于1:5的斜坡地段，必須檢算路堤整體沿基底及基底軟弱層的滑動穩(wěn)定性，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不得小于1.25m。(2)不滿足穩(wěn)定性要求地段的路堤，采取隔斷上側(cè)地表水和凍結(jié)層上水，下側(cè)設(shè)反壓護(hù)道、熱棒、支擋結(jié)構(gòu)物或綜合穩(wěn)定性措施，確保路基穩(wěn)定。6.擋土墻設(shè)計(1)結(jié)合地形、地溫、地質(zhì)條件，以減少深挖陡填及路基與其它建筑物干擾時，設(shè)置擋土墻。(2)在地面橫坡較陡地段，路塹地段邊坡高度大于6m時，考慮設(shè)置擋土墻。(3)擋土墻采用輕型、拼裝化結(jié)構(gòu)，如“L”型、樁板式擋土墻。(4)擋土墻墻背設(shè)置隔熱保溫層，換填粗顆粒土等措施，以保護(hù)多年凍土和防止凍脹。隔熱層厚度和換填厚度通過計算確定。(5)擋土墻基礎(chǔ)的埋置深度不小于當(dāng)?shù)靥烊簧舷薜?.3倍。并置于弱凍脹土中或非凍脹土中。(6)圬工強(qiáng)度等級較一般地區(qū)提高一級。7.在高溫及不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)采用延緩多年凍土融化速率的設(shè)計原則設(shè)計時，路基控制工后沉降量不超過30cm。設(shè)計段資料1.工程地質(zhì)特征(1)地形地貌工點(diǎn)位于多索曲河北岸低階地，地形起伏不大、較開闊。(2)地層巖性工程范圍內(nèi)出露地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積粉土、粉質(zhì)粘土、礫砂、細(xì)圓礫土和粗圓礫土，詳述如下：粉土（Q4pl2）：灰黑色，裼黃色，分布于地表，厚1～5m，土質(zhì)不均，含有角礫，表層0.3～0.5m富含植物根系，為腐殖土，潮濕～飽和，稍密，Ⅱ級普通土,σo=80kPa；多年凍土層為含土冰層，Ⅳ級軟石。粉質(zhì)粘土（Q4pl1）：灰黑色，裼黃色，分布于地表，厚約3.6m，土質(zhì)不均，含有角礫，表層0.3～0.5m富含植物根系，為腐殖土，硬塑—軟塑，Ⅱ級普通土,σo=80kPa。礫砂（Q4pl5）：雜色，分布于DK118+871～DK118+930段，厚度大于25m，砂質(zhì)不均，含有角礫，潮濕～飽和，稍密，Ⅰ級松土,σo=200kPa。細(xì)圓礫土（Q4pl6）：雜色，厚度大于10m，主要成分為砂巖，石英巖，花崗巖，磨圓度差，多呈渾圓形，分選性差，飽和，稍密—中密，Ⅱ級普通土,σ0=300kPa；多年凍土層為富冰凍土，Ⅳ級軟石，σ0=350kPa。粗圓礫土（Q4pl6）：雜色，厚度大于10m，主要成分為砂巖，石英巖，花崗巖，渾圓狀，分選性差，潮濕—飽和，稍密—中密，Ⅲ級硬土，σ0=450kPa；多年凍土層為飽冰凍土，Ⅳ級軟石，σ0=500kPa。(3)工程地質(zhì)特征在本段工程范圍內(nèi)，草甸植被發(fā)育，草根密集，表層0.5m為腐殖土，夏季坑洼處積淺水，DK117+000～DK117+160、DK117+550～DK117+750段為凍土濕地，多年凍土上限1.3～1.5m，下限3～6m，地溫分區(qū)屬高溫極不穩(wěn)定多年凍土亞區(qū)，DK117+160～DK117+550、DK117+750～DK118+030、DK118+871～DK119+550段為沼澤化濕地，暖季地表融化后，地表水排泄不暢，地表呈沼澤化濕地狀，松軟，車行易陷，交通極其困難。2.水文地質(zhì)特征地表局部積水，降雨和冰雪融化期易形成大面積的地表漫流；地下水主要為凍結(jié)層上水和凍結(jié)層下水，水位埋深0～1.5m。路基橫斷面的設(shè)計及繪制本設(shè)計段主要為新建單線國鐵Ⅱ級次重型鐵路，里程為DK117～DK119+050,其中DK118+169～DK119+809段以橋梁通過，其余線路全部為路堤設(shè)計。本設(shè)計段位于多年凍土地段，通過查閱凍土路基設(shè)計相關(guān)資料，參考青藏鐵路路基工程實(shí)例，采用保護(hù)凍土設(shè)計原則進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》及《青藏鐵路高原凍土區(qū)工程設(shè)計暫行規(guī)定（2003年局部修訂版）》的要求，由一般非滲水土路堤頂面寬度6.7m，對高含冰量凍土地段路基面兩側(cè)各加寬0.6m，得到本設(shè)計段直線地段路基面寬度為7.9m，圓曲線地段路基面外側(cè)加寬值按《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》TB10001—99表4.2.2的規(guī)定確定為0.2m，緩和曲線范圍內(nèi)加寬值線性遞減。由此得路肩寬度為1.08m。路基邊坡高度小于8m時邊坡坡率采用1∶1.5，大于8m時采用1∶1.75。根據(jù)規(guī)范規(guī)定在地面坡率為1∶5～1∶2.5的地段，原地面挖臺階，臺階寬度為3m。路基基床填料優(yōu)先選用A、B組填料。基床厚度2.0m，其中表層厚0.5m，于表層下鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜，底層厚1.5m。路基采用粗圓礫土填筑，設(shè)計段地層表層為粉粘土，厚度為3～5m，不適宜在凍土區(qū)填筑路基，其下圓礫土層較厚，約為15m，適于填筑，但取土場應(yīng)設(shè)在少冰凍土地段，遠(yuǎn)離路基500m以上。路基排水采用梯形側(cè)溝排水設(shè)計，邊坡防護(hù)采用植草防護(hù)和水泥砂漿漿砌片石骨架護(hù)坡，具體設(shè)計見第六章。具體斷面設(shè)計見附圖路基橫斷面設(shè)計圖（T-1-1～T-1-11）。

地基處理地基處理的目的及原則隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場地上從事工程建設(shè)，而且有時也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進(jìn)行建設(shè)，另外，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，結(jié)構(gòu)物的荷載日趨增大，高層建筑層數(shù)越來越高，對變形要求也越來越嚴(yán)，因而原來一般可被評價為良好的地基，也可能在某些特定條件下非進(jìn)行地基處理不可。所以，不僅要善于針對不同的地質(zhì)條件、不同的結(jié)構(gòu)物選定最合適的基礎(chǔ)型式、尺寸和布置方案外，而且要善于選取最恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ㄅc技術(shù)。地基處理的對象多是軟弱土地基，而在軟弱地基上建造建筑物工程可能發(fā)生的主要問題，可以參考表3-1。表3-1軟弱地基上建筑物工程可能發(fā)生的問題沉降承載力及穩(wěn)定其他加載工程沉降或差異沉降大作用于建筑物基礎(chǔ)的負(fù)摩擦由于有填土或建筑物荷載，臨近地基產(chǎn)生固結(jié)沉降大范圍地基沉降地基剪切破壞建筑物基礎(chǔ)承載力不足由于偏心荷載及土壓力作用，使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生變形或破壞由于填土或建筑物荷載，使鄰近地基產(chǎn)生隆起由于交通荷載等原因?qū)︵徑鼗a(chǎn)生振動下沉地震時地基產(chǎn)生液化堤壩等基礎(chǔ)產(chǎn)生地基滲漏開挖工程開挖引起鄰近地基沉降由于降水產(chǎn)生地基固結(jié)沉降開挖時邊坡破壞開挖時基坑底部隆起開挖時的應(yīng)力降低或松弛，引起基坑側(cè)面破壞滲水流土管涌1.地基處理的目的針對表3-1所列舉的問題，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┮愿纳频鼗鶙l件，這些措施的目的主要有以下五方面內(nèi)容：(1)改善剪切特性：地基的剪切破壞以及在土壓力作用下的穩(wěn)定性，取決于地基土的抗剪強(qiáng)度。因此，為了防止剪切破壞以及減輕土壓力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪強(qiáng)度。(2)改善壓縮特性：需要研究采用何種措施以提高地基土的壓縮模量，借以減少地基土的沉降。另外，防止側(cè)向流動(塑性流動)產(chǎn)生的剪切變形，也是改善剪切特性的目的之一。(3)改善透水特性：由于在地下水的運(yùn)動中所出現(xiàn)的問題。為此，需要研究采用何種措施使地基土變成不透水或減輕其水壓力。(4)改善動力特性：地震時飽和松散粉細(xì)砂(包括一部分輕亞黏土)將會發(fā)生液化。為此，需要研究采取何種措施防止地基土液化，并改善其振動特性以提高地基的抗震性能。(5)改善特殊土的不良地基的特性：主要是指消除或減少黃土的濕陷性和膨脹土的脹縮性等特殊土的不良地基的特性。地基處理的核心是處理方法的正確選擇與施工實(shí)施。而對某一具體工程來講，在選擇處理方法時需要綜合考慮各種影響因素，如建筑物的體型、剛度、結(jié)構(gòu)受力體系、建筑材料和使用要求，荷載大小、分布和種類，基礎(chǔ)類型、布置和埋深，基底壓力、天然地基承載力、穩(wěn)定安全系數(shù)、變形容許值；地基土的類別、加固深度、上部結(jié)構(gòu)要求、周圍環(huán)境條件、材料來源、施工工期、施工隊(duì)隊(duì)伍技術(shù)素質(zhì)與施工技術(shù)條件、設(shè)備狀況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。對地基條件復(fù)雜、需要應(yīng)用多種處理方法的重大項(xiàng)目還要詳細(xì)調(diào)查施工區(qū)內(nèi)地形及地質(zhì)成因、地基成層狀況、軟弱土或不良土層厚度、不均勻性和分布范圍、持力層位置及狀況、地下水情況及地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)；施工中需考慮對場地及鄰近建筑物可能產(chǎn)生的影響、占地大小、工期及用料等。只有綜合分析上述因素，堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保施工質(zhì)量的原則擬訂出地基處理方案，才能獲得最佳的處理效果。2.其中地基處理方案的確定可按下列步驟進(jìn)行：(1)搜集詳細(xì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地基基礎(chǔ)的設(shè)計資料。(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、荷載大小及使用要求，結(jié)合地形地貌、地層構(gòu)造、土質(zhì)條件、地下水特征、周圍環(huán)境和相鄰建筑物等因素，初步選定幾種可供考慮的地基處理方案。另外。在選擇地基處理方案時，應(yīng)同時考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的共同作用；也可選用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施(如設(shè)置圈梁和沉降縫等)和處理地基相結(jié)合的方案。(3)對初步選定的各種地基處理方案，分別從處理效果、材料來源及消耗、機(jī)具條件、施工進(jìn)度、環(huán)境影響等方面進(jìn)行認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和對比，根據(jù)安全可靠、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理等原則，從而因地制宜地選擇最佳的處理方法。值得注意的是，每一種處理方法都有一定的適用范圍、局限性和優(yōu)缺點(diǎn)。沒有一種處理方法是萬能的。必要時也可選擇兩種或多種地基處理方法組成的綜合方案。(4)對已選定的地基處理方法，應(yīng)按建筑物重要性和場地復(fù)雜程度，可在有代表性的場地上進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場試驗(yàn)和試驗(yàn)性施工，并進(jìn)行必要的測試以驗(yàn)算設(shè)計參數(shù)和檢驗(yàn)處理效果。如達(dá)不到設(shè)計要求時，應(yīng)查找原因、采取措施或修改設(shè)計以達(dá)到滿足設(shè)計的要求為目的。(5)地基土層的變化是復(fù)雜多變的，因此，確定地基處理方案，一定要有有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員參加，對重大的工程的設(shè)計一定要請專家們參加。地基處理方法分類地基處理的歷史可以追溯到古代，許多現(xiàn)代的地基處理技術(shù)都可以在古代找到其雛形。例如2000多年前我國古代勞動任命已采用了軟土中夯入碎石等壓密土層的夯實(shí)法，以使地基土密實(shí)。地基處理方法的分類多種多樣，如按時間可分為臨時處理與永久處理；按處理深度可以分為淺層處理和深層處理；按土性對象可以分為砂型土處理和粘性土處理，飽和土處理和非飽和土處理；也可以按地基處理的作用機(jī)理分類，這是目前常用的分類方法，根據(jù)地基處理的加固機(jī)理，將地基處理方法分為六大類，最后又加上了托換技術(shù)，共七大類，分述如下：1.置換法置換是指用物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖石材料置換天然地基中的部分或全部軟弱土體，以形成雙層地基或復(fù)合地基，達(dá)到提高地基承載力，減小沉降的目的。2.排水固結(jié)法排水固結(jié)是指土體在一定荷載作用下發(fā)生排水現(xiàn)象進(jìn)而固結(jié)，孔隙比減小，抗剪強(qiáng)度提高，以達(dá)到提高地基承載力，減小以后沉降的目的。對于排水固結(jié)法，只要排水通道沒有壓力，水排不出去；而只有壓力沒有排水通道，水同樣也排不出去，因此加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)缺一不可。3.灌入固化物法灌入固化物是指向土體中灌入或拌入水泥、或石灰、或其他化學(xué)固化漿材，在地基中形成增強(qiáng)體，以達(dá)到處理地基的目的。4.振密、擠密法振密、擠密法是指采用振動、水沖或其他擠密措施使地基土體密實(shí)以達(dá)到提高地基承載力和減少沉降的目的，也可以采用在振密、擠密留下的孔隙中填入碎石等材料，稱為振沖置換。5.加筋法加筋法是指在地基中設(shè)置強(qiáng)度高、模量大的筋材，如：土工格柵、土工織物等，以達(dá)到提高地基承載力、減小沉降的目的。6.冷熱處理冷熱處理是指通過凍結(jié)地基土體，或焙燒、加熱地基土體以改變土體物理力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到地基處理的目的。7.托換技術(shù)托換是指對已有建筑物地基和基礎(chǔ)進(jìn)行處理和加固。凍土地區(qū)地基處理方法凍土區(qū)地基常常產(chǎn)生凍脹融沉等地基病害，其處理就顯得尤為重要。凍土地基所面臨的問題1.凍脹引起的破壞所謂凍脹，系指土凍結(jié)過程中，土中水分(包括外界向冰鋒面遷移的水分及孔隙中原有的部分水分)凍結(jié)成冰，并形成冰層、冰透鏡體、多晶體冰晶等形式的冰侵入體，引起土顆粒的相對移動，使土體體積產(chǎn)生不同程度的擴(kuò)張現(xiàn)象。凍脹的外觀表現(xiàn)是土表層不均勻的升高，凍脹變形常?？梢孕纬蓛雒浨鸺奥彽纫恍┑匦瓮饷病Ｔ诩竟?jié)凍土區(qū)和多年凍土區(qū)，由凍脹引起破壞的事例屢見不鮮：據(jù)1978年調(diào)查，黑龍江省某灌區(qū)的中小型水利設(shè)施如涵閘、跌水及渠道襯砌等，有80％的建筑物都遭到了不同程度的凍脹破壞；有相當(dāng)一批工程設(shè)施，雖帶病運(yùn)行，但每年都得花大量資金進(jìn)行維修，有文章報道說，1978年新疆某河流管理局花在渠道上的維修費(fèi)用高達(dá)7O萬元；在鐵路及公路建設(shè)方面，常因冬季路基凍脹而引起路基變形產(chǎn)生裂縫；中小橋墩凍脹上抬，橋樁被拔出，橋面隆起，有些使橋臺出現(xiàn)水平裂縫，甚至倒塌。2.融沉引起的地基穩(wěn)定性問題融沉又稱熱融沉陷，是指土中過剩冰融化所產(chǎn)生水的排除以及土體在融化固結(jié)過程中局部地面的向下運(yùn)動。一般是由于自然(氣候轉(zhuǎn)暖)或人為因素(如砍伐與焚燒樹木、房屋采暖)改變了地面的溫度狀況，引起季節(jié)融化深度加大，使地下冰或多年凍土層發(fā)生局部融化所造成的。在天然情況下發(fā)生的融沉往往表現(xiàn)為熱融凹地、熱融湖沼和熱融階地等，這些都是不利于工程建筑物安全和正常運(yùn)營的條件。在凍土區(qū)修建建筑物，除了要滿足非凍土區(qū)建筑物所要滿足的強(qiáng)度與變形條件外，還要考慮以凍土作為建筑物地基時，其強(qiáng)度隨溫度和時間而變化的情況。所以采取什么樣的防凍脹和融沉措施來保證凍土區(qū)建筑物地基的穩(wěn)定，是關(guān)系到凍土區(qū)工程建設(shè)成敗的關(guān)鍵所在。凍土區(qū)地基處理的基本方法凍土區(qū)地基處理技術(shù)的發(fā)展是隨著土木工程建設(shè)的發(fā)展而逐步發(fā)展壯大的。而凍土區(qū)特殊的工程病害特征——凍脹和融沉，又為凍土區(qū)工程建設(shè)提出了不同于一般工程建設(shè)的新挑戰(zhàn)。凍土是一種特殊的、低溫和易變的自然體，它對寒區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人類生存發(fā)展造成了嚴(yán)重影響，人類在與惡劣的自然環(huán)境作斗爭的同時，凍土研究者在研究影響凍結(jié)和融化的四大因素(熱量、水分、力和土質(zhì))的基礎(chǔ)上，提出了許多防治措施。在季節(jié)凍土區(qū)路基的破壞主要是因地基土的凍脹而引發(fā)的，所以，為防止凍害發(fā)生，應(yīng)從對地基土的處理和增強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)兩方面著手。就處理地基土來說，主要是通過削弱產(chǎn)生凍脹的三大要素：易凍脹土質(zhì)、水分(土中水分及外界補(bǔ)給水分)及土中負(fù)溫值之一來達(dá)到防凍害的目的。采用的主要方法有：(1)換填法對由于土質(zhì)不良而可能造成路基凍害的地段，且又有換填條件時，常廣泛使用換填法，以減弱或基本消除路基病害的產(chǎn)生。采用的換填材料主要為粗砂、礫石等非凍脹性材料或弱凍脹性材料。換填法防治路基凍害的效果與換填的深度、換填材料的粉黏粒含量、換填材料的排水條件、地下水位及補(bǔ)給條件有關(guān)。(2)物理化學(xué)法利用交換陽離子及鹽分對凍脹影響的規(guī)律，采用人工材料處理地基土以改變土離子與水之間的相互作用，使土體中的水分遷移強(qiáng)度及其冰點(diǎn)發(fā)生變化，以達(dá)到削弱凍脹的目的。在路基土體中加入一定量的可溶性無機(jī)鹽如氯化鈉、、氯化鈣、氯化鉀等，可使土粒表面水膜增厚，降低表面能和毛細(xì)作用，降低土的凍結(jié)溫度與水分轉(zhuǎn)移強(qiáng)度。采用憎水性材料摻入填土中，可減少或消除地表水下滲、阻止地下水上升，使土體含水量降低，以減弱路基病害。常用的憎水性材料有重油、柴油、液態(tài)石油瀝青、液態(tài)煤焦油等石油產(chǎn)品及四甲基乙二胺溴化物、四甲基乙二胺氯化物、三甲基十八烷基氯化銨等化學(xué)表面活性劑。國外的研究還表明，采用使土粒聚集或分散劑也可收到明顯的防凍效果。(3)保溫法在路基表層設(shè)置保溫隔熱層，增大熱阻，以推遲地基土的凍結(jié)，提高土中溫度，降低凍結(jié)深度，進(jìn)而起到防止凍脹的目的。隔熱材料可采用聚苯乙烯泡沫塑料板、草皮、樹皮、爐渣、泡沫混凝土、玻璃纖維以及其他一些合成材料。(4)排水、隔水法即降低地下水位，降低季節(jié)凍土層范圍內(nèi)土體的含水量，隔斷外水補(bǔ)給來源和排除地表水防止地基土變形。排水隔水法的工程設(shè)置主要有：路基排水槽，路基截水明溝，路基截水暗溝，排水盲溝，砂樁，透水隔水層，不透水隔水層等。實(shí)踐表明，結(jié)合具體工程采用相應(yīng)的排水隔水方法是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的防凍害措施。但是，排水隔水方法必須選擇恰當(dāng)，否則會給工程帶來危害。在增強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施方面，主要以深基礎(chǔ)、錨固基礎(chǔ)(深樁基礎(chǔ)、各種擴(kuò)大基礎(chǔ))為主的不允許凍脹變形建筑物和以柔性結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)基礎(chǔ)或上部結(jié)構(gòu)的剛度或整體性以及合理分割結(jié)構(gòu)與設(shè)置變形縫為主的允許凍脹變形建筑物為主。同時，還采用架空法、埋入法及隔離法等回避措施。在多年凍土地區(qū)，以融沉引起的破壞為主，因此，在利用多年凍土作為建筑物的地基時，除了考慮常規(guī)的變形因素之外，更多地要考慮與溫度有極密切關(guān)系的有效應(yīng)力對凍土的作用以及與溫度分布和控制有關(guān)的熱源問題。可根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、施工特點(diǎn)和工程凍土條件及地基土性質(zhì)，采用保護(hù)多年凍土原則或允許融化原則。保護(hù)多年凍土原則即在建筑物施工和規(guī)定使用期間，使地基土永遠(yuǎn)處于凍結(jié)狀態(tài)，而允許融化原則是允許地基土在建筑物使用期間或施工前，使凍土融化到計算深度。但是，由于建筑物類型不同，凍害形式千差萬別，所以，在兩個基本原則下采用的凍害防治措施各有千秋。譬如說，按保持凍結(jié)原則設(shè)計工業(yè)民用建筑基礎(chǔ)時，常采用樁基礎(chǔ)、填土墊基、填土與架空或輻射冷卻設(shè)備結(jié)合基礎(chǔ)，而對于修建鐵路和公路等路基工程而言，由于這些工程不僅受到人為活動和自然條件熱平衡狀態(tài)的影響，還受到厚層地下冰、熱融沉陷、熱融滑塌、冰丘、冰椎等不良地質(zhì)條件的影響，所以，為防止路基的凍害或?qū)⒁蛐拗坊斐蔁崞胶馐д{(diào)而產(chǎn)生的病害控制在工程運(yùn)營允許范圍內(nèi)，既要合理選擇路基工程線路和斷面形式，還要放緩路塹邊坡、加大側(cè)溝、增設(shè)平臺以及盡量采用適宜高度的路堤等措施。多年凍土地區(qū)地基處理方法及適用范圍如表3-2所示。表3-2多年凍土區(qū)地基的常用地基處理方法方法名稱適用范圍保持凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計原則架空通風(fēng)基礎(chǔ)法穩(wěn)定多年凍土區(qū)且熱源較大地質(zhì)條件較差的房屋建筑填土通風(fēng)管基礎(chǔ)法多用于多年凍土區(qū)不采暖的結(jié)構(gòu)物，如油罐基礎(chǔ)、公路或鐵路路堤等墊層法多用于卵石、砂粒石較多的多年凍土區(qū)熱管基礎(chǔ)法用于多年凍土邊緣地帶，熱棒基礎(chǔ)可用于已有建筑物的加固保溫隔熱地板法多用于多年凍土地區(qū)的采暖結(jié)構(gòu)物樁基礎(chǔ)法多適用于多年凍土區(qū)的樁、柱和墩基等基礎(chǔ)的埋置人工凍結(jié)法無法采用以上幾條時可考慮采用逐漸融化狀態(tài)的設(shè)計原則加大基礎(chǔ)埋深法當(dāng)結(jié)構(gòu)物寬度較大，熱管道及排水系統(tǒng)穿過地基時選擇低壓縮性土作為持力層有低壓縮性土層且埋深不是很深設(shè)地面排水系統(tǒng)隔斷外水補(bǔ)給源并排除地表水采用保溫隔熱板或架空熱管道法工業(yè)與民用建筑，熱水管道及排水系統(tǒng)的鋪設(shè)工程加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性與空間剛度適用于允許有大的不均勻凍脹變形的結(jié)構(gòu)物，但應(yīng)同時采取措施增大基礎(chǔ)或上部結(jié)構(gòu)的剛度或整體性增加結(jié)構(gòu)的柔性適用于寒冷地區(qū)的公路、鐵路和渠道襯砌工程中，以及地下水位較高的強(qiáng)凍脹土地段預(yù)先融化狀態(tài)的設(shè)計原則用粗顆粒土置換細(xì)顆粒土或預(yù)壓加密較淺層處理，處理深度3～5m保持多年凍土人為上限相同多年凍土上限值相差不是很大預(yù)壓加密土層適用于壓縮性較大的土加大基礎(chǔ)埋深法結(jié)構(gòu)措施適用于工業(yè)與民用建筑等整體性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)物設(shè)計段地基處理本設(shè)計段鐵路經(jīng)過的凍土區(qū)，基本屬高溫不穩(wěn)定型的多年凍土，溫度變化和高溫凍土的熱穩(wěn)定性差使該段鐵路建設(shè)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。針對這種特點(diǎn)，采取的指導(dǎo)思想和技術(shù)路線是冷卻地基土，減少傳入多年凍土的熱量，提高多年凍土的熱穩(wěn)定性，從而保證修建在其上的鐵路建筑物的穩(wěn)定。在本設(shè)計段低路堤（填高＜2.5m）中，采用挖除換填處理，由于本設(shè)計段多年凍土層較厚，挖除換填后，下部仍有高含冰量凍土，需在路基兩側(cè)設(shè)熱棒保護(hù)多年凍土。熱棒沿線路縱向每隔3.0m設(shè)置一根，設(shè)置在坡腳，熱棒長度7.0m，均為垂直設(shè)置，兩側(cè)對稱設(shè)置。熱棒直徑89mm，外露長度1.5m，埋入5.5m。熱棒作為兩類設(shè)計和工程措施當(dāng)中積極性保護(hù)凍土的主動措施，是最有生命力的結(jié)構(gòu)形式之一，它的特點(diǎn)在于充分利用自然能源，在溫差作用下驅(qū)動內(nèi)部制冷工質(zhì)的汽液兩相對流循環(huán)，通過蒸發(fā)段蒸發(fā)吸熱作用降低周圍凍土溫度，增加凍土本身的冷儲量，提高熱穩(wěn)定性。熱棒是兩端密封的管子，管中裝有液體工質(zhì)。管的上部(散熱段)裝有散熱片，管的下部(蒸發(fā)段)埋人多年凍土中。在寒冷季節(jié)，由于空氣溫度低于多年凍土溫度，熱管中的液體工質(zhì)吸收多年凍土中的熱量，蒸發(fā)成氣體(吸收汽化潛熱)。蒸汽在壓差的驅(qū)動下，沿?zé)峁苤行耐ǖ老蛏狭鲃又翢峁苌喜?冷凝段)，遇到較冷的管壁放出汽化潛熱，冷凝成液體，液體工質(zhì)在重力作用下沿管壁流回蒸發(fā)段再蒸發(fā)，如此循環(huán)不斷，將多年凍土路基中的熱量傳輸?shù)酱髿庵?。在溫暖季?jié)，空氣溫度高于多年凍土溫度，液體工質(zhì)蒸發(fā)的蒸汽到冷凝段后，由于管壁溫度較高，蒸汽不能冷凝，達(dá)到汽液相平衡后，液體停止蒸發(fā)，熱棒停止工作(熱棒的單向傳熱特性)，這樣大氣中的熱量就不會通過熱棒傳到多年凍土中。對該段鐵路多年凍土路基來說，寒季和暖季的部分時間段(夜晚或太陽落山之后)，環(huán)境溫度低于熱棒蒸發(fā)段所在的周圍凍土溫度，地下的熱量加熱插入地下的熱棒使其內(nèi)部的工作介質(zhì)汽化，在蒸汽壓的作用下向上部冷凝段流動。在冷凝段，由于溫度比較低，蒸汽遇冷凝結(jié)，凝固液在重力作用下回到蒸發(fā)段，進(jìn)行下次循環(huán)，如此不斷工作將地下熱量帶走。而當(dāng)環(huán)境溫度比較高(比如在夏天)，由于熱棒內(nèi)部沒有吸液芯，工作介質(zhì)不能從下面流到蒸發(fā)段，此時的熱量只能依靠管壁的熱傳導(dǎo)。熱棒的這個特點(diǎn)，使地下的冰凍層變厚，加固了凍土的強(qiáng)度，另一方面還減少了該段鐵路多年凍土區(qū)以凍土為路基的鐵路在運(yùn)行時的下沉。當(dāng)路堤填土高度大于2.5m小于4m時，采用通風(fēng)路堤保護(hù)多年凍土。通風(fēng)管采用鋼筋砼通風(fēng)管，該管采用離心生產(chǎn)技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件廠加工，砼強(qiáng)度等級為C20，有管徑30cm和40cm兩種規(guī)格，縱向配置6φ8鋼筋，環(huán)筋設(shè)置為φ6@150，管壁厚6cm，采用承插式接口方式，單根長度2m。通風(fēng)路堤就是在高溫極不穩(wěn)定區(qū)路堤的適當(dāng)位置埋設(shè)通風(fēng)管，加強(qiáng)路基通風(fēng)，利用堤身人為造成的空隙來改變一般路堤的熱傳輸性，使之由單一的導(dǎo)熱方式變?yōu)閷?dǎo)熱與對流的混合方式促進(jìn)堤身熱量散失，提高基底的冷儲量，維護(hù)地基多年凍土的穩(wěn)定。通風(fēng)管通風(fēng)路基埋設(shè)的通風(fēng)管增加了堤身的孔隙度，增加了空氣的流通，冬季堤外密度“大”的冷空氣置換堤身內(nèi)通風(fēng)管中密度“小”的熱空氣，促進(jìn)堤身熱量的散逸；而暖季由于氣溫高于堤身溫度，地一氣溫度梯度逆轉(zhuǎn)，又抑制了對流換熱作用，減少了堤中熱量的積累，從而達(dá)到保護(hù)多年凍土的目的。由于通風(fēng)管路堤造價高，不能開展大面積的施工，因此除上述路堤外，路堤填高大于4m時仍采用傳統(tǒng)的傾填片石路堤。具體地基處理圖見圖（T-2）。

地基沉降地基沉降量計算方法由于土具有壓縮性，地基承受建筑物基礎(chǔ)荷載之后必然發(fā)生沉降。沉降的大小，一方面取決于建筑物的重量及其分布情況；另一方面取決于地基土層的種類、各層土的厚度及土的壓縮性的大小。地基基礎(chǔ)的沉降，特別是建筑物各個基礎(chǔ)之間由于荷載不同或土層壓縮性不同而引起的差異沉降，會使建筑物上部結(jié)構(gòu)（尤其是超靜定結(jié)構(gòu)）產(chǎn)生附加應(yīng)力，影響建筑物結(jié)構(gòu)的安全和建筑物的正常使用。因此，進(jìn)行地基設(shè)計時，必須根據(jù)建筑物的情況和勘探試驗(yàn)資料，計算基礎(chǔ)可能發(fā)生的沉降量和差異沉降，并設(shè)法將其控制在建筑物容許范圍以內(nèi)。必要時，尚應(yīng)采取一些措施，以盡量減少地基沉降可能給建筑物造成的危害。1．地基沉降量計算基本原理：地基變形在其表面形成的垂直變形量稱為建筑物的沉降量。在外荷載作用下地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定時基礎(chǔ)底面的沉降量稱為地基最終沉降量.計算地基的最終沉降量，目前最常用的就是分層綜合法。(1)該方法只考慮地基的垂向變形，沒有考慮側(cè)向變形，地基的變形同室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)中的情況基本一致，屬一維壓縮問題。分別計算基礎(chǔ)中心點(diǎn)下地基中各個分層土的壓縮變形量Si，認(rèn)為基礎(chǔ)的平均沉降量S等于Si的總和，即(4-1)式中：n為計算深度范圍內(nèi)的分層數(shù)。(2)計算Si時，假設(shè)土層只發(fā)生豎向壓縮變形，沒有側(cè)向變形，因此可用(4-2)或(4-3)中的任何一個公式進(jìn)行計算。2.地基沉降量計算步驟(1)劃分土層各天然土層界面和地下水位必須作為分層界面；各分層厚度必須滿足Hi≤0.4B（B為基底寬度）。(2)計算基地附加應(yīng)力P0。(3)計算各分層界面的自重應(yīng)力σsz和附加應(yīng)力σz；并繪制應(yīng)力分布曲線。(4)確定壓縮層厚度滿足的深度點(diǎn)可作為壓縮層的下限；對于軟土則應(yīng)滿足；對一般建筑物可按下式計算。(5)計算各分層加載前后的平均垂直應(yīng)力(4-4)(6)按各分層的p1和p2在e-p曲線上查取相應(yīng)的孔隙比或確定a、Es等其它壓縮性指標(biāo)。(7)根據(jù)不同的壓縮性指標(biāo)，選用公式計算各分層的沉降量Si。(8)計算總沉降量S。沉降量具體計算自重應(yīng)力計算沒有修建建筑物之前，地基中由于土體本身的有效重量而產(chǎn)生的應(yīng)力叫自重應(yīng)力。所謂有效重量就是地下水位以上用自然容重，地下水位以下用浮容重。研究地基自重應(yīng)力的目的是為了確定土體的初始應(yīng)力狀態(tài)。如果把地基假定為半無限彈性體，則地基中的自重應(yīng)力狀態(tài)屬于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，地基中的豎直自重應(yīng)力和水平自重應(yīng)力計算就變得十分簡單，但在實(shí)際工程中人們多關(guān)心的是豎直自重應(yīng)力，故通常說的自重應(yīng)力即指豎直自重應(yīng)力。由于土體中所有豎直面和水平面上均無剪應(yīng)力存在，故地基中任意深度z處得豎直向自重應(yīng)力就等于單位面積上的土著重量。若z深度內(nèi)土的天然容重不發(fā)生變化時，則該處自重應(yīng)力為（4-5）若地基是由幾個不同容重的土層組成時，則任意深度z處得自重應(yīng)力為（4-6）式中：n——地基中的土層數(shù)?！趇層土的容重；地下水位以上用天然容重，地下水位一下用浮容重；——第i層土的厚度。填土容重取18kN/m3換算土柱尺寸分布寬度為3.5m，計算高度3.4mDK118+850地基自重應(yīng)力計算如表4-1：表4-1自重應(yīng)力計算表天然重度(kN/m3)深度Z(m)自重應(yīng)力(kN/㎡)181.3238.21.5258.24.2471066510885101010510121251014145101616510181851020205附加應(yīng)力計算對于天然土層來說，自重應(yīng)力引起的壓縮變形在地質(zhì)歷史上早已完成，不會再引起地基的沉降，附加應(yīng)力則是由于修建建筑物以后在地基內(nèi)新增的應(yīng)力，因此它是使地基發(fā)生變形，引起建筑物沉降的主要原因。對于鐵路路基來說，軌道和列車荷載換算土柱的荷載的長度是無窮大的，因此要根據(jù)條形面積上豎直均布荷載作用來計算附加應(yīng)力。當(dāng)一定寬度的無線長條面積承受荷載，而且荷載在各個截面上的分布都是相同時，土中的應(yīng)力狀態(tài)即為平面應(yīng)變狀態(tài)，這時垂直于長度方向的任一截面內(nèi)的附加應(yīng)力的大小及分布規(guī)律都是相同的，而與所取截面的位置無關(guān)。（4-7）沿寬度積分（4-8）令可得（4-9）寫成簡化形式為（4-10）本設(shè)計段的路基形式全部為路堤，故其附加應(yīng)力的值應(yīng)按豎直梯形條形分布荷載在地基內(nèi)引起的的應(yīng)力利用應(yīng)力疊加原理求得。DK118+850附加應(yīng)力計算：已知機(jī)車軸重P=220kN/m，路堤高度H=8.38m，邊坡率m=1.5，路基面寬2b=7.9m計算草圖見圖4-1。

圖4-1（1）地基頂面中點(diǎn)處應(yīng)力計算Hα=arctan1.5=0.983(rad)Pα=（2）中軸線上地基中各點(diǎn)（從地面算起）應(yīng)力σz計算如表4表4-2中軸線上地基中各點(diǎn)附加應(yīng)力計算表Z(m)Iσ1.313.200.465×2=0.930186.01.511.010.460×2=0.920184.04.23.800.421×2=0.842168.462.760.400×2=0.800160.082.070.381×2=0.762152.4101.650.362×2=0.724144.8121.380.290×2=0.580116.0141.180.265×2=0.5