祁连山冻土路基设计原则

刘宏杰 高 艺

（陕西铁路工程职业技术学院， 陕西 渭南 741000）

冻土指温度在零度以下时，土体中便有了冰的存在，冻土是含有冰的岩石，根据祁连山冻土的分布特点，对冻土路基的设计原则进行研究，总结冻土路基的修筑方法，从而采取相应措施提高祁连山地区冻土路基的稳定性。

1 祁连山地区不良地质分布特点

祁连山地区不良地质主要包括岩堆、风沙、风蚀和冻胀丘；大量的路基破坏是因冻胀和融沉产生的裂缝和塌陷引起的。祁连山地区冻土路基的的稳定性受到不良地质的影响不可忽视，因此在铁路线路选线时要考虑不良地质的因素。新建兰新第二双线不良地质现象分布概况如下：

1） 泥石流主要分布于兰州黄河以及北川河两岸的沟谷中，见下表。

2） 岩堆主要分布于陡坡地带、黄土高原地带。3） 风沙主要分布于嘉峪关、酒泉段。沿线多为荒漠地区，植被较少，气候恶略。4） 冻胀丘主要分布于祁连山区地带，平均气温在0℃以下，海拔在3000～5000 之间。

2 冻土路基设计原则

1） 保护冻土，通过采用设置保温层和提高路基高度的方法使多年冻土地区地温小于-1.5 摄氏度，使路基温度保持在基本稳定冻土区，其目的保证多年冻土上限不下降尽管存在是在人为因素和外界气候因素的影响。2） 允许融化， 高温极不稳定冻土区是当多年冻土地区地温高于-0.5℃时的区间，应该促使下伏冻土融化同时采取挖除极不稳定土层，通常大填方路基用的较多，通过采用换填法，将不稳定的冻土层挖去，换成比较稳定的土层，从而提高路基稳定性。当遇到向阳坡特殊路段，温度较高容易发生塌陷，可采用桥梁代替陆地的方式进行有效躲避。3） 控制融化速率，控制融化速率的原则主要适用于年平均地温在-1.0℃～-0.5 摄氏度之间，主要采用主动降低路基温度的措施，例如块石（碎石）路基、通风管路基、热棒路基等，在施工和运营期间控制多年冻土上限以较小的速率下降。

3 特殊路基的修筑方法

1） 热棒路基，热棒由一根密封的钢管组成，上部为冷凝段下部为蒸发段，是一种汽液两相对流循环换热传输装置。低沸点液体分布在钢管中，热量传递通过汽液转换实现。当冷凝段温度相比蒸发段温度较低时，蒸发段汽液界面的饱和蒸汽压高于冷凝段汽体压力，蒸汽进入冷凝过程。蒸发段液体吸收到汽化热，蒸发成汽体，同时在压差作用下，汽体与较冷的管壁接触凝结成液体流回蒸发段，因为气体上升至冷凝段，同时吸收热量循环蒸发。只要蒸发器、冷凝器之间存在温度差，热棒中的液体和汽体两相将持续循环连续制冷，一直到温差消失为止。这样的循环，将地基中的热量被不断的排出来传送至大气中，多年冻土地基温度被冷却，从而提高了多年冻土地基的热稳定性。

2） 碎石路基，碎石路基是一种路基工程中的散体隔热材料。它的导热系数与温度变化有关，正温度下导热系数小，负温下导热系数大。块石路基是在路基路肩部位和边坡上铺设的块石，当外界气温降低，由于温度差的作用，块石层内空气与外界产生对流，使得路基内部热量被带出，同时路基温度降低，路基土的散热加快。

3） 通风管路基，通风管路基与碎石路基的工作原理相似，作用主要表现在两个方面，夏天温度较高时，利用风在管中空气的对流，阻止路基的热量，减小路基融化深度；二是在寒季，在路基中增加一个冷冻面，加快路基的冻结，减小路基冻胀，增加地基多年冻土的冷储存量。