工程中的“問題土”——凍土

前面為大家介紹了工程建設(shè)中的兩類“問題土”黃土與膨脹土，今天帶大家了解最后一類——凍土。在小學(xué)課文中有這樣一篇文章《把鐵路修到拉薩去》，文中生動形象的描寫了中國工程隊(duì)在西部建筑中的艱難險阻，其中最大的“攔路虎”就是凍土層。

凍土的基本特征

我多年凍土主要處于高山多年凍土帶和不連續(xù)多年凍土帶，多年凍土面積約為206.8×104平方公里，是世界上第三凍土大國，約占世界多年凍土分布面積的10%，約占我國國土面積的21.5%。凍土是一種溫度低于零攝氏度且含有冰的巖土。凍土中的冰可以冰晶或冰層的形式存在，冰晶可以小到微米甚至納米級，冰層可厚到米或百米級，從而構(gòu)成凍土中五花八門、千姿百態(tài)的冷生構(gòu)造。

凍土區(qū)常見病害

凍脹和融沉是寒區(qū)工程面臨的兩大主要工程病害，常導(dǎo)致房屋開裂、傾斜及變形，涵洞端翼墻裂縫、外傾，公路翻漿冒泥，鐵路路基變形、開裂等。土的凍結(jié)融化作用給國民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)生活造成了巨大損失，不僅建筑物使用年限縮短，運(yùn)行條件變壞，而且增加了許多非生產(chǎn)性勞動、材料及投資去運(yùn)行和維護(hù)。穿越多年凍土區(qū)的青藏公路、青康公路、青藏鐵路、南水北調(diào)西線工程，以及多年凍土區(qū)大量的工業(yè)和民用建筑都經(jīng)受著土層凍結(jié)和融化的影響。

路基路面裂縫，路基一側(cè)有凍土島，凍土融化使一側(cè)產(chǎn)生變形

橋基下沉，凍融導(dǎo)致基礎(chǔ)下沉，中心橋墩發(fā)生傾斜、錯位

隧道內(nèi)滲水結(jié)冰

涵洞破壞，由凍脹推力作用或地基融沉所致，或者兩者共同作用

多冰-富冰凍土上的條基平房使用第二三年時因地基融沉發(fā)生變形

管線因土層中產(chǎn)生凍脹丘而被高高拱起

凍土區(qū)工程建設(shè)措施

1、熱棒

在凍土區(qū)，青藏鐵路軌道兩側(cè)插滿了鐵棒，這就是能讓路基下面的永久凍土層在火車重壓之下保持冷凍狀態(tài)的熱棒。熱棒是一根密封的管子，里面填充了氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等物質(zhì)，管子的上段是冷凝器，下端為蒸發(fā)器，中間為絕熱段，通俗講就是“吸熱段、絕熱段和散熱段”三部分。當(dāng)熱樁下端吸收熱量后，液態(tài)物質(zhì)會轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，然后上升至冷凝器，熱量通過冷凝器發(fā)散。氣態(tài)物質(zhì)再液化為液態(tài)，在重力的作用下流回?zé)針断露恕岚衾锏奈镔|(zhì)在氣態(tài)和液態(tài)之間不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依靠熱棒的單向?qū)嵝院透咝У膫鳠岷蜕嵝?，從而源源不斷帶走路基的熱量，保持路基的穩(wěn)定。

2、鋪設(shè)隔熱層的路基結(jié)構(gòu)

在路基的底部或路基表面以下某一深度鋪設(shè)具有單向?qū)崮芰Φ母魺釋?，增大熱阻，以減小大氣和人為熱源的熱量進(jìn)入到凍土層內(nèi)，防止多年凍土地下冰融化。一般采用聚苯乙烯板或聚胺脂板作為隔熱保溫層。

3、片石通風(fēng)路基

向路堤覆蓋碎石塊，在暖季，由于熱空氣密度較小，因此熱量很難進(jìn)入路基基地，而碎石頭之間的空氣流動和地表水蒸發(fā)后又能帶走熱量，可以起到熱屏蔽作用；在寒季，由于冷空氣密度較大，在自重和風(fēng)的作用下將片石層中的熱空氣擠走，冷空氣更容易進(jìn)入路基基底，因而能對凍土層起到保護(hù)作用。

4、通風(fēng)管路基

是在路基底部以上一定高度橫向鋪設(shè)一定孔徑的通風(fēng)管，與路堤填筑材料組成復(fù)合式通風(fēng)路堤。在通風(fēng)管的一端安裝了自動溫控風(fēng)門，當(dāng)溫度較高時，風(fēng)門會自動關(guān)閉，溫度較低時，風(fēng)門自動打開，這樣可以避免夏季熱量進(jìn)入通風(fēng)管，能夠主動對路基進(jìn)行保溫。

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供稿：趙凌云、許曉亮、駱祚森

排版：陳奕愷