【文章內(nèi)容簡介】 管中的液體工質(zhì)吸收凍土中的熱量，蒸發(fā)成氣體。蒸汽在壓差的驅(qū)動下，沿?zé)峁芟蛏狭鲃又翢峁苌喜?，遇到較冷的管壁冷凝成液體，冷凝液體在重力作用下，沿管壁流回蒸發(fā)段再蒸發(fā)，如此循環(huán)，把地基凍土中的熱量不斷地傳輸?shù)酱髿庵?。圖 28 熱棒路基(1)熱棒路基的優(yōu)點(diǎn)熱棒的短期冷卻路基效果非常明顯的，熱棒的熱系數(shù)可高達(dá)純銀的數(shù)千倍，可在短時間內(nèi)迅速冷卻路基。熱棒單向傳熱，反向不傳熱。在溫暖季節(jié)。熱棒會停止工作，因?yàn)闇嘏竟?jié)空氣溫度高于凍土溫度。液體工質(zhì)蒸汽到熱管上部后不能冷凝，達(dá)到氣液相平衡后，液體停止蒸發(fā)，熱管停止工作，即熱棒的單向傳熱特性。(2)熱棒路基的缺點(diǎn)熱棒的使用效果受到眾多因素的影響，特別是凍結(jié)期長短問題，若凍結(jié)期短，融化期長，凍結(jié)核尚未在下一個冬季來臨之前就全部融化，那么就失去了熱棒的應(yīng)用價值。熱棒路基的造價較高，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)地溫特點(diǎn)，工程造價等斟情選擇。 復(fù)合路基單一工程措施在具體使用時， 大多數(shù)都有較強(qiáng)的時效性， 有些路基形式能在冬季能發(fā)揮積極作用，在夏季作用不大或起相反作用。所以當(dāng)單憑某一種路基工程措施不能有效處理多年凍土路基病害時，可按照不同措施的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合病害路段凍土工程實(shí)際情況，采用復(fù)合式路基，驅(qū)利避弊選用保護(hù)凍土路基的最優(yōu)組合措施。 軟土地區(qū)路基處理技術(shù) 軟土的概念軟土是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱。主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質(zhì)所組成的土。軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙 比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。具有天然含水量高、天 然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時間長、 靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物 理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。 軟土的成因類型及工程特性軟土在我國濱海平原、河口三角洲、湖盆地周圍及山澗谷底均有廣泛分布。在軟土地基上修筑路基，若不加處理，往往會發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷，導(dǎo)致路基病害的產(chǎn)生，繼而影響列車正常運(yùn)行。軟土一般是指主要由細(xì)粒土組成的空隙比大(e≥)、天然含水率大于或等于液限、壓縮性高、強(qiáng)度低和具有靈敏結(jié)構(gòu)性的土層。根據(jù)軟土的孔隙比及有機(jī)質(zhì)含量，并結(jié)合其他指標(biāo)，可將其劃分為軟粘性土、淤泥、泥炭質(zhì)土及泥炭五種類型。習(xí)慣上常把淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘性土總稱為軟土，而把有機(jī)質(zhì)含量很高的泥炭、泥炭質(zhì)土稱為泥沼。泥沼比軟土具有更大的壓縮性，但它的滲透性強(qiáng)，受荷后迅速固結(jié)，工程處理也比較容易。下面介紹天然強(qiáng)度低、壓縮性高且透水性小的軟土路基問題。 軟土路基的處理路堤超過臨界高度時，為確保路堤在施工和運(yùn)營期安全使用，必須進(jìn)行路堤和路基加固處理。加固技術(shù)大致可分三類：①改變路堤的結(jié)構(gòu)形式；②人工地基；③排水固結(jié)。 改變路堤的結(jié)構(gòu)形式(1)反壓護(hù)道反壓護(hù)道是通過在路堤兩側(cè)填筑一定高度的護(hù)道起反壓作用，防止地基破壞，保證路基穩(wěn)定的一種有效的工程措施，如圖29所示圖 29 反壓護(hù)道h極限平衡區(qū)路堤反壓臺BLL180。2L180。反壓護(hù)道施工簡易，既不需特殊的施工機(jī)械和昂貴的材料，也不需控制施工速率，用于非耕作區(qū)和土源豐富的地區(qū)較為合適，在耕作區(qū)則不宜采用。為保證護(hù)道本身的穩(wěn)定，其高度不能超過臨界高度，多采用路堤高度的1/3～1/2，因此反壓護(hù)道適用于路堤高度不大于臨界高度2倍的情況。反壓護(hù)道的寬度用圓弧法檢算確定，護(hù)道形式以單級式為佳。(2)鋪設(shè)土工材料在路堤底部鋪設(shè)一層或多層土工合成材料，可以起到柔性柴排的作用。土工合成材料主要是聚酯了高分子材料的化合物，耐酸堿，耐腐蝕，并具有較大的抗拉強(qiáng)度。土工合成材料的種類很多，可根據(jù)工程要求選用。土工合成材料鋪設(shè)于路堤地層后，由于其具有較高的強(qiáng)度和韌性，能緊貼地表，使上部填土荷載較均勻的分布到地層中，并能抵抗土坡滑動，阻止沖擊破壞面的產(chǎn)生，提高地基的承載力，增強(qiáng)路堤穩(wěn)定性。此外，還有在路基坡腳附近設(shè)置板樁、木排樁、鋼筋混凝土樁或片石齒墻等限制軟土地基側(cè)向位移的方法。 人工地基人工地基是軟土地基內(nèi)設(shè)置各種材料制成樁，構(gòu)成復(fù)合地基或?qū)⒌鼗翐Q成性能良好的土料，以保證路基穩(wěn)定的一類方法。(1)換土換土是以人工、機(jī)械、爆破的方法將軟土移除，換填強(qiáng)度較高的黏性土或砂、礫石、碎石等滲水材料。因?yàn)閺氐椎馗淖兞说鼗恋男再|(zhì)，效果很好。它適用于軟土層較薄、無硬土覆蓋的情況。若軟土被水淹沒，施工時可在路堤兩側(cè)設(shè)置圍堰，以便于施工，并使填土過程不受水的浸泡，保證施工質(zhì)量。當(dāng)軟土的液性指數(shù)較大，水不易抽干時，可采用拋石擠淤的方法強(qiáng)迫換土。直接拋石施工時，可先拋中間部分，將淤泥擠向兩側(cè)，再向兩側(cè)拋石，擠出淤泥。當(dāng)軟土埋藏較深，但厚度不大，換土施工困難或路堤較高、工期緊迫時，可利用爆破法排出淤泥以加速施工。(2)擠密砂樁將砂樁打入軟土地基，擠密軟弱土層，形成復(fù)合地基。在外荷載作用下，應(yīng)力向砂樁集中，使樁周圍土層承受的壓力減小，沉降也相應(yīng)減小。根據(jù)我國在淤泥質(zhì)黏土中打樁前后的荷載試驗(yàn)，其沉降量可比天然地基減小20%～30%，因而適用于對沉降要求較高的工程。同時，砂樁與砂井一樣，在土中形成排水通路，能加速地基固結(jié)沉降的速率，改善地基的整體穩(wěn)定性，提高地基承載力。圖 210 擠密砂樁擠密砂樁采用中、粗混合砂料，含水量不得大于5%，也可以用砂和角礫的混合材料。設(shè)計規(guī)則規(guī)定，灌砂要密實(shí)，灌砂率不應(yīng)小于90%。砂樁直徑根據(jù)置換率要求及施工機(jī)械、成樁方法等綜合因素考慮，宜選用較大直徑。我國目前常用30cm的直徑，最大達(dá)50～70cm，國外多用60～80cm，最大可達(dá)150～200cm。樁在平面上布置成三角形或正方形，樁長不應(yīng)小于危險滑弧的深度，對于厚度不大的軟土，樁長應(yīng)穿透軟弱層。砂樁頂面應(yīng)鋪以砂墊層以利排水。(3)碎石樁碎石樁是以碎石(卵石)為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁。碎石樁和砂樁等在國外統(tǒng)稱為散體樁或租顆粒土樁。所謂散體樁是指無粘結(jié)強(qiáng)度的樁，由碎石柱或砂樁等散體樁和樁間土組成的復(fù)合地基亦可稱為散體樁復(fù)合地基。目前在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的碎石樁、砂樁、渣土樁等復(fù)合地基都是散體樁復(fù)合地基。圖 211 碎石樁機(jī)碎石樁是散體樁的一種，按其制樁工藝可分為振沖(濕法)碎石樁和干法碎石樁兩大類。采用振動加水沖的制樁工藝制成的碎石樁稱為振沖碎石樁或濕法碎石樁。采用各種無水沖工藝(如干振、振擠、錘擊等)制成的碎石樁統(tǒng)稱為干法碎石樁。當(dāng)以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。(4)生石灰樁生石灰樁是用2～5cm的生石灰塊填入軟土孔眼中，形成生石灰樁地基，樁的平面布置與砂井相同，樁徑通常為20～40cm，樁距為樁徑的3倍左右，樁長視土層厚度而定，一般不宜很長，10m以內(nèi)。作用機(jī)理：使用生石灰砂樁加固地基的主要依倨是利用生石灰吸水膨脹的性質(zhì)。生石灰在遇水消解的過程中，其體積發(fā)生膨脹，對周圍土體產(chǎn)生出壓密效果 也就是說，生石灰一方面吸收樁周圍土體孔隙中的水分，同時，由于擠壓作用使土體的孔隙比減小，從而達(dá)到加固地基的目的。在生石灰塊中摻入一定比倒的砂子，一方面是填充其中的孔隙，增大石灰砂拄的作用效果。另一方面，由于生石灰熟化后生成的氫氧化鈣，其韌期為膠凝狀，強(qiáng)度較低，而摻八砂子則正好彌補(bǔ)了這方面的不足。(5)粉體噴射攪拌法粉體噴射攪拌法是近年國內(nèi)外常用的一種深層軟基加固技術(shù)。它以生石灰粉和水泥等粉體材料為加固材料，通過特定的施工機(jī)械，用壓縮空氣將粉體呈霧狀噴入土中，使粉體與原土攪拌，形成石灰(水泥)黏土混合的柱體。它的強(qiáng)度大，水穩(wěn)性好，可提高軟土地基的承載力，減小沉降量。加固深度一般在10～15m。 排水固結(jié)排水固結(jié)是在軟土中設(shè)置垂直井，在地表鋪設(shè)砂墊層，以縮短孔隙水的流程，加速土體的固結(jié)的一類方法。這類加固方法，對提高土體強(qiáng)度和地基承載力，增強(qiáng)路堤穩(wěn)固性，效果十分顯著。(1)排水砂井軟土地基在荷載作用下，孔隙水慢慢排出，孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，孔隙體積逐漸減小，地基發(fā)生固結(jié)沉降，地基強(qiáng)度相應(yīng)增大。根據(jù)固結(jié)理論，粘性土固結(jié)所需的時間和排水距離的平方成正比。土層越后，固結(jié)所需的時間越長。為了加速土層固結(jié)，最有效的方法是增加土層的排水通道，縮短排水距離。砂井(袋裝砂井、塑料排水板)就是按照這個原理而設(shè)置的。砂井砂墊層臨時性填土永久性填土圖 212 排水砂井砂井是打樁機(jī)具在地基中擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中形成按一定規(guī)律排列的孔眼(這些孔眼具有一定深度和直徑)，在輕重灌以粗砂而成。砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)一定厚度的砂墊層以連通砂井，構(gòu)成完整的地基排水系統(tǒng)。軟土地基設(shè)置砂井后，改善了地基的排水條件，在附加荷載作用下，排水估計過程大大加快，地基強(qiáng)度迅速提高，因而也改善了地基承載力和路堤穩(wěn)定性。砂井直徑要能滿足地基排水固結(jié)的要求，在地基沉降過程中不至于被剪斷或被細(xì)土粒淤塞。雖然理論上需要的直徑很小，但在實(shí)際中，直徑過小難于施工，并且在使用過程中，容易發(fā)生側(cè)向位移造成上下錯斷而失效。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，井徑采用20～30cm為宜，并視打樁機(jī)具的套筒尺寸而定。井距直接關(guān)系到排水固結(jié)的速度，井距愈小，固結(jié)愈快。采用小的井距，理論上是合理的。瑞恰特()通過理論證明，砂井有效間距縮短一半，將使地基固結(jié)度達(dá)90%所需的時間縮短為1/6,；而砂井直徑增大20倍，是能使固結(jié)度達(dá)90%所需的時間減少為1/4。說明砂井應(yīng)采取小而密的原則。井距應(yīng)保證在給定的施工期限內(nèi)達(dá)到要求的地基固結(jié)度，使路堤安全填筑。井距的大小用固結(jié)理論計算而確定，一般為井徑的8～10倍，常用2～4米。砂井在平面上的布置，有三角形和正方形兩種排列方式，一般采用三角形布置。砂井深度即砂井長度，應(yīng)根據(jù)地基土層情況及路堤高度而定。當(dāng)軟土層較薄時，砂井應(yīng)貫穿整個軟土。當(dāng)軟土層較厚時，砂井不必貫穿軟土，其長度通過穩(wěn)定分析而定。用砂井加固軟土地基時，路堤底部必須鋪設(shè)砂墊層以溝通砂井，將砂井中滲透出來的孔隙水引到路堤坡腳之外。墊層的厚度應(yīng)保證地基沉降后不至錯斷和便于施工。墊層和砂井的分布寬度稍大于路堤底面寬度。(2)袋裝砂井袋裝砂井是在合成材料編織袋內(nèi)充填中粗砂，裝入地基孔內(nèi)，以加速地基排水固結(jié)，其擊鼓原理、設(shè)計方法與砂井完全相同。袋裝砂井的直徑按其排水及施工工藝的要求確定。一般采用7～12cm，我國采用較多的是7cm直徑。袋裝砂井的編織袋應(yīng)有良好的透水性，袋內(nèi)的砂不易流失，袋子的材料應(yīng)有足夠的透水性，有一定的抗老化、抗地下水腐蝕性。與普通砂井相比的一些優(yōu)點(diǎn)：①袋裝砂井直徑小，用砂量小，其費(fèi)用僅為普通砂井的40%～50%，造價低廉。②由于編織袋是一個整體，能夠保持砂的連續(xù)性和密實(shí)性，不會因地基變形而切斷，使用效果良好。③砂井直徑小，施工時對土層擾動小。④由于砂井?dāng)嗝嫘?，重量輕，減小了施工設(shè)備的質(zhì)量，提高了施工效率?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，袋裝砂井已經(jīng)被普遍采用，幾乎完全代替了普通砂井。(3)塑料排水板塑料排水板法是將預(yù)制的帶狀塑料排水板用插板機(jī)將其豎直地插入土中，形成類似砂井的排水通道，使孔隙水沿塑料板的通道流出，從而加固地基土的方法。塑料板的結(jié)構(gòu)形式可分為多孔制單一結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)型兩大類。多孔制單一結(jié)構(gòu)用聚氯乙烯經(jīng)特殊加工而成，由于其素材本身能形成連通的孔隙，固透水性極好。復(fù)合結(jié)構(gòu)型是指由塑料芯板(起豎向排水作用)外套既透水又擋泥的濾膜組成，芯板用硬質(zhì)聚氯乙烯和聚丙烯制成，斷面成回字形或十字形等，使其能縱向排水，透水擋泥濾膜由透水性好的滌綸類或丙烯類合成纖維制成。如圖：圖 213 塑料排水板(4)排水砂墊層排水砂墊層是在路堤底部的地面上鋪設(shè)的一層砂墊層，其作用是在軟土層頂面增加一個排水面。在填土過程中，軟土中滲出來的水就可以從砂墊層排出來，加速地基固結(jié)，提高軟土的強(qiáng)度，增強(qiáng)路堤的穩(wěn)定。~~砂墊層圖 214 排水砂墊層 膨脹土地區(qū)路基處理技術(shù) 膨脹土的概念膨脹土指的是具有較大的吸水后顯著膨脹、失水后顯著收縮特性的高液限黏土。特征是吸水膨脹、軟化、崩解、失水急劇收縮開裂，并能產(chǎn)生往復(fù)變形。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石,為一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。常使建筑物產(chǎn)生不均勻的豎向或水平的脹縮變形，造成位移、開裂、傾斜甚至破壞，且往往成群出現(xiàn)，尤以低層平房嚴(yán)重，危害性很大，裂縫特征有外墻垂直裂縫，端部斜向裂縫和窗臺下水平裂縫，內(nèi)、外山墻對稱或不對稱的倒八字形裂縫等；地坪則出現(xiàn)縱向長條和網(wǎng)格狀的裂縫。一般于建筑物完工后半年到五年出現(xiàn)。 膨脹土的工程特性膨脹土粘粒成份主要由強(qiáng)親水性礦物質(zhì)組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土。該土具有吸水膨脹，失水收縮并往復(fù)變形的性質(zhì)，對路基的破壞作用不可低估，并且構(gòu)成的破壞是不易修復(fù)的。為了保證道路在較長時間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整度，達(dá)到安全、舒適行車的目的，必須處理好施工維護(hù)過程中的一些問題。(1)脹縮性膨脹土吸水體積膨脹，使其上部建筑物隆起，如膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力。失水體積收縮，造成土體開裂，并使建筑物下沉。膨脹土在塑限和液限含水率的收縮量與膨脹量，稱為極限脹縮潛勢。土中有效蒙脫石含量越高，脹縮潛勢越大。土的初始含水率越低，膨脹量與膨脹力越大。(2)崩解性膨脹土浸水后體積膨脹，在無側(cè)限條件下則發(fā)生吸水濕化。不同類型的膨脹土其崩解性是不一樣的，強(qiáng)膨脹土浸入水中后，幾分鐘內(nèi)就能完全崩解；弱膨脹土浸入水中后，則需要較長時間才能完全崩解。(3)多裂隙性膨脹土中的裂隙，可分垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土體分割為具有一定幾何形態(tài)的塊體，破壞了土的完整性。裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰綠色黏土薄膜、條帶或斑塊，其礦物成分主要為蒙脫石，有很強(qiáng)的親水性，具有軟化土體強(qiáng)度的顯著特征。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關(guān)，且滑動面的形成主要受裂隙軟弱結(jié)構(gòu)面所控制。(4)超固結(jié)性膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比較小，干密度大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。超固結(jié)膨脹土路基開挖后，將產(chǎn)生土體超固結(jié)力釋放，