素材-交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目

1、由哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院建筑材料系主要承擔(dān)的交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目研究大綱，黑龍江省交通廳于二00四年四月九日在哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院會(huì)議室召開了“水泥混凝土抗凍融耐久性能研究”項(xiàng)目研究大綱評(píng)審會(huì)。解決路橋結(jié)構(gòu)水泥混凝土抗凍耐久性問題是提高橋梁結(jié)構(gòu)安全性、延長(zhǎng)橋梁使用壽命的基礎(chǔ)。開展本課題的研究，對(duì)西部開發(fā)建設(shè)具有借鑒作用，對(duì)全國(guó)路橋建設(shè)具有普遍意義。本項(xiàng)目由哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院建筑材料系張寶生教授負(fù)責(zé)。青藏鐵路成功的關(guān)鍵在于路基工程，凍土作為一個(gè)極為重要的關(guān)鍵因素，必須進(jìn)行深入的研究，以此來保證青藏鐵路工程的順利實(shí)施和正常高速運(yùn)營(yíng)。凍土是一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì)，含有地下冰，這是與

2、其他巖土工程最為本質(zhì)的區(qū)別。多年凍土區(qū)修筑工程構(gòu)筑物時(shí)，面臨的兩大工程問題：凍脹和融沉。路基、橋涵、隧道等都會(huì)受到這兩大工程問題的困擾。長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，青藏鐵路成敗的關(guān)鍵在路基工程，而路基工程的核心是凍土問題。無論是青藏公路還是青藏鐵路，必須首先面臨多年凍土分布、多年凍土融區(qū)分布、多年凍土年平均地溫分區(qū)、高含冰量?jī)鐾恋姆植嫉戎卮髢鐾凉こ痰刭|(zhì)問題，因?yàn)樗婕傲丝睖y(cè)重點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則的制定，直接關(guān)系到青藏鐵路路基穩(wěn)定和投資。另一個(gè)極為重要的核心問題是青藏鐵路地下冰空間分布問題。地下冰是影響凍土路基穩(wěn)定的最為重要的影響之一，是產(chǎn)生凍融災(zāi)害或者不良凍土現(xiàn)象的根本問題。地下冰最為集中分布在多年凍土上限附

3、近，修筑路堤后引起多年凍土上限變化，其結(jié)果就會(huì)造成地下冰融化，導(dǎo)致路基產(chǎn)生融化下沉破壞。由于地下冰受多因素控制，在空間上的形成不均勻的和不同的含冰狀態(tài)。這種不同的含冰狀態(tài)直接影響著凍土路基的工程性質(zhì)，而富冰、飽冰凍土和含土冰層，高溫多年凍土區(qū)就會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生巨大的破壞。對(duì)于其他類型工程建筑物來說，比如橋涵、路塹、高邊坡等，高含冰量?jī)鐾恋挠绊懯菢O為關(guān)鍵的問題。在路基穩(wěn)定性方面，還必須同時(shí)面臨凍融災(zāi)害問題，即不良凍土現(xiàn)象。這些與凍融過程有關(guān)的不良地質(zhì)現(xiàn)象，當(dāng)它們威脅到鐵路安全運(yùn)營(yíng)和工程穩(wěn)定性時(shí)，就演變?yōu)橐环N工程災(zāi)害。這種工程災(zāi)害主要與地下冰、凍融過程和凍土溫度有關(guān)。特別是在高含冰量、高溫多年凍土的斜

4、坡地帶，微弱的工程熱擾動(dòng)可能就會(huì)引起凍土區(qū)斜坡穩(wěn)定性變化，對(duì)于這樣一些地表敏感性極強(qiáng)的多年凍土地帶，工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)和施工都應(yīng)引起極大的重視。對(duì)于斜坡地段出現(xiàn)的冰椎、冰丘，延流冰，對(duì)工程的危害非常之大，常會(huì)導(dǎo)致鐵路運(yùn)營(yíng)出現(xiàn)問題。對(duì)于路基附近出現(xiàn)的冰椎、冰丘，常會(huì)引起路基產(chǎn)生凍脹問題，也應(yīng)對(duì)其予以極大的重視，并針對(duì)具體情況給出其防治措施。 近年來，青藏公路沿線凍土退化已被諸多的研究結(jié)果所證實(shí)。青藏公路沿線凍土地溫監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，70年代到90年代青藏公路沿線的季節(jié)凍土、融區(qū)及島狀多年凍土區(qū)的地溫升高了0.30.5, 連續(xù)多年凍土區(qū)年平均地溫升高了0.10.3。天然狀態(tài)下北界向南退化0.51.0公里，

5、南界向北退化12公里。在工程作用下，多年凍土北界向南退化約58公里，南界向北退化約912公里。數(shù)值模擬和區(qū)域模擬結(jié)果也證實(shí)了在氣候轉(zhuǎn)暖背景下多年凍土?xí)l(fā)生強(qiáng)烈的變化。氣溫的升高直接影響凍土工程環(huán)境，對(duì)于正在運(yùn)營(yíng)的建筑物，將增大凍害的破壞強(qiáng)度和數(shù)量，而對(duì)于擬建的建筑物，這種不穩(wěn)定的寒區(qū)工程環(huán)境將增大建筑物設(shè)計(jì)原則的選取及凍土穩(wěn)定性的確定的難度，使寒區(qū)建筑物的工程設(shè)計(jì)面臨著較大的研究工作量。對(duì)于青藏鐵路來說，凍土退化、年平均地溫升高、地下冰融化、多年凍土厚度減薄等都會(huì)直接影響和威脅青藏鐵路路基、橋涵、大中型橋梁地基、旱橋地基等穩(wěn)定性。對(duì)于多年凍土年平均地溫為0-0.5，-0.5-1.0極不穩(wěn)定和不

6、穩(wěn)定地溫帶來說，特別是這些地溫帶中高含冰量地段，多年凍土退化乃至消失，將會(huì)極大地引起路基下沉破壞、橋基失穩(wěn)。在青藏鐵路勘察和設(shè)計(jì)過程中，必須要考慮多年凍土退化問題，這就給青藏鐵路修建、運(yùn)營(yíng)、維修帶來了更大難度。雖然近幾年來對(duì)全球氣候變化對(duì)多年凍土的影響研究有了一定的基礎(chǔ)，而且也對(duì)氣候變化下多年凍土公路路基穩(wěn)定性有了良好的研究。但對(duì)于全球氣候背景下青藏鐵路沿線多年凍土變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)、鐵路工程作用下多年凍土變化預(yù)報(bào)，以及兩種狀態(tài)的疊加后，青藏鐵路路基下多年凍土的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，多年凍土變化后鐵路工程如何來適應(yīng)這種巨大的變化等都將是下一步研究的重點(diǎn)，也成為青藏鐵路修建過程中設(shè)計(jì)中必須考慮的一個(gè)重要因素。

7、 鐵路的修建將導(dǎo)致路基下凍土上限、年平均地溫、地下冰等發(fā)生變化，并誘發(fā)凍融災(zāi)害的形成和發(fā)展，引起凍土路基發(fā)生凍融破壞。特別是在敏感性地表，修筑鐵路會(huì)誘發(fā)凍土環(huán)境產(chǎn)生極大變化，威脅鐵路路基的穩(wěn)定性，影響青藏鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。全球氣候變化背景又給鐵路修筑帶來了極大的困難。因此，為了保證青藏鐵路的安全運(yùn)營(yíng)，必須進(jìn)行青藏鐵路沿線路基凍融病害防治對(duì)策與技術(shù)研究。該項(xiàng)研究將能夠?yàn)榍嗖罔F路、青藏公路、擬建的南水北調(diào)西線工程前期研究提供切實(shí)可行科學(xué)依據(jù)，對(duì)寒區(qū)工程建設(shè)有極大的現(xiàn)實(shí)意義。 在50年代中就大體確認(rèn)了多年凍土分布的南北區(qū)間。70年代初，隨著西藏經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，以及青藏高原特殊地理環(huán)境條件給道路工程所帶

8、來的不良因素，開始了青藏公路的砂石路面改為黑色瀝青路面的改建工程建設(shè)，對(duì)青藏公路沿線的多年凍土開展了新一輪的實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)在多年凍土地區(qū)修筑高級(jí)路面的青藏公路所急需解決的技術(shù)難題，開展了路基、路面、路塹、橋涵、房建等的基礎(chǔ)與凍土之間的相互作用的研究，特別是水熱過程和力學(xué)過程、各類工程建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和各種適應(yīng)高原寒冷環(huán)境條件的路面、路基結(jié)構(gòu)等的研究更加深入持久。通過近千個(gè)鉆孔及大量實(shí)體工程的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)研究與驗(yàn)證，取得了一大批可供工程設(shè)計(jì)應(yīng)用的成果。在90年代主要研究重點(diǎn)為以下方面：路基下多年凍土的融化深度、多年凍土頂板埋深、路基下高含冰量?jī)鐾?、厚層地下冰在垂直與水平方向的分布規(guī)律、路基下第

9、四紀(jì)厚度（基巖埋藏深度）、凍土島與融區(qū)的準(zhǔn)確分布界限、瀝青路面多年作用下的溫度場(chǎng)分布以及其變化趨勢(shì)、不同凍土類型與路基之間的相互作用以及適應(yīng)性等等。在這些方面的研究，不論是研究廣度、深度、精度的要求都比以前有很大的提高。由于青藏鐵路和公路的路基系統(tǒng)不同，而我們大量的工作都是集中于青藏公路而進(jìn)行的，將公路的一些研究成果直接應(yīng)用于青藏鐵路顯然是不合適的。因此，如果能以青藏鐵路試驗(yàn)工程為基礎(chǔ)進(jìn)行此方面的研究，不僅會(huì)對(duì)青藏鐵路建設(shè)有益，而且對(duì)廣大寒區(qū)工程建設(shè)也非常有益。青藏鐵路工程建設(shè)中所采取的以冷卻地基為主、積極保護(hù)凍土的設(shè)計(jì)思想是正確的；設(shè)計(jì)中針對(duì)不同的地質(zhì)與水文環(huán)境，因地制宜地采用橋梁通過工程地

10、質(zhì)最為復(fù)雜的多年凍土地段是正確的；采取塊石路基、碎石護(hù)坡、熱棒等多項(xiàng)工程措施是正確的；青藏鐵路凍土工程體現(xiàn)了當(dāng)代凍土區(qū)鐵路工程建設(shè)的先進(jìn)水平。俄羅斯著名工程凍土學(xué)家、地質(zhì)科學(xué)院院士V康德拉季耶夫教授，長(zhǎng)期從事多年凍土地區(qū)鐵路建設(shè)，多次到青藏高原與中國(guó)科學(xué)家合作研究。他和許多俄羅斯專家認(rèn)為，青藏鐵路凍土區(qū)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)思想是正確的，采取“保護(hù)凍土的設(shè)計(jì)原則”是科學(xué)的，在這種設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下采取的工程結(jié)構(gòu)、工程措施都是很有效的。他說：“作為凍土學(xué)家，我知道青藏高原凍土區(qū)工程技術(shù)問題的復(fù)雜和凍土區(qū)工程建設(shè)的艱巨，我認(rèn)為你們?nèi)〉昧撕芰瞬黄鸬某删汀！泵绹?guó)國(guó)家地質(zhì)局的一位顧問認(rèn)為，青藏鐵路在技術(shù)路線上“一次

11、到位”是明智的。美國(guó)阿拉斯加費(fèi)爾班克斯大學(xué)著名工程凍土學(xué)家道格拉斯格林教授認(rèn)為，青藏鐵路的設(shè)計(jì)總體來看是很好的，科學(xué)的態(tài)度是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思想的保證。多年凍土地區(qū)的主要工程地質(zhì)問題有融沉、凍脹和不良地質(zhì)現(xiàn)象。（1）融沉在高溫高含冰量?jī)鐾粒ǜ弑鶅鐾?、飽冰凍土和含土冰層）地區(qū)，上限附近往往存在著地下冰和高含冰土層，由于埋藏淺，極易受天然因素或人為活動(dòng)的影響而融化，產(chǎn)生融陷或融沉，極大地影響建筑物的穩(wěn)定性，這是多年凍土地區(qū)路基變形破壞的主要原因。（2）凍脹在低溫凍土區(qū)，地表因暖季與寒季溫度變化而產(chǎn)生的活動(dòng)層厚度一般較薄，并存在雙向凍結(jié)，凍結(jié)速度較快，幫凍脹相對(duì)較輕。在高溫凍土區(qū)，活動(dòng)層厚度一般較大，凍結(jié)速

12、度也較慢，因存在粉質(zhì)土和足夠的水分，凍脹嚴(yán)重。用粉質(zhì)土和粘性填筑的路基，由于凍結(jié)時(shí)水分的遷移，可能在上部聚冰，融化時(shí)引起翻漿冒泥。（3）凍土不良地質(zhì)現(xiàn)象多年凍土區(qū)常見的現(xiàn)象有：冰椎、凍脹丘、融凍泥流、熱融滑蹦和熱融湖（塘）等。冰椎、凍脹丘其成因可分為凍土層上水補(bǔ)給和下水層補(bǔ)給，凍脹丘多發(fā)育于高平原區(qū)及河谷區(qū)細(xì)顆粒土地層中，冰椎多發(fā)育于山坡坡腳泉水露出處。對(duì)冰椎及凍脹丘，線路多已繞避，個(gè)別難以繞避的采用以橋梁形式通過。青藏鐵路凍土研究涉及的內(nèi)容之深、投入的人力物力之多、經(jīng)歷的時(shí)間之長(zhǎng)在世界上都是罕見的。早在60年代，鐵一院便與中科院原冰川凍土研究所、鐵道部科學(xué)研究院西北研究所一道，在青藏高原以風(fēng)

13、火山地區(qū)為代表，開展了高原凍土的研究。這一研究已堅(jiān)持開展了近40年，取得了豐碩的成果。現(xiàn)在可以肯定講，青藏鐵路沿線凍土的基本分布特征已基本搞清，在凍土地區(qū)修建鐵路在技術(shù)上已沒有大的問題，是科學(xué)的、完全可行的。另外，1974年8月，根據(jù)中央指示和當(dāng)時(shí)加快勘測(cè)設(shè)計(jì)工作的要求，曾成立了由中國(guó)科學(xué)院、鐵道部、一機(jī)部、鐵道兵、青海省、西藏自治區(qū)等有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)同志組成的青藏鐵路科研工作領(lǐng)導(dǎo)小組，下設(shè)鹽湖凍土、高原機(jī)電設(shè)備、通信信號(hào)、施工等四個(gè)協(xié)作組；組織了全國(guó)9個(gè)部門與19個(gè)省、市、自治區(qū)的68家工廠、部隊(duì)、研究所、設(shè)計(jì)院和大、專院校，共1700多名科技人員，開展了青藏鐵路科研工作，進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐，并

14、取得了卓有成效的成果，部分成果于1980年底通過了審查鑒定。青藏鐵路的成敗決定于路基，而路基最大的問題就是多年凍土。根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件，采取相應(yīng)的不同設(shè)計(jì)原則：在年平均地溫較低的穩(wěn)定型多年凍土區(qū)應(yīng)采取保持地基凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計(jì)原則；在年平均地溫較高，含冰量較少，路基沉降量可以得到有效控制的地段，采用施工及運(yùn)營(yíng)期允許融化的原則；在極不穩(wěn)定的凍土地段，可采用鋪設(shè)保溫層、通風(fēng)路基、清除富冰凍土、熱樁、以橋代路等綜合技術(shù)措施。在不融沉或弱融沉的少冰凍土、多冰凍土地區(qū)可采取不考慮建筑物熱力影響的常規(guī)設(shè)計(jì)方法。在各類凍地區(qū)都必須加強(qiáng)對(duì)凍土的環(huán)境保護(hù)，對(duì)取棄土場(chǎng)、路基填筑方式等制定嚴(yán)格的技術(shù)要求。多年凍土地

15、區(qū)的具體工程措施：（1）合理控制路基高度引起路基下沉。（2）鋪設(shè)保溫層來保持路基穩(wěn)定。（3）通風(fēng)路基。在有條件的地區(qū)可采取用碎塊石填筑路基，利用填石路基的通風(fēng)透氣性、寒季冷、暖空氣在路基中產(chǎn)生對(duì)流，冷空氣下降，起到保護(hù)凍土的作用。（4）以橋代路的技術(shù)措施。（5）凍土區(qū)的橋涵工程。（6）建立完善的排水設(shè)施全球氣候變暖會(huì)影響凍土的深度（凍土上限），進(jìn)而影響到路基的穩(wěn)定性嗎？基本上不會(huì)。全球氣候變暖是一個(gè)世界性的問題，也是一種自然規(guī)律。據(jù)氣象資料顯示，地球的平均氣溫基本上是按照冷、熱、冷這樣一個(gè)客觀規(guī)律演化的，現(xiàn)在剛剛步入又一個(gè)熱的周期，這一周期大概持續(xù)到2500年左右。在這500年中，氣溫的升高是

16、一個(gè)逐漸而緩慢的過程，每年升高的溫度僅僅在0.020.03之間，這種細(xì)微的溫度變化對(duì)凍土、尤其是永久性凍土的影響是很小的；并且，這種全球性的氣候變暖主要體現(xiàn)在冬季氣溫的變化上，而這種影響對(duì)于冬季氣溫常年在30左右的青藏高原來說，更是微乎其微的；再一方面，設(shè)計(jì)中早已預(yù)先考慮了溫度變化可能帶來的影響，而且這種設(shè)計(jì)中的留有余地，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全球氣候變暖可能產(chǎn)生的結(jié)果?？梢哉f，全球氣候變暖對(duì)青藏鐵路的凍土基本上不會(huì)產(chǎn)生不利的影響。2000年底，在鐵道部“加快青藏鐵路前期工作”指示的號(hào)召下，鐵一院成立了由經(jīng)驗(yàn)豐富的地質(zhì)工程師和中科院寒區(qū)、旱區(qū)環(huán)境工程研究所（原凍土研究所）專家、學(xué)者共同組成的凍土科研隊(duì)，將

17、中科院多年的科研成果與鐵一院豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同攻關(guān)，向徹底解決“在高原多年凍土地區(qū)修建世界最高的鐵路”這一世界性難題發(fā)起了沖擊。5、高原鐵路施工的技術(shù)措施針對(duì)人的工作效率降低，增加控制工期工程的作業(yè)班次，縮短每班工人的工作時(shí)間，施工期按一定比例增加備用人工，進(jìn)行輪流換班作業(yè)。在施工單位中，有組織地聘用當(dāng)?shù)毓と?，可明顯提高高原適應(yīng)性，提高勞動(dòng)效率。應(yīng)選用大馬力施工機(jī)械，采用機(jī)械化施工。2005-11-14，“青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)地基穩(wěn)定性研究”課題通過西藏自治區(qū)交通廳組織的驗(yàn)收委員會(huì)專家組驗(yàn)收。課題有關(guān)研究成果已在青藏公路第三次整治改建工程、青藏鐵路建設(shè)中得到了實(shí)際應(yīng)

18、用，并取得了良好效果。青藏公路修建在平均海拔4500米以上的高原腹地，由于大氣含氧量少、氣溫低、紫外線強(qiáng)，多年凍土及季節(jié)性凍土區(qū)呈夏融冬凍的周期性變化，給公路的勘察設(shè)計(jì)、施工、營(yíng)運(yùn)及養(yǎng)護(hù)等帶來了極大困難，一直是業(yè)界公認(rèn)的公路建設(shè)技術(shù)難題。面對(duì)這些困難，1973年，交通部成立青藏公路科研組，對(duì)多年凍土地區(qū)公路修筑的有關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行研究，至1999年開展了三次大規(guī)模、系統(tǒng)的科技攻關(guān)，取得了青藏公路多年凍土地區(qū)瀝青路面修筑技術(shù)、黑色路面修筑技術(shù)、路基路面技術(shù)等一系列重大科研成果，受到了國(guó)際同行的廣泛關(guān)注，并已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于青藏公路的歷次改建、整治工程。為系統(tǒng)總結(jié)多年凍土地區(qū)公路修筑的技術(shù)成果，200

19、2年，交通部將“多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)研究”列入西部交通科技項(xiàng)目，目前已經(jīng)取得了階段性成果。這些豐碩的成果，為青藏高原公路建設(shè)，為青藏公路的整治和改建，提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)，填補(bǔ)了世界技術(shù)領(lǐng)域的空白。同時(shí)，也確立了我國(guó)在高原多年凍土研究方面的國(guó)際領(lǐng)先水平和地位?，F(xiàn)在，對(duì)多年凍土研究的大量基礎(chǔ)資料和成功技術(shù)，已成為青藏鐵路建設(shè)的科學(xué)實(shí)踐依據(jù)和理論技術(shù)借鑒。此次驗(yàn)收通過的地基穩(wěn)定性研究項(xiàng)目，是針對(duì)青藏公路第三次整治改建工程而進(jìn)行的一項(xiàng)專題研究。在交通部組織下，由中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院組織技術(shù)力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，系統(tǒng)分析了青藏公路沿線地溫觀測(cè)資料，認(rèn)真研究了青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)路基

20、病害的發(fā)生機(jī)理，總結(jié)了凍土路基溫度場(chǎng)的分布特征與溫度場(chǎng)特征要素的變化規(guī)律，并通過數(shù)值模擬研究了路基高度、邊坡坡度、護(hù)道對(duì)路基下多年凍土地基熱穩(wěn)定性的影響，首次提出了路基臨界高度隨邊界條件變化而變化的觀點(diǎn)和以凍土強(qiáng)度為評(píng)價(jià)青藏公路凍土路基熱穩(wěn)定性的主要定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，并建立了路基合理高度表達(dá)式。課題還通過分析隔熱層（EPS板、XPS板）路基、熱棒路基、碎片石路基等試驗(yàn)工程降溫保護(hù)凍土的原理，提出了相應(yīng)的計(jì)算公式及參數(shù)，推薦了在高溫高含冰量多年凍土區(qū)適宜的工程處理措施。驗(yàn)收委員會(huì)專家一致認(rèn)為，該課題研究成果對(duì)青藏高原高溫高含冰量多年凍土區(qū)公路建設(shè)具有十分重要的指導(dǎo)意義，對(duì)其他多年凍土區(qū)的工程建設(shè)具有

21、借鑒作用。據(jù)介紹，科研人員將對(duì)青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)路基試驗(yàn)工程長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)，并針對(duì)相關(guān)問題深入研究，以徹底解決凍土路基問題。另據(jù)了解，西部交通科技項(xiàng)目“多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)研究”目前進(jìn)展順利，科研人員在青藏高原修筑了幾公里的試驗(yàn)路，將繼續(xù)進(jìn)行更深入的研究。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，目前凍土區(qū)工程絕大部分路基變形不超過2，橋梁基礎(chǔ)變形全部滿足設(shè)計(jì)要求，凍土區(qū)工程建筑物基本穩(wěn)定。凍土區(qū)工程穩(wěn)定性主要是通過工程變形和溫度場(chǎng)來判斷的。從2002年開始，科研單位對(duì)青藏鐵路凍土區(qū)工程變形數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。我國(guó)專家在世界上首次提出“主動(dòng)降溫、減少傳入地基土的熱量、保證多年凍土的熱穩(wěn)定性，從而保證修筑在上面

22、的工程質(zhì)量的穩(wěn)定性”的青藏鐵路工程設(shè)計(jì)原則，創(chuàng)造性地采取了解決凍土施工難題的相應(yīng)對(duì)策：對(duì)于不良凍土現(xiàn)象發(fā)育地段、線路盡量繞避；對(duì)于高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)的高含冰量地質(zhì)，采取“以橋代路”的辦法；在施工中采用了熱棒、片石通風(fēng)路基、片石通風(fēng)護(hù)道、通風(fēng)管路基、鋪設(shè)保溫板等多項(xiàng)設(shè)施，提高凍土路基的穩(wěn)定性。經(jīng)中國(guó)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，拋石路基是青藏鐵路理想的凍土路基，可以解決路基的凍脹和融沉問題，為凍土路基的病害開出了一濟(jì)良方。世界第二大凍土研究機(jī)構(gòu)-中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作人員根據(jù)未來氣候變化趨勢(shì)研究，提出了“主動(dòng)冷卻路基”的思想，在海拔四千七百多米的青藏鐵路北麓河實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行了

23、路基新結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究，主要進(jìn)行了拋、碎石護(hù)坡、通風(fēng)管道路基、保溫材料路基、路基沉降及合理高度的試驗(yàn)研究。同時(shí)，還進(jìn)行了大量的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，具有多孔介質(zhì)流體熱對(duì)流原理的拋石路基可以有效解決凍土路基中的凍土凍脹和融沉問題。研究人員介紹，當(dāng)夏季來臨時(shí)，青藏高原氣溫升高，拋石路基表面的溫度上升，空氣密度降低，而路基凍土中的溫度較低，空氣密度較大，這樣熱空氣與冷空氣就不易對(duì)流，無形中形成了外界與凍土的隔熱層；當(dāng)冬天來臨時(shí)，凍土路基的外界溫度較低，空氣密度較大，而路基凍土層溫度較高，空氣溫度較低，將自然上移，與外界進(jìn)行溫度交換，無形中形成了熱冷對(duì)流，使路基凍土層溫度降低，保護(hù)了凍土的完好性。生

24、活在北方的人有這樣的體會(huì)，在冬天，當(dāng)氣溫降到零度以下，如果你到戶外挖土，就會(huì)發(fā)現(xiàn)原來松軟的土地現(xiàn)在變得十分堅(jiān)硬，一鍬下去往往只留下一個(gè)白點(diǎn)。細(xì)心的人會(huì)發(fā)現(xiàn)在這些堅(jiān)硬的土里面含有一些小冰晶，而且如果你不泄氣繼續(xù)挖下去，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這層堅(jiān)硬的土并不十分厚，在它下面還是比較松軟的土。這層含有冰晶的土就是凍土。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？因?yàn)橥寥览锩婊蚨嗷蛏俚亩己兴?，但溫度降到零度或零度以下，土壤里的水分就?huì)凝結(jié)成冰將土壤凍結(jié)，這樣就產(chǎn)生了凍土。但是為什么我們看到的凍土僅僅是一層，而不是全部?jī)鼋Y(jié)呢？原來我們腳下的大地有一個(gè)很特別的性質(zhì)，那就是在它表面溫度是隨深度的增加而降低的，但是到了一定深度它的溫度就不

25、再降低，而是常年保持一個(gè)基本恒定的溫度，科學(xué)家將這個(gè)層稱為恒溫層，在往下因?yàn)樵絹碓浇咏匦模瑴囟确炊饾u升高。這樣我們就知道凍土就是一種低于零攝氏度并且含有冰的特殊土體。所以說，凍土不同于黃土、黑土、紅土，它是一種被凍結(jié)的土，可以是被凍結(jié)的黑土，也可以是被凍結(jié)的黃土，當(dāng)然被凍結(jié)的紅土少一些，因?yàn)榧t土大多發(fā)育在南方，而南方溫度低于零度的時(shí)候不多。我們剛才所說的凍土只是凍土的一種，當(dāng)天氣變暖的時(shí)候這種凍土就會(huì)融化，我們稱這種凍土為季節(jié)凍土。除此之外，有些地方還有一種能夠持續(xù)多年不化的凍土，那就是多年凍土，比如在北極或者青藏高原，因?yàn)槟抢锍Ｄ隃囟榷荚诹愣纫韵拢詢鐾辆蜁?huì)保持常年不化，既使在比較溫暖

26、的年份，融化的也僅僅是表面一小層。凍土的存在主要受溫度的影響。越往緯度高的地方溫度就越低，因?yàn)槟习肭蜿懙孛娣e少，所以多年凍土主要分布在亞歐大陸和北美洲的北部。同時(shí)我們還知道，越往高處溫度就越低，在一些高山上那里的溫度常年也低于零度，所以中低緯度的高山和高原上也存在多年凍土，如美洲的安第斯山脈，非洲的乞立馬扎羅山以及我國(guó)的青藏高原。人類活動(dòng)大多集中在溫暖地區(qū)或低海拔平原地帶，所以對(duì)于凍土的認(rèn)識(shí)不是很多，但是隨著人類活動(dòng)空間的擴(kuò)大以及對(duì)資源需求的增多，人類逐漸將目光投向了太空、海洋和寒冷的極區(qū)。如近四、五十年來，美國(guó)、英國(guó)、加拿大等國(guó)為解決能源危機(jī)，加緊開發(fā)北極和北極近海的石油和天然氣。但是包括多

27、年凍土在內(nèi)的寒區(qū)有著自己獨(dú)特的環(huán)境特性，它是一個(gè)很脆弱的環(huán)境體系，一旦遭到破壞就無法挽回。恩格斯說過，“我們不要過分陶醉在我們對(duì)自然的勝利。對(duì)每一次這樣的勝利，自然界都報(bào)復(fù)了我們”。對(duì)自然的開發(fā)必須以了解、服從自然發(fā)展規(guī)律為前提，只有這樣我們才能給生活在寒區(qū)的人們和子孫后代留下一個(gè)沒有傷疤的地球！青藏鐵路格爾木至拉薩段是世界上海拔最高、線路最長(zhǎng)的高原鐵路，翻越唐古拉山的鐵路最高點(diǎn)海拔5072米。全線經(jīng)過海拔4000米以上地段960公里，連續(xù)多年凍土區(qū)550公里以上，另有部分島狀凍土、深季節(jié)凍土、沼澤濕地和斜坡濕地。地震、崩裂、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重。每年有效施工期僅67個(gè)月。青藏鐵路建設(shè)面

28、臨著多年凍土、高寒缺氧、生態(tài)脆弱“三大難題”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，技術(shù)難度很大，工程十分艱巨。國(guó)家批準(zhǔn)的青藏鐵路工程建設(shè)工期為6年。施工組織設(shè)計(jì)方案為：由北向南、逐步推進(jìn)，分段建設(shè)、分段鋪軌。2001年展開格爾木至望昆段施工，同時(shí)建設(shè)凍土工程試驗(yàn)段；20022003年重點(diǎn)展開唐古拉山以北凍土工程施工，2002年鋪軌至望昆，2003年鋪軌通過風(fēng)火山；2004年重點(diǎn)展開唐古拉山以南工程施工，鋪軌跨過通天河；2005年年底全線鋪通；2006年全線配套；2007年7月1日全線建成通車自2001年6月29日開工以來，在黨中央、國(guó)務(wù)院的親切關(guān)懷下，青藏鐵路建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組切實(shí)加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，國(guó)家有關(guān)部委和青藏兩省區(qū)積極配合，

29、大力支持，鐵道部科學(xué)部署，精心組織，全體參建職工按照“拼搏奉獻(xiàn)，依靠科技，保障健康，愛護(hù)環(huán)境，爭(zhēng)創(chuàng)一流”的要求,團(tuán)結(jié)奮戰(zhàn)，攻堅(jiān)克難，工程快速有序、優(yōu)質(zhì)安全推進(jìn)，2001年首戰(zhàn)告捷，2002年再創(chuàng)佳績(jī)，2003年取得全面攻堅(jiān)勝利。截止2003年12月31日，全年已完成投資65億元，為年度計(jì)劃56億元的116%，相當(dāng)于前兩年的總和。唐古拉山以北路基橋隧（簡(jiǎn)稱“線路下部”）主體工程基本完成，唐古拉山以南線下主體工程完成50%以上。全年完成路基土石方3082萬方、橋梁63574延米、涵洞11397橫延米、隧道2810成洞米、正線鋪軌195公里，實(shí)物工作量和形象進(jìn)度全面實(shí)現(xiàn)年度計(jì)劃要求。開工累計(jì)完成投資

30、129.5億元,線路下部工程(路基、橋涵、隧道)完成設(shè)計(jì)總量的84%，站后電力、干線光纜、房建試驗(yàn)段工程已開工建設(shè)。目前，唐古拉山以北線路下部主體工程基本完成，唐古拉山越嶺地段線下主體完成70%以上，唐古拉山以南線下主體完成50%以上?！叭箅y題”攻關(guān)成果可喜。凍土攻關(guān)取得成果。運(yùn)用凍土試驗(yàn)段科技成果，強(qiáng)化凍土工程措施，力求工程穩(wěn)固。經(jīng)過兩個(gè)凍融循環(huán)檢驗(yàn)可以看出，片石通風(fēng)路基、通風(fēng)管路基、片石護(hù)道、鋪設(shè)保溫板和熱棒等工程措施均有明顯效果，采取措施后路基基底的凍土上限普遍上升，觀測(cè)期內(nèi)沒有發(fā)生大的凍脹融沉病害，凍土路基變形逐步趨于穩(wěn)定。深樁基橋梁和鋪設(shè)防水保溫層的隧道，建成后都處于穩(wěn)定狀態(tài)。環(huán)境

31、保護(hù)嚴(yán)格規(guī)范。完善環(huán)保設(shè)施，使野生動(dòng)物、凍土植被、江河水質(zhì)、沼澤濕地得到保護(hù)。國(guó)家環(huán)保總局國(guó)家環(huán)?？偩值攘浚ň郑?duì)青藏鐵路環(huán)境保護(hù)工作進(jìn)行全面檢查后一致認(rèn)為，青藏鐵路建設(shè)環(huán)保工作管理模式和經(jīng)驗(yàn)居國(guó)內(nèi)重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目領(lǐng)先水平，具有示范意義。衛(wèi)生保障不斷完善。堅(jiān)持“以人為本,衛(wèi)生先行”，高度重視衛(wèi)生保障工作，建立健全了防疫、防病機(jī)制和三級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)，配置了先進(jìn)適用的常規(guī)醫(yī)療設(shè)備3900多臺(tái)（件），設(shè)置大型制氧站15個(gè)，購(gòu)置高壓氧艙25臺(tái)。堅(jiān)持預(yù)防為主、嚴(yán)防死守、封閉管理、責(zé)任到位，采取有效措施做好防治高原病、預(yù)防鼠疫、預(yù)防“非典”和食品衛(wèi)生安全工作，建立了處置突發(fā)疫情預(yù)案和搶救危重病人應(yīng)急機(jī)制，實(shí)

32、現(xiàn)了開工建設(shè)以來無高原病死亡事故、無鼠疫發(fā)生、無“非典”疫情目標(biāo)，有效保護(hù)了建設(shè)者的人身安全和身體健康。岳祖潤(rùn)1.土工合成材料加筋技術(shù)處理路基試驗(yàn)，鐵道部秦沈線科技攻關(guān)項(xiàng)目，（2000G047 -D） 2002- 20042.高溫凍土細(xì)粒土段路橋涵關(guān)鍵技術(shù)的研究路基沉降變形預(yù)測(cè)及計(jì)算試驗(yàn)研究，鐵道部青藏線科技攻關(guān)項(xiàng)目,(2001G001-B-02-01) 2001-20043.島狀凍土和深季節(jié)凍土段路橋涵關(guān)鍵技術(shù)的研究（安多）凍土沼澤化斜坡濕地路基穩(wěn)定性試驗(yàn)研究，鐵道部青藏線科技攻關(guān)項(xiàng)目,（2001G001-D-03）2002-2005河套灌區(qū)骨干渠道襯砌工程的試驗(yàn)與探討內(nèi)蒙古河套灌區(qū)共襯砌永

33、剛分干渠、楊家河干渠、永濟(jì)干渠、義和干渠等支渠以上骨干渠道83km，為了解決渠道防滲、防凍脹等問題，灌區(qū)分別在楊家河干渠、永剛分干渠建立了多種不同襯砌結(jié)構(gòu)模式的防凍脹、抗變形試驗(yàn)場(chǎng)，經(jīng)過幾個(gè)凍融期觀察以及對(duì)觀察資料的分析，現(xiàn)對(duì)灌區(qū)骨干渠道襯砌工程的防沖、防凍脹、抗變形等問題提出筆者的看法和解決辦法。一、凍脹問題的解決河套灌區(qū)地處季節(jié)凍土區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)凍深在1.2m，地表最大自由凍脹量可達(dá)1525cm，屬?gòu)?qiáng)凍脹區(qū)域，僅靠襯砌渠道自身結(jié)構(gòu)難以抵抗這樣強(qiáng)烈的凍脹變形。1979年，灌區(qū)在楊家河干渠上進(jìn)行了第一次防滲襯砌工程試驗(yàn)，因未采取防凍脹的措施，現(xiàn)已完全滑塌。1999年在永剛分干渠上所做的未采取防凍脹措

34、施的試驗(yàn)段落，經(jīng)過3年凍融周期的運(yùn)行，現(xiàn)部分段落也已開始滑塌，且凍脹破壞現(xiàn)象在不斷加劇。按照SL23-91渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范：在季節(jié)凍土標(biāo)準(zhǔn)凍深大于 30cm的地區(qū)襯砌渠道，必須進(jìn)行抗凍脹的設(shè)計(jì)。因此，在河套灌區(qū)實(shí)施渠道襯砌工程建設(shè)，必須要有防凍脹的措施。1防凍脹結(jié)構(gòu)形式河套灌區(qū)的骨干渠道斷面較大，襯砌線路長(zhǎng)，邊界條件較復(fù)雜，在襯砌渠道的設(shè)計(jì)中應(yīng)首選防凍脹的結(jié)構(gòu)形式，尤其是在對(duì)襯砌面板的支撐方式上，應(yīng)選取能夠避免產(chǎn)生凍拔的齒墻形式。在永剛分干渠上的立式齒墻受渠底素土凍拔的影響，即使采取了保溫措施，仍有78cm的凍脹變形，而且齒墻的凍拔又影響到邊坡面板的變形。在楊家河干渠上試驗(yàn)的下臥式或平鋪

35、預(yù)制齒墻或上拉式倒掛齒墻，則可以避免或減輕基土對(duì)齒墻的凍拔，又可適應(yīng)渠道較大的沖淤變化，也可調(diào)整施工工序，縮短施工工期，可作為一種較為理想的防凍脹結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)方案。2防凍脹措施骨干渠道襯砌工程采用的防凍脹措施都是采用聚苯乙烯保溫板，其作用就是通過保溫板的熱阻，減小或消除基土的凍深，從而減小或消除凍脹變形量，而且具有導(dǎo)熱系數(shù)低、施工方便等特點(diǎn)。如果保溫板厚度設(shè)計(jì)偏大，就會(huì)增加工程的投資，造成不必要的浪費(fèi)；如果保溫板厚度設(shè)計(jì)偏小，就會(huì)影響防凍脹的效果，達(dá)不到防凍脹設(shè)計(jì)的目的。根據(jù)楊家河干渠、永剛分干渠試驗(yàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，保溫板厚度應(yīng)根據(jù)襯砌渠道的防凍脹設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及允許凍脹變形量，通過熱工計(jì)算來科學(xué)

36、地確定。對(duì)不同走向的渠道，按不同部位及坡向參照規(guī)范的要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)凍深的修正。從已完成的楊家河干渠及永濟(jì)干渠的襯砌工程來看，保溫板的厚度取值也是不同的，在相同的保溫材料，相同的保溫性能，渠道走向也基本相同的情況下，楊家河干渠保溫板最大厚度為8cm，永濟(jì)干渠保溫板最大厚度為12cm。對(duì)同一邊坡上、下部位保溫板厚度的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)襯砌渠道與地面、地下水埋深的關(guān)系，根據(jù)設(shè)計(jì)凍深結(jié)合凍脹量值，合理選擇保溫板變厚的位置及變厚差值，優(yōu)化保溫層的設(shè)計(jì)。在封頂板下水平鋪設(shè)的保溫板保護(hù)段的長(zhǎng)度應(yīng)大于1倍的凍深，達(dá)到水平保護(hù)段的規(guī)范要求。保溫板的鋪設(shè)應(yīng)分層錯(cuò)縫搭接，要避免因施工工藝不妥造成的冷縫，降低保溫的能力。3消除施工期凍融造成的影響受自然條件和春灌的影響，北方灌區(qū)的施工期受到很大的制約，往往在封凍前后一個(gè)月內(nèi)完成土方，翌年春解凍前完成面板的鋪設(shè)。在邊坡鋪設(shè)混凝土面板時(shí)，尚未完全解凍，當(dāng)基土解凍后，則會(huì)造成坡面的不均勻沉陷。因此，在邊坡混凝土面板鋪砌時(shí)，要合理地調(diào)整施工進(jìn)度，鋪設(shè)時(shí)間不宜太早。而且，鋪設(shè)面板時(shí)盡量先