利用热棒技术处理冻土地基

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利用热棒技术处理冻土地基

作者：菅志伟

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第12期

【摘要】随着青藏铁路多年冻土区大量采用热棒加固路基，热棒技术是公认的节能环保的地基处理技术，在冻土区地基处理中的应用越来越受到关注。本文首先讨论了冻土的分类及典型灾害，然后对热棒技术的应用历史及原理进行了分析，最后介绍了热棒技术在青藏铁路中的应用。

【关键词】热棒；冻土地基；地基处理

1、引言

冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土体或岩石，是广泛分布在地球表层的一种低温地质体。它一般由固相矿物颗粒，固相冰，液相未冻水，气相的水汽和空气等四相体系组成[1]。冻土是一种对温度十分敏感且性质不稳定的土体。正是由于冻土的这种特殊性，使冻土地区的地基主要存在着以下两个方面的病害：季节融化层的冻胀与热融沉陷，这两种病害严重影响和制约着工程建设与发展[2]。

2、热棒技术的应用历史及原理

热棒技术是60年代初发展起来的一种广泛用于土木工程中的、无需外加动力的冷冻技术，它实际上是一种无蕊重力式热棒。热棒在寒区基础工程中的应用，解决了基础冻胀、融沉等热力过程中的许多工程问题，保障了多年冻土地基的稳定。在管线工程、桥涵、道路路基、机场跑道、通讯输电线塔以及港口工程中，热棒也被用来冷却地基，防止冻胀和融沉，增加地基强度，保证冻土地基的稳定[3]。

热棒是无源冷却系统中热量传输效率最高的一种装置。它是一种直立气液两相对流循环的单向传热系统，由一根密封的钢管组成，里面充有工质，如：氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等，一般采用液氨作为工质。管的下端为蒸发段（吸热段），上端为冷凝段（放热段），根据实际工程要求，在两段中间可布置绝热段，制造时管内抽真空并充入适量的液氨后密封，使用时热量从热源通过吸热段管壁传给液氨，液氨在蒸发段内蒸发，蒸汽从蒸发段流到冷凝段，并在冷凝段内凝结，热量通过放热段管壁传给冷源，冷凝段凝结的液氨靠重力返回吸热段。通过以上循环，热源热量源源不断地流向冷源。由于管内液氨需靠重力循环，所以该元件使用时只能是热源在下端、冷源在上端，即传热具有单向性，不可逆向传热[3]。

在寒季，由于空气温度低于多年冻土的温度，蒸发器中液体工作介质吸收多年冻土中的热量而蒸发，蒸汽在管内压差的驱动下沿热棒中心通道向上流动至冷凝器，与相对温度较低的冷

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