當你來到青藏高原時，一定會在鐵路旁發(fā)現一個特別的現象，那就是路基兩旁時不時會閃過一排排齊刷刷插入地底的金屬管，這些金屬管被安裝在路面兩側，露出地面之上的部分長達兩米。它們是什么呢？

其實，這些金屬管的名字叫做熱棒，這些金屬管在內地很少見到，你可別小看它，它的作用可大著呢！它是用來給凍土降溫的。所謂凍土，就是指溫度低于0℃時水分凍結的土壤或疏松巖石。按凍融變化情況，凍土可以分成幾個類別，如季節(jié)凍土、隔年凍土和多年凍土。青藏高原由于海拔高氣溫低，凍土層分布很廣泛。我國北方和西部廣大地區(qū)都可見季節(jié)凍土和隔年凍土，而像黑龍江的北部和青藏高原、天山、阿爾泰山等高寒地區(qū)則是永久凍土的“領地”。隨著溫度的變化，土體會產生多次凍融和凍脹，這一過程容易造成土層結構破壞、地基承載力降低、邊坡失穩(wěn)等不良結果。

凍土的存在給青藏高原地區(qū)的道路基建帶來了極大的挑戰(zhàn)，當年在多年凍土地區(qū)修建青藏鐵路時，筑路技術問題就成為了一個大難題。因為凍土中含冰量很高，溫度升高后凍土會融化下沉，那么路基也跟著下沉；但是到冬天，氣溫降低后，路基一凍以后又要往上升，這種隨溫度變化而產生沉降的情況對鐵路來說也是一種危害。而且當表層凍土消融后會形成融沉湖，當它出現在鐵路的路基下面，很容易造成嚴重的災禍。為此，青藏鐵路的建設者們苦心研究，找到了給凍土降溫的方法，在路基沿線架設熱棒就是其中一個環(huán)節(jié)。熱棒是一種高約4米、內部中空、外部有散熱片的金屬柱子。它們的存在就像是一個個為地基準備的無需能源的“空調”。熱棒的根部有很多空心管通入路基之中，當路基受熱有水汽出現，這些水汽就會順著空心管道上升至熱棒中。再加上高原地區(qū)的氣溫低、風力大，寒冷的風吹過熱棒的散熱片后，就會把熱量帶走，水汽就此也降溫凝結。這樣一個環(huán)節(jié)走完，原本的熱量就不會在路基中積累，就能保持路基始終處在一個低溫狀態(tài)下。同時熱棒還能把低溫不斷地輸送給路基下的凍土，使凍土保持穩(wěn)定。凍土保持穩(wěn)定的狀態(tài)后，路基自然也不會因此產生升降，而是穩(wěn)穩(wěn)地成為道路的依托。

在給凍土降溫的整套措施中，除了熱棒以外，還有架設在不穩(wěn)定凍土區(qū)的高架橋、片石通風路基等。高架橋是當鐵路通過高含冰量凍土區(qū)和凍土濕地區(qū)域時，以橋梁替代路基的方法，讓鐵路與凍土隔離。如青藏鐵路的清水河大橋就是這樣一座特殊的橋梁。片石通風路基則是另一種充滿智慧的創(chuàng)造。從它的名字我們可以窺探到這種特殊路基的不少細節(jié)，如它是在凍土地面上用片石壘成的，片石的存在改變了凍土的不穩(wěn)定性，片石間的孔隙可以透過空氣，熱空氣上升，冷空氣下降，在冷氣流的保護下，凍土就會保持相對的穩(wěn)定。另一種通風管路基的設計原理也與此大同小異，當空氣在通風管內流動，帶走多余的熱量，保持了凍土層的低溫狀態(tài)，從而確保地基的穩(wěn)定性。

本文由中國人民大學附屬中學第二分校一級教師王和意進行科學性把關。


關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復【最新活動】，了解近期科普活動
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復【研學營】，了解最新科普研學營
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀鳥知識】，學習觀鳥相關科普知識
回復【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情