多年冻土地区公路修筑技术研究

摘要：由于多年冻土的存在，给公路工程建设造成了很大了影响，路基路面的热稳性是目前研究的重点。本文首先对冻土的分布与多年冻土本身引起的路基病害及主要原因进行分析，并对多年冻土区公路修筑技术的发展方向进行研究，提出多年冻土地区公路修筑技术的有关新研究课题。

关键词：多年冻土；公路修筑；施工质量

中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：

多年冻土对公路修筑造成了很大的影响，冻土造成的主要病害是冻胀翻浆与热融沉陷，这不但使建筑工程的价格变大了，而且对工程的使用寿命与效果造成了很大影响。本文以青藏公路为例，青藏工程是世界冻土工程的宝贵财富，在改建工程与整治方面，也是目前冻土地区修筑技术方面的最大的实验工程。但是基于对冻土与工程相互影响，以及冻土内在规律的认识，多年冻土地区公路建设还存在很多问题尚待解决。

一、冻土分布

全球冻土的面积对陆地面积已经达到了25%，冻土在全球的分布面积已达到了3500×104 km2。而我国的冻土面积就占了215×104 km2 ，占我国总面积的22.3%，在世界上排名第三，主要是以青藏高原高海拔冻土为主，在我国占据了大部分地区，多大70%，在全球冻土界具有无可替代的地位。

青藏高原在世界上的海拔是最高的，在全球范围内的冻土区面积也是最大的，约为150×104km2，冻土区域海拔均达到了4000m。而高原冻土的特点之一就是具有多样性: 低温、高温与冻土都分布有，尤其是高温冻土所占面积最广；冻土的分布有着明显的地带性，同时也具有经纬度分布的特点。不管是高温冻土还是中低温冻土找目前形势看都处于退化之中，冻土地带温度上升、厚度也相应的变薄、分布面积逐步在缩小；而生态环境的破坏却比较严重，尤其是工程环境，对冻土的稳定性造成了很大的影响，从而使冻土环境变得不稳定，最终产生工程病害[1]。

二、多年冻土本身引起的路基病害及主要原因

1.多年冻土本身引起的路基病害

路基病害主要是由以下几种方式存在，纵向凹陷与波浪沉陷，由于阳坡路基变形过大，从而使路基与纵向裂缝之间开裂，路基的横向倾斜变形。冻土地段的路基病害的分布区域主要是高含冰量地带。具体表现为:

(1)有些个别区域在高含冰量冻土地带中的迅速退化，造成周围范围内的路面相比其他地区要高出0.5m。路基病害的发生多年冻土地带的高含冰量地区相当不稳定。

(2)不均匀沉降较轻的路段，路面基本平整，而路基是整体下沉。路基病害一般发生在少冰冻土或多冰冻土地区；再或者是有着高含冰量冻土的地区地带，一般这些地方的平均地温都在-1.5o℃的多年冻土稳定区。

(3)不均匀沉降严重的路段，路基局部凹陷，造成路面的波浪起伏，在周围的路基范围内，高低的差距可达0.3-0.5m，甚至已经超过了0.5m。路基病害的发生主要是在高含冰量多年冻土区、冻土年平均地温高于-1.5oC的地区。

(4)由于路基的不均匀沉降，导致纵向裂缝与以宽度为数厘米的纵向开裂；公路横断面方向边坡或路肩坍塌等。病害主要发生在路基两侧积水或地表潮湿的个别地段[2]。

2.多年冻土地区低路基病害的主要原因

由于青藏高原的高地势，其辐射平衡值、阳光总辐射量都是比较大的，修筑以黑色为主的沥青路面，可以有效的增加冻土路基对太阳辐射的吸收率。但是沥青路面不能很好的实现蒸发功能，不能有效释放产生的蒸发耗热，影响冻土和大气之间的热量交换。在低路路基，如果阴阳坡面的影响较小，路基内融化盘相对于路中线较为对称，融化盘的最大深度出现在路基中心，这时路基病害常表现为路基整体下沉、路基中心凹陷。

3.多年冻土地区高路基病害的主要原因

3.1高温多年冻土区高路基病害的主要原因

当临界高度比路基高度大时，受到阴阳坡面的相关影响，路基会形成非对称性融化盘。这种不对称一般表现为左侧路基下融化盘厚度较右侧大。在两侧路基下融化盘厚度差异较小的情况下，较易形成路基的整体倾斜变形，反之当融化盘厚度差异较大的时候，则很可能形成路基(肩)或边坡的纵向裂缝与滑塌。

3.2低温多年冻土区高路基病害的主要原因

在低温冻土区，虽然在施工期间，路基内也会形成融化夹层，但由于多年冻土地温较低，有足够的冷能使融化夹层在年内冻结，人为上限逐渐稳定于路基下最大冻结深度处。当路基高度大于临界高度时，路中人为上限有一定的抬升，但坡脚人为上限(尤其是阳坡坡脚)则有所下降，路基内形成“凸”形冻结核。

三、多年冻土区公路修筑技术的新课题

经过几十年的努力，我国多年冻土地区公路科技研究取得了较大的进步，特别是青藏公路多年冻土的研究取得的进步比较大。但是尚存在很多问题，有待进一步研究，尤其是多年冻土地区路面路基热稳性的问题与青藏公路的路基纵向裂缝问题，尽管在总长度中缝长度所占比例比较小，而由于冻土地区严重的裂缝高温已经严重影响了公路的质量。

综合考虑我国多年冻土地区公路修筑技术的研究现状，主要可从以下几个方面开展研究:

(1) 重视多年冻土环境对多年冻土地区公路修筑造成的影响，李祝龙等学者也对环境与青藏公路的相互影响关系进行了探讨，目前由于多年冻土地区的水土流失现象比较严重，导致存在着严重的冻融侵蚀，而青藏公路有些地方如红梁河地区，还存在比较严重的的风蚀现象，人为作用如弃土、开挖、填方、公路取土等破坏植物的现象常有发生，常此以往，很容易造成水土流失。因此，多年冻土地区的环境保护除了对冻土、空气、水资源、植被等进行保护外，应进行较好的水土保护[3]。

(2)对多年冻土地区公路路面路基修筑技术进行研究，包括对多年冻土地区路基稳定性研究、路基温度场的研究、新材料尤其是新型保温隔热材料的相关研究与技术引用、公路桥涵结构以及基础研究、新型功能性路面结构研究与应用，在对冻土地温和气温的相互关系研究的基础之上，基本能够掌握多年冻土路面路基的热稳定情况。

(3)在进行大规模普查的基础上，掌握冻土地区公路修筑状况以及冻土工程地质相关问题，并建立有效的冻土地区公路有关的管理网络与地理信息系统。由于人类活动的不利影响，全球气温上升，对多年冻土造成了很大的影响，就目前来看，多年冻土的退化是越来越严重，而公路路基下的冻土退化速度是最为迅速的，由此带来了一系列的新的公路病害。所以，目前我国的重点应是多年冻土公路工程管理网络和信息系统的建立以及完善，最终能够很好的实现冻土地区公路工程的使用情况的动态监控，提出有针对性的改善意见。

四、结论

多年冻土形成以及筑路工程的影响，加上全球温度升高，伴随着研究的不断进步和成功经验，对多年冻土地区修筑技术及公路路基病害的了解程度也不断上升。目前，西部大开发正在如火如荼的发展中，对青藏高原高速公路的修筑也已经开始着手，但是高原多年冻土地区需要较高的公路修筑技术，其公路与冻土的相互作用与现有的青藏公路和铁路截然不同，对多年冻土地区的公路技术修筑进行前期研究很有必要。

参考文献

[1] 汪双杰，陈建兵，李仙虎.多年冻土地区公路修筑技术研究与工程实践[J]. 冰川冻土，2009（02）.

[2] 汪双杰，李祝龙.中国多年冻土地区公路修筑技术研究[J].公路交通科技，2008（01）.

[3] 汪双杰, 陈建兵, 章金钊, 李祝龙.青藏高原多年冻土区公路修筑技术之进展[J].2009（01）