多年凍土地區道路施工簡析

摘要：通過對凍土地區公路的病害特征及原因分析，提出了解決多年凍土的工程及施工技術措施。

關鍵詞：道路 凍土 公路 病害

在凍土地區修筑公路，由于凍土土質、溫度、水及荷載的作用引起應力場的變化和重新分布，從而導致所修筑的路基、路面凍脹、翻漿、融沉;橋涵凍脹隆起和融化下沉、墻身開裂甚至錯位等病害。如何避免凍土地區公路發生病害，一直是高寒凍土區筑路科技工作者探索和研究的課題。

1、多年凍土地區在我國的分布范圍

我國高緯度多年凍土主要集中分布在大小興安嶺，面積為38～39萬平方公里;高海拔多年凍土分布在青藏高原、阿爾泰山、天山、祁連山、橫斷山、喜馬拉雅山以及東部某些山地，如長白山、五臺山等地。凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質，含有豐富的地下冰，水分產生遷移并具有相變變化特征，因此，凍土具有流變性，其長期強度遠低于瞬時強度特征，并具有融化下沉性和凍脹性。這些特性造成了凍土區修筑工程構筑物時，面臨的兩大工程問題:融沉和凍脹。路基、橋涵、隧道等都會受到這兩大工程問題的困擾。

2、凍土融沉與凍脹

“融沉”是指由于在多年凍土區修建的公路、橋涵等結構物改變了該地區的凍土環境，在溫度升高的時候，凍土就會融化下沉，使其上面的路基、橋涵結構物也隨之發生不均勻沉降，從而使結構物產生裂縫，影響其使用性能。比如說青藏公路自修建以后，經過了多次的改建，路面結構由砂礫路面改成了瀝青路面。由于瀝青路面的地表反射率比砂石路面減少15%～20%，而對太陽輻射的吸收率增加了20%，同時由于瀝青路面結構的不透水性，阻礙了地表面的蒸發過程，使產生的蒸發潛熱不能通過瀝青路面表面散出，造成了瀝青路面強烈的吸熱作用，從而影響了凍土與大氣之間的熱量交換。而凍脹與融沉恰恰相反?！皟雒洝笔侵冈诙鞙囟冉档偷臅r候，凍土體積發生劇烈的膨脹，從而把它上邊的結構物頂起，因此在凍土上修建的建筑物常常產生裂縫。

3、凍土地區公路的病害特征及原因分析

3.1翻漿。在高寒凍土地區，由于在土壤凍結過程中匯聚了過多的水分，且土質

狀態不好，到春暖化凍時水分不能及時排出，從而造成土基軟弱，強度降低。在車輛荷載的作用下，路面發生彈簧、裂紋、鼓包、車轍、唧泥等現象，稱為翻漿。

3.2凍脹。高寒不良土質中所含的水分在負溫下結晶，生成各種形狀的冰侵入體

而導致土體積的增大。其主要表現是土層表面不均勻的升高。凍脹土與結構物基礎之間主要產生凍結力和凍脹力(分為切向凍脹力、法向凍脹力、凍脹反力)。凍脹本身不僅引起道路破壞，還可引起橋梁、涵洞基礎的凍害，特別對早期所修建的尤為突出。主要表現為橋梁墩、柱基礎凍脹隆起，融化下沉，臺身在切向凍脹力和法向凍脹力共同作用下出現裂縫，甚至墩(臺)基礎整體上抬或傾斜。涵洞凍害主要表現為洞身的凍脹隆起和融化下沉，端墻及八字翼墻圬工開裂及涵洞管節的錯位和脫離。

3.3融沉。在多年凍土地區，由于地下冰層埋藏較淺，在施工及運營過程中各種

因素使多年凍土局部融化，上覆土層在土體自重和外力作用下產生沉陷，從而造成路基嚴重變形。主要表現為路基下沉，路堤向陽側路肩及邊坡開裂、下滑，路塹邊坡溜塌等。融沉病害多發生在低路堤地段。

3.4其他病害。除了以上幾種常見凍害外，還有冰丘、冰錐、延流冰等，也容易

使路面產生縱向裂縫、橫向裂縫和網裂等。

4、解決多年凍土的工程措施

合理控制路基高度，用天然土保溫，是保護凍土最有效、最經濟的方法，可普遍采用。在路基埋設工業保溫層，埋設5～10厘米保溫板效果良好。埋設通風管，就是在路堤中埋設直徑30厘米左右的金屬或混凝土橫向通風管，可以有效降低路基溫度。采用拋石路基，即用碎塊石填筑路基，利用填石路基的通風透氣性，隔阻熱空氣下移，同時吸入冷量，起到保護凍土的作用?！耙詷虼贰?，工程效果有保證，但造價高。橋涵工程采用樁基礎，滿足防凍的要求。充分考慮凍融作用對隧道結構的影響，控制隧道開挖施工的環境溫度，減少圍巖凍融圈范圍。采用合理的襯砌斷面形式和鋼筋混凝土襯砌結構，設置隔熱保溫層，減少圍巖的熱交換，減輕凍脹作用對襯砌的影響。按寒區隧道特點設置防排水系統，有效防止地下水的危害。建立完善的排水設施，防止地下冰融化導致的路基下沉。在各類凍土地區都必須加強對凍土的環境保護，對取棄土場、路基填筑方式等制定嚴格的技術要求。

在設計階段，根據不同的工程地質條件，土建工程應根據不同情況，采取相應的不同設計原則:在年平均地溫較低的穩定型多年凍土區應采取保持地基凍結狀態的設計原則;在年平均地溫較高、含冰量較少、基沉降量可以得到有效控制的地段，采用施工及運營期允許融化的原則;在極不穩定的凍土地段，可采用鋪設保溫層、通風路基、清除富冰凍土、熱樁、以橋代路等綜合技術措施;在不融沉或弱融沉的少冰凍土、多冰凍土地區可采取不考慮建筑物熱力影響的常規設計方法;在各類凍土地區都必須加強對凍土的環境保護，對取棄土場、路基填筑方式等制定嚴格的技術要求。

5、施工技術措施

5.1天然土保溫。適當提高路基填土高度，用天然土保溫，這種方法價格低廉，可普遍采用。青藏公路多年實踐經驗表明，在多年凍土年平均地溫低于-115℃時，采用加高路基方法就可保證路基穩定。而高于-115℃的地區，多年凍土路基僅采用加高路基的方法是不能保證路基穩定的，因為高路堤填筑后，由于左右路肩、邊坡的太陽輻射、地表湍流等地表與大氣之間的熱交換條件不同，使得路基的陽面地溫明顯高于陰面，因此陽面的融沉就大于陰面的融沉，出現路基陽面下沉、滑溜的現象。

5.2主動降溫技術。采取主動降溫技術、減少傳入地基土的熱量、保證多年凍土

的熱穩定性，從而保證修筑在上面的工程質量的穩定性。主動降溫技術有很多，應根據凍土狀況的不同采取不同的工程措施。

6、結束語

凍土對于公路工程有著相當大的影響，我國又是一個凍土大國。今后，我們還要在凍土地區修建越來越多的公路、鐵路、管線等，這就要求我們科技工作者必須要對凍土開展持續不懈的研究，找出更加合理經濟的解決辦法。當然，各個措施并不是孤立的，我們常常是將多項措施同時使用來解決一個具體的工程問題。

參考文獻：

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