高原多年凍土地區路基施工及其質量控制研究

陳水君

(新疆陸通交通建設有限責任公司)

1 多年凍土及其路基施工存在的主要問題

多年凍土，又稱為永久凍土，指的是持續三年或三年以上的凍結不融的土層。多年凍土主要分為兩層，上層是冬凍夏融的活動層，而下層是終年不融的多年凍結層。多年凍土是寒冷地區的產物，中國的凍土面積占世界第三位，在我國，多年凍土主要分布在青藏高原，東北大、小興安嶺和天山、阿爾泰山一帶。青藏高原的多年凍土區是世界上中低緯度地帶海拔最高、面積最大的多年凍土區。

地溫高、厚度薄、不穩定是高原地區的多年凍土的主要特點，因此高原地區的多年凍土是極其復雜的。青藏公路病害的整治一直被視為世界性的難題，在高原地區，多年凍土路基施工的危害有許多種:一是熱融沉陷。在夏季，凍土層會隨著地溫的升高而不斷地出現局部融化，融化土層在自重和外在壓力的作用下，往往會產生地表下陷，從而導致路基發生不均勻的沉陷。二是熱融滑塌。由于多年凍土地區的層上水在凍結的過程中會形成厚層地下冰。而在厚層地下冰分布的斜坡，其凍土在融化后則會沿著斜坡向下滑移，從而形成熱融滑塌，可能導致路基被掩埋。三是凍脹。在寒冷的氣候條件下，土層里的水分會迅速地凍結成冰并膨脹起來。同時，周圍沒有凍結的下層水也會不斷地向凍結區流去，并在結冰后形成了更大的體積膨脹。水分、土質、濕度、冰層的厚度等，都是影響凍脹的關鍵因素。除此之外，冰害、裂縫也是多年凍土地區路基病害的主要類型。總而言之，融沉與凍脹是多年凍土地區路基施工的兩大病害。融沉與凍脹會導致路基出現不均勻沉陷、翻漿，以及開裂與變形的現象，嚴重阻礙了高原凍土地區的路基施工建設，使其公路在使用過程中出現嚴重的質量問題。

2 高原多年凍土地區路基施工的質量控制

(1)做好多年凍土路基施工設計。對于高原多年凍土地區的公路建設，應當根據多年凍土的地質特點做出有針對性的路基設計方案，盡可能減少多年凍土對路基施工的影響，這是加強其施工質量控制的第一步。一方面，在選擇線路時應當盡量避免通過多年凍土邊緣地帶，同時盡可能選擇平緩、向陽的地帶，選擇地質良好的地段。對于不可避免的多年凍土地區的路基，還應當盡可能避免挖方，而采取填方通過的方式。另一方面，對于必須經過的多年凍土地段，應當進行詳細的調查，以明確多年凍土的類型、分布情況、凍土的上限與下限、地下水與地表水的水位與流向等等，為路基施工提供數據借鑒與依據。值得注意的是，在多年凍土路基施工設計中，應當遵循一定的原則，分別根據不同的情況采取對多年凍土的保護或破壞措施。通常，對于凍土溫度低、厚層地下冰地段、飽冰凍土和富冰凍土且含水量大的地段，則根據保護多年凍土的原則進行設計;而對于凍土溫度高、含水量較小的富冰凍土地段、少冰凍土地段等則根據破壞多年凍土的原則進行設計。另外，對于熱融滑塌、熱融沉陷、冰錐、沼澤地段，還要特別注意其排水、保溫、填土等方面的設計工作。

(2)通過排水措施治理凍土地段的凍脹問題。對于多年凍土地段的凍脹問題，排水是一個必不可少的有效治理措施。具體來說，是要根據不同的水源特性，設置不同的排水系統。通過設置截水溝、排水溝、擋水堰等等，最終目的都是為了把影響路基強度和穩定性的水排到路基的范圍之外，并降低路基的濕度，使其保持于干燥的狀態。當路基處于多年凍土的富冰凍土地段時，則要通過排水系統盡可能保持周邊的凍土的凍結狀態。在高含冰量的凍土路段，要注意避免坡腳出現滯水、積水的現象，減輕路基土體在凍融過程中可能發生的各種物理力學反應。而在少冰、多凍土地段，則嚴禁破壞土基的熱流平衡。還需要注意的是，排水溝與沼澤濕地地段的距離不應小于8 cm，與坡腳間距離不應小于2 m。而對于含土冰層與飽冰凍土地段，應當在距坡腳6 m外修筑擋水堰。如此，可以把兩側匯合的水流擋在路基的范圍之外，從而減輕了流水對熱量傳遞的影響，提高路基的穩定性。

(3)通過保溫措施治理路基病害。熱融滑塌與熱融沉陷的路基病害，主要是由于地溫的變化而引起的。因此，通過各種保溫措施盡可能地把地溫保持在某一狀態，從而減少熱融沉陷與熱融滑塌現象的產生。首先，通過對多年凍土路基進行片石保溫護道設置，減少熱量傳遞對凍土產生影響，以加強路基的穩定性。而片石保溫護道在施工時，應當注意先做好基底的處理，并根據要求搭接保溫板材料。基底的處理應當根據不同的基底情況實施不同的處理方案。保溫護道的填料可以采用粗顆粒土、細顆粒土、風化碎石、泥炭土等保溫隔熱性能較好的粒土，若采用不同的填料時應當注意進行分層填筑。草皮層和凍土塊不能作為填料進行路基的填筑。接著，采用人工壓實的方式進行逐層碾壓、反復碾壓，以確保保溫護道的壓實度。在碾壓時，還要注意控制含水量，其含水量不能超過最佳含水量的兩個百分點。其次，可以通過鋪設保溫板進行保溫。即是通過在路基面上鋪設擠塑聚苯乙烯板，以阻斷外界對路基凍土的侵蝕，從而減少熱量對路基的影響。當然，擠塑聚苯乙烯板的鋪設不僅要注意鋪設的時間，還要注意在上下墊層中采用不含雜質的砂，上下墊層都應當平整堅實。此外，可以通過熱棒技術來進行路基的保溫。熱棒是一種單向傳熱的特殊熱導裝置，通過熱棒，熱量只能從地面上向外傳遞，而不能由外界向路基傳遞。如此一來，可以降低路基中的地溫，把熱量釋放到外界，進而降低凍土的溫度，減少了凍土融化的現象。在熱棒的施工中，要保護好熱棒材料，通過成孔護壁措施鉆孔，并及時安裝熱棒、做好熱棒安裝后的保護工作。再次，可以通過設置遮陽板來進行保溫。由于遮陽板具有較好的通風性能，可以加強路堤的熱量的對流，從而減少由外界傳入路基中的熱量，提高路基的穩定性。

3 結語

由此可見，高原地區的多年凍土地區路基施工一直是備受關注的技術性難題。對于多年凍土對路基施工所造成的病害，必須給予高度重視，根據多年凍土的物理特性、積極探討解決的施工對策。而實踐證明，通過做好多年凍土地區路基施工設計、通過排水、保溫等措施的治理工作，可以在很大程度上減輕多年凍土地區路基施工中出現的沉陷、開裂、變形等問題，并提高凍土地區路基的施工質量，這對高原地區的公路建設具有重大的現實意義。

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