G219線新藏公路凍土路段公路養(yǎng)護施工技術探討

趙杰

【摘 要】多年凍土地區(qū)的路基變形問題，特別是高溫多年凍土區(qū)的公路路基熱融下沉問題，時至今尚未徹底解決的一大難題。本文通過對新藏公路凍土路段施工養(yǎng)護總結，以及參考相關文獻，使我們了解到在多年凍土區(qū)建設公路，所采取的相應措施。

【關鍵詞】新藏公路；凍土路段；公路養(yǎng)護

我國多年凍土的分布面積約為215萬平方公里，占國土面積的21.5%，位居世界第三。在凍土區(qū)的活動層中，每年都發(fā)生著季節(jié)凍結和融化，這給凍土區(qū)的公路修筑養(yǎng)護帶來了一系列的工程技術難題。新藏公路是新疆與西藏兩個自治區(qū)的唯一干線，平均海報超過4000米。我們總隊四支隊承擔著新藏公路2080公里的養(yǎng)護任務，有380公里路段穿越多年凍土區(qū)，其中少冰—多冰凍土路段長10.7km；富冰類凍土路段長60.4km；飽冰凍土路段長40.8km；含土冰層及厚層地下冰類凍土路段長8.9km。結合多年養(yǎng)護經(jīng)驗以及相關參考文獻，本文對多年凍土路基的施工和養(yǎng)護進行了總結。

一、多年凍土地區(qū)路基主要病害與特征

經(jīng)過對多年凍土地區(qū)公路病害的現(xiàn)場調(diào)查、勘探與現(xiàn)場實體觀測資料表明，多年凍土區(qū)的路基變形是以沉降變形為主，凍土路基下多年凍土的融化使路基產(chǎn)生不均勻下沉，這類熱融沉陷變形占路基病害路段的80%以上。路基病害的主要表現(xiàn)形式為，路基的橫向傾斜變形，陽坡路基變形過大而引起的縱向裂縫與路基開裂，縱向凹陷與波浪沉陷。路基病害主要發(fā)生在高含冰量凍土地段。

凍土路基變形特征與多年凍土的構造類型、多年凍土工程地質(zhì)條件、年平均地溫以及他們在沿線的平均分布是密不可分的。多年凍土退化過程中，多年凍土融化引起的路基變形，在含土冰層與飽冰厚層地下冰段變形最大，少冰與多冰凍土最小，富冰凍土介于兩者之間，不同地質(zhì)條件下，以亞粘土、亞砂土等細顆粒為主的地段由于高含冰量凍土發(fā)育產(chǎn)生的融沉量最大，導致的路基變形嚴重，以礫石、碎石等粗顆粒為主的地段，由于高含冰量凍土較難發(fā)育，融沉量小，路基相對穩(wěn)定。不同年平均地溫情況下，在高溫凍土區(qū)，高含冰量的地段路基變形量最大，在地溫凍土區(qū)，路基相對穩(wěn)定，路基變形量也較小。由于多年凍土中含冰條件在平面和垂直方向的分布呈不均勻性，融沉系數(shù)產(chǎn)生較大的差異，導致路基無論是縱向還是橫向亦均發(fā)生極不均勻變形，具體表現(xiàn)為：

1.不均勻沉降較輕的路段，主要為路基整體下沉，路面基本平整。病害多發(fā)生在多冰凍土或少冰凍土地區(qū)，或高含冰量凍土但年平均地溫低于-1.5℃的多年凍土穩(wěn)定區(qū)。

2.不均勻沉降嚴重的路段，路基局部凹陷，造成路面的波浪起伏，在十幾米路基范圍內(nèi)波峰和波谷的高差可達0.3～0.5米，有的甚至超過0.5米，病害主要發(fā)生在凍土年平均地溫高于-1.5℃的高含冰量多年凍土區(qū)。

3.個別地段，在高含冰量凍土的迅速退化中，造成幾米范圍內(nèi)的路面高差達到0.5米以上，病害主要發(fā)生在高含冰量多年凍土極不穩(wěn)定區(qū)。

4.由于路基的不均勻沉降，造成沿線路基數(shù)毫米寬縱向裂縫，以及寬度為數(shù)厘米的縱向開裂；橫斷面方向路肩或邊坡滑塌。病害主要發(fā)生在路基兩側積水或地表潮濕的個別地段。

二、多年凍土地區(qū)路基病害的主要原因

多年凍土路基病害的原因是復雜的、多方面的，但究其根本原因是由于修筑路基，加鋪黑色路面等工程因素改變了多年凍土的生存環(huán)境而引發(fā)的。根據(jù)病害特征，多年凍土對路基病害的原因分為三大類：一是融化夾層（盤）是形成高溫高含冰量路段路基病害的主要原因；二是低溫區(qū)高路基內(nèi)的凍結核也有產(chǎn)生路基病害的可能；三是修筑路基在路基兩側就近取土使凍土環(huán)境惡化，加速了路基病害的產(chǎn)生與發(fā)展。

三、調(diào)控多年凍土路基穩(wěn)定性的工程措施

（一）保溫隔熱層路基

從調(diào)控熱傳導角度出發(fā)，以減少傳入路基土體的熱量，來實現(xiàn)調(diào)整路基熱狀況為目的。保溫隔熱路基就是利用工業(yè)材料，在不過多加高路堤的情況下，增大路基熱阻、較少大氣（太陽）熱量傳入路基下的一種路基結構形式。它可以起到保護凍土延緩凍土退化的作用。

（二）碎塊石路基

對于青藏、新藏公路高原、高溫高含冰量多年凍土和氣候變暖等問題，采用傳統(tǒng)路基結構將很難保證凍土路堤的安全和穩(wěn)定，需要采取積極保護凍土、主動冷卻地基的地溫調(diào)控新技術。其中，用碎石作為路基填料，基于多孔介質(zhì)中空氣自然對流原理，利用天然冷源使碎石路基溫度場持續(xù)降低，從而達到多年凍土區(qū)路基穩(wěn)定，是一種值得推廣的有效措施。

（三）熱棒路基

2002-2004年青藏公路整治工程、2009-2012年新藏公路新疆段改建工程，在部分沉降變形和縱向裂縫較為嚴重的路段采用設置熱棒回凍凍土路基，主要起到兩個方面的作用。

1.冷卻地基。凍土路基在多年的運營過程中，在以黑色路面的吸收為主導因素的多種外在因素影響下路基已形成融化盤，由于路基陰陽面的吸熱不均，融化盤向陽坡偏移，導致了路基的縱向開裂。利用熱棒制冷技術，使上限回升，以達到治理路基縱向裂縫的問題，同時防止凍土上限的進一步下移，減少路基沉降變形。

2.提高凍土上限。防止路測凍結層上水分向路基下遷移。由于凍土路基下形成了融化盤，導致路基側的凍結層上水分向路基下遷移，一方面降低了路基基礎的強度，另一方面凍結層上水帶來的熱量加速了路基下凍土上限的下移，造成路基下沉。熱棒制冷可使上限回升，阻止凍結層上水的運移，以達到保護凍土，促進路基穩(wěn)定的目的。經(jīng)過幾年的運營觀察，路基穩(wěn)定，無明顯沉降，路面平整，無明顯縱、橫向裂縫，邊坡基本穩(wěn)定，平整，車輛行駛平穩(wěn)。

（四）遮陽板路基

2003年，青藏公路在北麓河修筑了遮陽板試驗段，2006年，青藏鐵路在烽火山地區(qū)修筑了遮陽板路基試驗工程。遮陽板技術是一種積極主動點的保護凍土的工程措施，在有明顯陰陽坡面的路段，由于路基吸熱不均，融化盤向陽面偏移，導致了路基縱向裂縫的發(fā)生，利用遮陽板路基能有效降低蓬下溫度這一特點，在路基吸熱量較多的一側設置遮陽板，一方面，它阻止了太陽隊路基邊坡的直接輻射，明顯減少路基吸收的太陽輻射，降低路堤的溫度，以達到保護凍土路基的目的。另一方面，它避雨，切斷了路基邊坡的雨水補給，減少或阻隔了融化潛熱的雨水下滲路基，減弱了因垂直滲流而加速下步凍結層融化的趨勢。對于降低路基體溫度，減少路基體下凍土的融化量，治理由于融化盤偏移引起的縱向裂縫嚴重路段起到非常好的作用，從而有效保護并加強了多年凍土路基。

四、多年凍土地區(qū)公路施工養(yǎng)護技術要點

（一）填料的選擇與路基借土

在多年凍土區(qū)路段，路基填料選擇一定要慎重，如果單純從保溫性能考慮，則黏性土較好，砂性土次之，砂礫石土較差。但綜合分析氣候、水文、工程質(zhì)量、保通以及工程造價等各類條件，填料應有一個合理選擇，即為增大熱阻保護凍土宜選擇導熱系數(shù)小的黏性土，為了主動冷卻路基增強氣冷效果宜選用一定粒徑范圍內(nèi)的碎石填筑，并保證邊界開放有利于對流發(fā)生等。總之，要考慮各種控制因素，合理有效地選擇填料，對填料的相關指標要有具體限定，不適宜的填料要嚴格禁用。用粗粒土作填料，施工季節(jié)不受限制，用細粒土作填料應在春融后進行，填土質(zhì)量及壓實標準均應符合有關規(guī)定。

在融沉和強融沉多年凍土分布地段填筑路基時，如果路基位于傾斜地形上，取土坑只允許設在路基上側山坡，取土坑與路基坡腳間天然護坡道的寬度不得小于100米，在地面橫坡不明顯的平坦地段，可在路基兩側取土，其天然護坡道的寬度仍不得小于200米，含土冰層、厚層地下冰凍土分布地段，不得在路基兩側取土。

（二）施工季節(jié)的選擇

多年凍土區(qū)修筑和提高路基的施工季節(jié)根據(jù)氣溫可分為寒季（10月中下旬至翌年3月下旬）和暖季（4月上旬至10月中旬）。夏季施工條件較好，施工效率較高，工程質(zhì)量較易控制，多年凍土區(qū)的道路工程一般都在夏季進行。但夏季施工也存在著明顯的缺點，由于夏季雨雪相對較多，路基填土質(zhì)量較難控制，填土的蓄熱對保護凍土十分不利。當夏季施工的路基高度超過一定值時，還會在路基內(nèi)形成殘留融土核，易導致路基路面產(chǎn)生變形和下沉。冬季施工條件較差，施工效率較低，路基填土呈凍結狀態(tài)，質(zhì)量很難控制。在一些極不穩(wěn)定的多年凍土區(qū)，在預先備好較干燥填料的條件下，寒季施工反而較好，可使土體層在施工過程中得到預冷，這對保護凍土極為有利。因此，合理選擇施工季節(jié)對凍土路基工程非常重要。

五、結束語

多年凍土地區(qū)的路基變形問題，特別是高溫多年凍土區(qū)的公路路基熱融下沉問題，時至今尚未徹底解決的一大難題。本文通過對新藏公路凍土路段施工養(yǎng)護總結，以及參考相關文獻，使我們了解到在多年凍土區(qū)建設公路，所采取的相應措施。這些措施可以有效延長公路的使用年限，很大程度上減少公路的病害。但在養(yǎng)護施工中要根據(jù)氣候、光照、水文等際情況采用不同的方法。這樣才能減少對凍土的擾動，確保路基穩(wěn)定，確保行車的安全和舒適。