黑龍江省多年凍土的分布、類型及工程特性

車殿國

（黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江哈爾濱 150080）

橋梁工程

黑龍江省多年凍土的分布、類型及工程特性

車殿國

（黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江哈爾濱 150080）

多年凍土對工程建設和使用影響是廣泛和長期的，本文通過近20年在黑龍江省范圍內所收集整理的凍土資料，對黑龍江省多年凍土的分布、類型及工程特性、治理措施進行了總結，以期在今后的工程建設中發揮一定的作用。

多年凍土；類型；分布；地基基礎；設計原則；工程措施

1　黑龍江省多年凍土的分布特征

通過近20年來對全省公路勘察資料的收集整理，確定了我省行政區劃內存在多年凍土的區域主要有伊春市管轄行政區、黑河市管轄行政區以及大興安嶺地區。從緯度上看主要分布在北緯47°10以北的地區，屬于低海拔、高緯度多年凍土。近年來隨著全球氣溫的升高多年凍土分布逐漸北移，同時伴隨著人類活動影響，同時通過近20年來的對比研究，緯度較低區域中的多年凍土大多經歷了較為強烈的退化過程，局部區域已退化殆盡。

在伊春市及黑河市所轄區域內，多以零星或島狀分布為特點，其中孫吳至黑河一帶、昆侖氣林場至北安一帶以及鐵力市二股林場至伊春市區一帶以零星分布為特點，多分布于山間溝谷之中，呈條帶型展布，地貌類型以塔頭濕地為代表；伊春至嘉蔭區域則以島狀分布為特點，地貌類型既有溝谷的塔頭濕地，也有低山慢坡的針葉林及白樺林。而在大興安嶺地區則以島狀融區多年凍土為特征，在地貌類型上表現為低濕山間平原以及被大片針葉林所覆蓋的背陰坡區域。

具體體現在以北安至黑河高速公路、伊春至綏化高速公路及伊春至北安高速公路為代表的沿線區域內表現為多年凍土厚度小、溫度高、退化殆盡為特征；以伊春至嘉蔭公路沿線區域多為小范圍島狀分布、凍土厚度不大、溫度較高為特征；以塔河至漠河公路沿線地帶為代表的區域則以島狀融區多年凍土為特征，凍土溫度低、厚度大，隨地表植被破壞程度不同及河流分布不同而形成眾多島狀融區。

多年凍土區地表地貌形態主要特點：塔頭沼澤，這類地貌區，往往分布于山間溝谷、平原區，地表覆蓋有厚度較大的草炭、腐殖質成分，猶如厚厚的棉被，阻擋了輻射溫度的傳遞，使得凍土得以保存下來；山坡坡地，地表植被以典型的喜冷植物如白樺林、落葉松等為主，植被生長緩慢，主干多彎曲，根系平鋪，入地深度不大，易被大風吹倒。

2　黑龍江省多年凍土類型及工程特性

2.1本省多年凍土類型

依據近20年對我省國省道主干線的地質調查結論，我省境內的多年凍土大都呈零星或島狀分布，大片連續區域的分布少見，且多數多年凍土處于加速退化階段。依據含冰特征分類，我省多年凍土種類齊全，即包括：少冰凍土、多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層，局部見有純冰層。從凍土成分上看，黏性土、砂礫、碎（卵）石居多，部分地區凍土深度達基巖層。

2.2多年凍土工程特性

在島狀多年凍土區進行工程建設，首先要查明多年凍土的分布范圍，凍土上（下）限深度，凍土類型、物質成分、凍土構造類型；其次要測試多年凍土的年平均地溫Tcp、總含水率W、塑限Wp以及融化下沉系數δ0等物理特征、熱學特征，依據表1判定其融沉性分級；第三要查明地表水及地下水的貯運條件，凍土現象類型、特征、發育規律及其對工程的影響與危害；最后對多年凍土工程地質條件作出評價，預測工程建設及運營期間凍土——工程——環境條件的變化，提出合理的措施與建議。

表1　多年凍土的融沉性分級表

續表1

土的名稱總含水率w／%平均融沉系數δ0／%融沉等級融沉類別不融沉17≤w＜211＜δ0≤3Ⅱ弱融沉21≤w＜323＜δ0≤10Ⅲ融沉w≥3210＜δ0≤25Ⅳw＜17δ0≤1Ⅰ粉土強融沉w＜Wpδ0≤1Ⅰ黏性土強融沉含土冰層w≥Wp+35δ0＞25Ⅴ不融沉Wp≤w＜Wp+41＜δ0≤3Ⅱ弱融沉Wp+4≤w＜Wp+153＜δ0≤10Ⅲ融沉Wp+15≤w＜Wp+3510＜δ0≤25Ⅳ融陷

我省多年凍土在地域分布上以大小興安嶺為界，分布于小興安嶺區域內的多年凍土（伊春及黑河行政區內），受氣候、人類活動影響劇烈，局部退化殆盡，以零星分布于溝谷中為特點，多屬高溫（＞-1.5℃）凍土，在工程建設的影響下會加劇凍土的融化下沉，屬于融沉-融陷，工程性質不穩定；而分布于大興安嶺區域內的凍土，多以島狀融區為特征，地表植被保護相對較好，凍土溫度低（＜-1.5℃），工程性質相對穩定，但當受到工程建設的擾動后也會發生局部的融沉，特別是對上部的富冰凍土、飽冰凍土，因此在基礎工程建設中也要采取相應的措施。

2.3凍土地基的設計原則及常用工程措施

凍土地基的設計原則依據凍土特征及上部結構、用途的不同，總體上說分保護凍土與破壞凍土（預融）兩大原則。保護凍土主要針對低溫凍土，采用“制冷、阻熱、減少輻射、增加對流、主動保護、積極預防”的方針，對厚度大的高溫凍土則采取控制融化速率的辦法；破壞凍土則是對那些埋藏淺、溫度高、厚度不大的凍土而言，采取預融、清除等辦法。此外還有綜合治理的措施，一般是病害比較嚴重的區域，如設置防水系統，排水系統，以復合地基為代表的碎石樁、砂樁、CFG樁等在許多工程上也得到了廣泛的使用。

3　結束語

（1）隨著我省經濟建設不斷發展的需要，寒區的開發建設已勢在必行；全球性氣候變暖也已是不爭的事實，多年凍土退化日趨嚴重，而且多年凍土在空間分布上也存在著極其復雜的各向異性。加強對多年凍土基礎的勘探與研究，是開發建設廣大寒區的需要。

（2）我省小興安嶺地區（包括伊春市、黑河市所轄地域）分布的多年島狀凍土，近20年來有大規模退化之勢，且多屬于高溫凍土，其物理力學性質有強烈的不穩定性，對工程建設極為不利。因此在本區域內島狀凍土上建設的工程項目應對多年凍土有更清晰的認識，提出更有效的工程措施，確保各項工程基礎的穩定。

（3）分布于大興安嶺地區的多年凍土也有退化跡象，但分布范圍廣，多屬高-低溫凍土，工程性質相對穩定，如何做好保護、治理措施，是巖土工作者下一步工作的重點。

（4）目前工程上所采用的設計原則、治理措施是否有效，在目前已建成項目的使用過程中會不斷得到印證，值得我們去做更多的總結與探討。

［1］ 工程地質手冊（第四版）［M］.中國建筑工業出版社.

［2］ 凍土工程地質勘察規范（GB50324-2013）［S］.

［3］ 劉世偉，張建明.高溫凍土物理力學特性研究現狀［J］.冰川凍土，2012，34（1）.

U416.1

C

1008-3383（2016）10-0082-02

2015-02-12

車殿國（1969-），男，高級工程師。