高原多年冻土地区路基施工及其质量控制研究

陈水君

(新疆陆通交通建设有限责任公司)

1 多年冻土及其路基施工存在的主要问题

多年冻土，又称为永久冻土，指的是持续三年或三年以上的冻结不融的土层。多年冻土主要分为两层，上层是冬冻夏融的活动层，而下层是终年不融的多年冻结层。多年冻土是寒冷地区的产物，中国的冻土面积占世界第三位，在我国，多年冻土主要分布在青藏高原，东北大、小兴安岭和天山、阿尔泰山一带。青藏高原的多年冻土区是世界上中低纬度地带海拔最高、面积最大的多年冻土区。

地温高、厚度薄、不稳定是高原地区的多年冻土的主要特点，因此高原地区的多年冻土是极其复杂的。青藏公路病害的整治一直被视为世界性的难题，在高原地区，多年冻土路基施工的危害有许多种:一是热融沉陷。在夏季，冻土层会随着地温的升高而不断地出现局部融化，融化土层在自重和外在压力的作用下，往往会产生地表下陷，从而导致路基发生不均匀的沉陷。二是热融滑塌。由于多年冻土地区的层上水在冻结的过程中会形成厚层地下冰。而在厚层地下冰分布的斜坡，其冻土在融化后则会沿着斜坡向下滑移，从而形成热融滑塌，可能导致路基被掩埋。三是冻胀。在寒冷的气候条件下，土层里的水分会迅速地冻结成冰并膨胀起来。同时，周围没有冻结的下层水也会不断地向冻结区流去，并在结冰后形成了更大的体积膨胀。水分、土质、湿度、冰层的厚度等，都是影响冻胀的关键因素。除此之外，冰害、裂缝也是多年冻土地区路基病害的主要类型。总而言之，融沉与冻胀是多年冻土地区路基施工的两大病害。融沉与冻胀会导致路基出现不均匀沉陷、翻浆，以及开裂与变形的现象，严重阻碍了高原冻土地区的路基施工建设，使其公路在使用过程中出现严重的质量问题。

2 高原多年冻土地区路基施工的质量控制

(1)做好多年冻土路基施工设计。对于高原多年冻土地区的公路建设，应当根据多年冻土的地质特点做出有针对性的路基设计方案，尽可能减少多年冻土对路基施工的影响，这是加强其施工质量控制的第一步。一方面，在选择线路时应当尽量避免通过多年冻土边缘地带，同时尽可能选择平缓、向阳的地带，选择地质良好的地段。对于不可避免的多年冻土地区的路基，还应当尽可能避免挖方，而采取填方通过的方式。另一方面，对于必须经过的多年冻土地段，应当进行详细的调查，以明确多年冻土的类型、分布情况、冻土的上限与下限、地下水与地表水的水位与流向等等，为路基施工提供数据借鉴与依据。值得注意的是，在多年冻土路基施工设计中，应当遵循一定的原则，分别根据不同的情况采取对多年冻土的保护或破坏措施。通常，对于冻土温度低、厚层地下冰地段、饱冰冻土和富冰冻土且含水量大的地段，则根据保护多年冻土的原则进行设计;而对于冻土温度高、含水量较小的富冰冻土地段、少冰冻土地段等则根据破坏多年冻土的原则进行设计。另外，对于热融滑塌、热融沉陷、冰锥、沼泽地段，还要特别注意其排水、保温、填土等方面的设计工作。

(2)通过排水措施治理冻土地段的冻胀问题。对于多年冻土地段的冻胀问题，排水是一个必不可少的有效治理措施。具体来说，是要根据不同的水源特性，设置不同的排水系统。通过设置截水沟、排水沟、挡水堰等等，最终目的都是为了把影响路基强度和稳定性的水排到路基的范围之外，并降低路基的湿度，使其保持于干燥的状态。当路基处于多年冻土的富冰冻土地段时，则要通过排水系统尽可能保持周边的冻土的冻结状态。在高含冰量的冻土路段，要注意避免坡脚出现滞水、积水的现象，减轻路基土体在冻融过程中可能发生的各种物理力学反应。而在少冰、多冻土地段，则严禁破坏土基的热流平衡。还需要注意的是，排水沟与沼泽湿地地段的距离不应小于8 cm，与坡脚间距离不应小于2 m。而对于含土冰层与饱冰冻土地段，应当在距坡脚6 m外修筑挡水堰。如此，可以把两侧汇合的水流挡在路基的范围之外，从而减轻了流水对热量传递的影响，提高路基的稳定性。

(3)通过保温措施治理路基病害。热融滑塌与热融沉陷的路基病害，主要是由于地温的变化而引起的。因此，通过各种保温措施尽可能地把地温保持在某一状态，从而减少热融沉陷与热融滑塌现象的产生。首先，通过对多年冻土路基进行片石保温护道设置，减少热量传递对冻土产生影响，以加强路基的稳定性。而片石保温护道在施工时，应当注意先做好基底的处理，并根据要求搭接保温板材料。基底的处理应当根据不同的基底情况实施不同的处理方案。保温护道的填料可以采用粗颗粒土、细颗粒土、风化碎石、泥炭土等保温隔热性能较好的粒土，若采用不同的填料时应当注意进行分层填筑。草皮层和冻土块不能作为填料进行路基的填筑。接着，采用人工压实的方式进行逐层碾压、反复碾压，以确保保温护道的压实度。在碾压时，还要注意控制含水量，其含水量不能超过最佳含水量的两个百分点。其次，可以通过铺设保温板进行保温。即是通过在路基面上铺设挤塑聚苯乙烯板，以阻断外界对路基冻土的侵蚀，从而减少热量对路基的影响。当然，挤塑聚苯乙烯板的铺设不仅要注意铺设的时间，还要注意在上下垫层中采用不含杂质的砂，上下垫层都应当平整坚实。此外，可以通过热棒技术来进行路基的保温。热棒是一种单向传热的特殊热导装置，通过热棒，热量只能从地面上向外传递，而不能由外界向路基传递。如此一来，可以降低路基中的地温，把热量释放到外界，进而降低冻土的温度，减少了冻土融化的现象。在热棒的施工中，要保护好热棒材料，通过成孔护壁措施钻孔，并及时安装热棒、做好热棒安装后的保护工作。再次，可以通过设置遮阳板来进行保温。由于遮阳板具有较好的通风性能，可以加强路堤的热量的对流，从而减少由外界传入路基中的热量，提高路基的稳定性。

3 结语

由此可见，高原地区的多年冻土地区路基施工一直是备受关注的技术性难题。对于多年冻土对路基施工所造成的病害，必须给予高度重视，根据多年冻土的物理特性、积极探讨解决的施工对策。而实践证明，通过做好多年冻土地区路基施工设计、通过排水、保温等措施的治理工作，可以在很大程度上减轻多年冻土地区路基施工中出现的沉陷、开裂、变形等问题，并提高冻土地区路基的施工质量，这对高原地区的公路建设具有重大的现实意义。

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