關(guān)于高寒地區(qū)永凍土路基和渠道修建的幾點(diǎn)思考

【摘要】筆者因長(zhǎng)年工作在高寒地區(qū)，且在黑龍江大興安嶺地區(qū)中俄管道漠大線(xiàn)林區(qū)伴行公路上打拼了五年，工作的需要和個(gè)人的愛(ài)好，自己漸漸地對(duì)高寒地區(qū)永凍土情況下施工作業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣并注意研究和揣摩，今天發(fā)表點(diǎn)自己幾年來(lái)通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐所感悟出來(lái)的見(jiàn)解，向各位老師請(qǐng)教，與各位同仁商榷。

【關(guān)鍵詞】高寒；凍土；危害；對(duì)策

一、黑龍江凍土概況

黑龍江省位于我國(guó)東北地區(qū)最北部，地處中高緯度寒冷地帶，長(zhǎng)年平均氣溫在-5°—4℃之間，最冷的1月份平均氣溫為-31℃—-15℃，極端最低氣溫可達(dá)-40℃— -50℃左右，全年凍結(jié)期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月之久，從土地角度觀察黑龍江季節(jié)凍深（H值），由南至北為1.5—3.0米，已觀測(cè)到的地表凍脹量（h值）高達(dá)55厘米，除大小興安嶺有多年凍土外，其它均為季節(jié)性?xún)鐾痢?/p>

漫長(zhǎng)而嚴(yán)寒的冬季造成的凍土，給在此情況下筑路、架橋和修渠帶來(lái)了新問(wèn)題，近20多年來(lái)，我國(guó)的凍土科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員，好多有智之師和有志之士，經(jīng)過(guò)多年不斷地研究實(shí)踐，制定并采用了“允許一定凍脹位移量”的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也就是在工程設(shè)計(jì)之初就肯定地考慮到凍土作業(yè)的特殊性，緊接著又在施工中明確提出了“適應(yīng)、消減和消除凍脹”的防治凍害的原則，這就給我們施工方指明了方向，明確了“定盤(pán)星”。

凍土是指在0℃或0℃以下含有冰的各種巖土和土壤，在《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（UTJ118—98）中，從土壤含水量和融沉系數(shù)將凍土分為五類(lèi)，分別為不融沉、弱融沉、融沉、強(qiáng)融沉、融陷。高寒地區(qū)建筑施工最大的毛病就是容易導(dǎo)致基礎(chǔ)融沉，塌陷和裂縫，嚴(yán)重影響著建筑物的使用壽命和高寒地區(qū)人們的正常生產(chǎn)和生活，也是擺在高寒地區(qū)施工者們面前必須解決和面對(duì)的嚴(yán)肅問(wèn)題。

二、凍土路基病害的成因及對(duì)策

高寒地區(qū)凍土路基出現(xiàn)的病害主要原因是由厚層地下冰融化而產(chǎn)生的融沉對(duì)凍土區(qū)路基變形和破壞。其常見(jiàn)的有路基融沉和路摹滑塌兩種現(xiàn)象。路基融沉也稱(chēng)融化下層，是指土中過(guò)剩冰融化所產(chǎn)生的水排出以及土體的融化固結(jié)引起的局部地面向下運(yùn)動(dòng)。是自然或人為因素改變了地商溫度狀況，引起季節(jié)融化，使地下冰或多年凍土層發(fā)生變化所致。路摹滑塌多發(fā)生在有厚層地下冰分布的斜坡上，它可以由工程施工挖方取土等人為活動(dòng)引起，也可以由自然因素如河流侵蝕坡腳，雨水過(guò)量沖刷，氣溫升高等引起，凍泥流和滑塌形成的稀泥物質(zhì)向下滑動(dòng)，有可能掩埋道路，壅堵橋涵，加速路基轉(zhuǎn)化和沉陷。

在高寒地區(qū)修路作業(yè)怎樣才能較好地做到抗凍防凍，古往今來(lái)無(wú)論是民間的還是官方的都有許多方法，那種方法最有效，至今還是全球從事高寒地區(qū)作業(yè)科研工作者們共同研究和篩選的課題，我只就我們常用的方法推介而言，一是凍土區(qū)路堤施工要對(duì)原始填料進(jìn)行粒徑級(jí)配篩分組，路基不同分別填筑不同粒徑級(jí)料；二是路基底層鋪設(shè)水平排水板，減少水分滲透，增大空隙性，充分運(yùn)用空隙隔熱作用，減少地表濕度向下傳遞，在路堤結(jié)構(gòu)中形成三種配層，即細(xì)、中、粗顆粒配層和水平板組成，三種配層按照從細(xì)到中再到粗往上填筑，從而阻止高溫下傳，確保永凍土不被破壞；三是在路堤邊坡外采用清表土以及設(shè)置棄土護(hù)坡道，更有效地從護(hù)坡上對(duì)路基以下凍土進(jìn)行保護(hù)，也能更好地減少水源對(duì)路基的侵害，四是在凍土區(qū)路塹塹頂加設(shè)擋水埝和U形防滲截水溝，可有效防止地表水或地下水對(duì)路塹邊坡及路基的損壞，必要時(shí)基底和邊坡采用換填保溫材料，根據(jù)永凍土的地段地質(zhì)，氣候條件和施工力量等情況，合理安排施工程序，最大可能減少凍土的暴露時(shí)間、減少對(duì)凍土的人為擾動(dòng)，充分利用凍土的強(qiáng)度，從而確保路基的硬度。五是采用新方法、應(yīng)用新材料。在高寒地區(qū)道路施工中，一開(kāi)始就要嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)，在施工手段，施工方法上就要事先考慮周全，盡可能采用新技術(shù)、新方法，應(yīng)用新材料，比如，路基開(kāi)挖回填碎石原土碾壓，并在基礎(chǔ)兩邊開(kāi)挖排水溝，在碾壓后的基礎(chǔ)上回填細(xì)沙，并在其上鋪設(shè)一層無(wú)紡布，在無(wú)紡布上再鋪設(shè)HDPE防滲膜，如果原土施工時(shí)含水量不是很高，可采用分層回填并撒生石灰碾壓的方式降低回填路基的含水量，當(dāng)碾壓到一定厚度，滿(mǎn)足有效承載力時(shí)，可將HDPE防滲膜包裹焊接，形成一層永久性含水承載力的支持層。如果地質(zhì)含水量較高的話(huà)，可以在回填時(shí)在路基里面預(yù)埋穿孔導(dǎo)盲排水管，采用分級(jí)回填碾壓，結(jié)合真空降壓抽取回填土中的水分，使回填土保持在較理想的含水量范圍，并密封保持。六是當(dāng)采用一種抗凍措施不能解決凍害問(wèn)題時(shí)，可將幾種措施綜合在一起，達(dá)到徹底消除凍害的目的，如在混凝土板下加復(fù)合土工膜，膜下加墊層，這種剛?cè)峤Y(jié)合的復(fù)合型結(jié)構(gòu)形式，目前在高寒地區(qū)防治道路和渠道凍害中收到了良好的效果。

三、幾點(diǎn)體會(huì)及環(huán)境保護(hù)

高寒地區(qū)凍土是一種含凍土壤，對(duì)濕度極為敏感的土體介質(zhì)，因此，凍土具有流變性，其長(zhǎng)期的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于瞬時(shí)間的強(qiáng)度，正是由于這些特征，在凍土區(qū)修筑工程，其構(gòu)筑物必須面臨兩大危險(xiǎn)；即凍脹和融沉。凍脹是指當(dāng)?shù)鼗翆觾鼋Y(jié)，體積膨脹，建筑物和外部荷載不能克服地基土層凍結(jié)膨脹力時(shí)，基礎(chǔ)便會(huì)抬起，由于各側(cè)基礎(chǔ)受力不同，建筑物就要產(chǎn)生裂縫、傾斜，甚至倒塌。融沉是指隨著凍土區(qū)溫度周期性發(fā)生正負(fù)變化，凍土層上面解凍時(shí)，融水使主要由細(xì)粒土組成的表層物質(zhì)，達(dá)到飽和或過(guò)度飽和狀態(tài)，從而使上層土層具有一定的可塑性，在重力的作用下，沿著融凍界面向下緩緩移動(dòng)，承載力下降、變形等嚴(yán)重的問(wèn)題出現(xiàn)，危害結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定等等。這些是我在實(shí)際工作中到處都能體會(huì)到，也是體會(huì)最多和最深的問(wèn)題。另外，在多年凍土區(qū)施工中，除了要保證所修建的路質(zhì)量好的同時(shí)，還應(yīng)盡量注意對(duì)環(huán)境的保護(hù)，有時(shí)甚至保護(hù)生態(tài)環(huán)境重于修路，大家都知道，多年凍土區(qū)植被脆弱，一旦遭到破壞，很難恢復(fù)，將加劇該地區(qū)環(huán)境的荒漠化，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及當(dāng)?shù)厝嗣裆钤斐刹焕绊?，路得修好，環(huán)境也得保護(hù)好，取得修路、環(huán)境雙豐收的最佳效果。