G219線新藏公路凍土路段公路養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)探討

趙杰

【摘 要】多年凍土地區(qū)的路基變形問(wèn)題，特別是高溫多年凍土區(qū)的公路路基熱融下沉問(wèn)題，時(shí)至今尚未徹底解決的一大難題。本文通過(guò)對(duì)新藏公路凍土路段施工養(yǎng)護(hù)總結(jié)，以及參考相關(guān)文獻(xiàn)，使我們了解到在多年凍土區(qū)建設(shè)公路，所采取的相應(yīng)措施。

【關(guān)鍵詞】新藏公路；凍土路段；公路養(yǎng)護(hù)

我國(guó)多年凍土的分布面積約為215萬(wàn)平方公里，占國(guó)土面積的21.5%，位居世界第三。在凍土區(qū)的活動(dòng)層中，每年都發(fā)生著季節(jié)凍結(jié)和融化，這給凍土區(qū)的公路修筑養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了一系列的工程技術(shù)難題。新藏公路是新疆與西藏兩個(gè)自治區(qū)的唯一干線，平均海報(bào)超過(guò)4000米。我們總隊(duì)四支隊(duì)承擔(dān)著新藏公路2080公里的養(yǎng)護(hù)任務(wù)，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(zhǎng)10.7km；富冰類(lèi)凍土路段長(zhǎng)60.4km；飽冰凍土路段長(zhǎng)40.8km；含土冰層及厚層地下冰類(lèi)凍土路段長(zhǎng)8.9km。結(jié)合多年養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)參考文獻(xiàn)，本文對(duì)多年凍土路基的施工和養(yǎng)護(hù)進(jìn)行了總結(jié)。

一、多年凍土地區(qū)路基主要病害與特征

經(jīng)過(guò)對(duì)多年凍土地區(qū)公路病害的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、勘探與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體觀測(cè)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(lèi)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(yáng)坡路基變形過(guò)大而引起的縱向裂縫與路基開(kāi)裂，縱向凹陷與波浪沉陷。路基病害主要發(fā)生在高含冰量?jī)鐾恋囟巍?/p>

凍土路基變形特征與多年凍土的構(gòu)造類(lèi)型、多年凍土工程地質(zhì)條件、年平均地溫以及他們?cè)谘鼐€的平均分布是密不可分的。多年凍土退化過(guò)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(xì)顆粒為主的地段由于高含冰量?jī)鐾涟l(fā)育產(chǎn)生的融沉量最大，導(dǎo)致的路基變形嚴(yán)重，以礫石、碎石等粗顆粒為主的地段，由于高含冰量?jī)鐾凛^難發(fā)育，融沉量小，路基相對(duì)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(duì)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(dǎo)致路基無(wú)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?jī)鐾恋昶骄販氐陀?1.5℃的多年凍土穩(wěn)定區(qū)。

2.不均勻沉降嚴(yán)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(dá)0.3～0.5米，有的甚至超過(guò)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(gè)別地段，在高含冰量?jī)鐾恋难杆偻嘶校斐蓭酌追秶鷥?nèi)的路面高差達(dá)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(kāi)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(cè)積水或地表潮濕的個(gè)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(fù)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(duì)路基病害的原因分為三大類(lèi)：一是融化夾層（盤(pán)）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(jié)核也有產(chǎn)生路基病害的可能；三是修筑路基在路基兩側(cè)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?zé)醾鲗?dǎo)角度出發(fā)，以減少傳入路基土體的熱量，來(lái)實(shí)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(guò)多加高路堤的情況下，增大路基熱阻、較少大氣（太陽(yáng)）熱量傳入路基下的一種路基結(jié)構(gòu)形式。它可以起到保護(hù)凍土延緩凍土退化的作用。

（二）碎塊石路基

對(duì)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(wèn)題，采用傳統(tǒng)路基結(jié)構(gòu)將很難保證凍土路堤的安全和穩(wěn)定，需要采取積極保護(hù)凍土、主動(dòng)冷卻地基的地溫調(diào)控新技術(shù)。其中，用碎石作為路基填料，基于多孔介質(zhì)中空氣自然對(duì)流原理，利用天然冷源使碎石路基溫度場(chǎng)持續(xù)降低，從而達(dá)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(yán)重的路段采用設(shè)置熱棒回凍凍土路基，主要起到兩個(gè)方面的作用。

1.冷卻地基。凍土路基在多年的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，在以黑色路面的吸收為主導(dǎo)因素的多種外在因素影響下路基已形成融化盤(pán)，由于路基陰陽(yáng)面的吸熱不均，融化盤(pán)向陽(yáng)坡偏移，導(dǎo)致了路基的縱向開(kāi)裂。利用熱棒制冷技術(shù)，使上限回升，以達(dá)到治理路基縱向裂縫的問(wèn)題，同時(shí)防止凍土上限的進(jìn)一步下移，減少路基沉降變形。

2.提高凍土上限。防止路測(cè)凍結(jié)層上水分向路基下遷移。由于凍土路基下形成了融化盤(pán)，導(dǎo)致路基側(cè)的凍結(jié)層上水分向路基下遷移，一方面降低了路基基礎(chǔ)的強(qiáng)度，另一方面凍結(jié)層上水帶來(lái)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(jié)層上水的運(yùn)移，以達(dá)到保護(hù)凍土，促進(jìn)路基穩(wěn)定的目的。經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)營(yíng)觀察，路基穩(wěn)定，無(wú)明顯沉降，路面平整，無(wú)明顯縱、橫向裂縫，邊坡基本穩(wěn)定，平整，車(chē)輛行駛平穩(wěn)。

（四）遮陽(yáng)板路基

2003年，青藏公路在北麓河修筑了遮陽(yáng)板試驗(yàn)段，2006年，青藏鐵路在烽火山地區(qū)修筑了遮陽(yáng)板路基試驗(yàn)工程。遮陽(yáng)板技術(shù)是一種積極主動(dòng)點(diǎn)的保護(hù)凍土的工程措施，在有明顯陰陽(yáng)坡面的路段，由于路基吸熱不均，融化盤(pán)向陽(yáng)面偏移，導(dǎo)致了路基縱向裂縫的發(fā)生，利用遮陽(yáng)板路基能有效降低蓬下溫度這一特點(diǎn)，在路基吸熱量較多的一側(cè)設(shè)置遮陽(yáng)板，一方面，它阻止了太陽(yáng)隊(duì)路基邊坡的直接輻射，明顯減少路基吸收的太陽(yáng)輻射，降低路堤的溫度，以達(dá)到保護(hù)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(bǔ)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(jié)層融化的趨勢(shì)。對(duì)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(pán)偏移引起的縱向裂縫嚴(yán)重路段起到非常好的作用，從而有效保護(hù)并加強(qiáng)了多年凍土路基。

四、多年凍土地區(qū)公路施工養(yǎng)護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

（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(jià)等各類(lèi)條件，填料應(yīng)有一個(gè)合理選擇，即為增大熱阻保護(hù)凍土宜選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的黏性土，為了主動(dòng)冷卻路基增強(qiáng)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(kāi)放有利于對(duì)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(duì)填料的相關(guān)指標(biāo)要有具體限定，不適宜的填料要嚴(yán)格禁用。用粗粒土作填料，施工季節(jié)不受限制，用細(xì)粒土作填料應(yīng)在春融后進(jìn)行，填土質(zhì)量及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)均應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

在融沉和強(qiáng)融沉多年凍土分布地段填筑路基時(shí)，如果路基位于傾斜地形上，取土坑只允許設(shè)在路基上側(cè)山坡，取土坑與路基坡腳間天然護(hù)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(cè)取土，其天然護(hù)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(cè)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(jìn)行。但夏季施工也存在著明顯的缺點(diǎn)，由于夏季雨雪相對(duì)較多，路基填土質(zhì)量較難控制，填土的蓄熱對(duì)保護(hù)凍土十分不利。當(dāng)夏季施工的路基高度超過(guò)一定值時(shí)，還會(huì)在路基內(nèi)形成殘留融土核，易導(dǎo)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(jié)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(yù)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(guò)程中得到預(yù)冷，這對(duì)保護(hù)凍土極為有利。因此，合理選擇施工季節(jié)對(duì)凍土路基工程非常重要。

五、結(jié)束語(yǔ)

多年凍土地區(qū)的路基變形問(wèn)題，特別是高溫多年凍土區(qū)的公路路基熱融下沉問(wèn)題，時(shí)至今尚未徹底解決的一大難題。本文通過(guò)對(duì)新藏公路凍土路段施工養(yǎng)護(hù)總結(jié)，以及參考相關(guān)文獻(xiàn)，使我們了解到在多年凍土區(qū)建設(shè)公路，所采取的相應(yīng)措施。這些措施可以有效延長(zhǎng)公路的使用年限，很大程度上減少公路的病害。但在養(yǎng)護(hù)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(duì)凍土的擾動(dòng)，確保路基穩(wěn)定，確保行車(chē)的安全和舒適。