高原多年凍土地區(qū)路基施工及其質(zhì)量控制研究

陳水君

(新疆陸通交通建設(shè)有限責(zé)任公司)

1 多年凍土及其路基施工存在的主要問題

多年凍土，又稱為永久凍土，指的是持續(xù)三年或三年以上的凍結(jié)不融的土層。多年凍土主要分為兩層，上層是冬凍夏融的活動層，而下層是終年不融的多年凍結(jié)層。多年凍土是寒冷地區(qū)的產(chǎn)物，中國的凍土面積占世界第三位，在我國，多年凍土主要分布在青藏高原，東北大、小興安嶺和天山、阿爾泰山一帶。青藏高原的多年凍土區(qū)是世界上中低緯度地帶海拔最高、面積最大的多年凍土區(qū)。

地溫高、厚度薄、不穩(wěn)定是高原地區(qū)的多年凍土的主要特點(diǎn)，因此高原地區(qū)的多年凍土是極其復(fù)雜的。青藏公路病害的整治一直被視為世界性的難題，在高原地區(qū)，多年凍土路基施工的危害有許多種:一是熱融沉陷。在夏季，凍土層會隨著地溫的升高而不斷地出現(xiàn)局部融化，融化土層在自重和外在壓力的作用下，往往會產(chǎn)生地表下陷，從而導(dǎo)致路基發(fā)生不均勻的沉陷。二是熱融滑塌。由于多年凍土地區(qū)的層上水在凍結(jié)的過程中會形成厚層地下冰。而在厚層地下冰分布的斜坡，其凍土在融化后則會沿著斜坡向下滑移，從而形成熱融滑塌，可能導(dǎo)致路基被掩埋。三是凍脹。在寒冷的氣候條件下，土層里的水分會迅速地凍結(jié)成冰并膨脹起來。同時(shí)，周圍沒有凍結(jié)的下層水也會不斷地向凍結(jié)區(qū)流去，并在結(jié)冰后形成了更大的體積膨脹。水分、土質(zhì)、濕度、冰層的厚度等，都是影響凍脹的關(guān)鍵因素。除此之外，冰害、裂縫也是多年凍土地區(qū)路基病害的主要類型。總而言之，融沉與凍脹是多年凍土地區(qū)路基施工的兩大病害。融沉與凍脹會導(dǎo)致路基出現(xiàn)不均勻沉陷、翻漿，以及開裂與變形的現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了高原凍土地區(qū)的路基施工建設(shè)，使其公路在使用過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

2 高原多年凍土地區(qū)路基施工的質(zhì)量控制

(1)做好多年凍土路基施工設(shè)計(jì)。對于高原多年凍土地區(qū)的公路建設(shè)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)多年凍土的地質(zhì)特點(diǎn)做出有針對性的路基設(shè)計(jì)方案，盡可能減少多年凍土對路基施工的影響，這是加強(qiáng)其施工質(zhì)量控制的第一步。一方面，在選擇線路時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量避免通過多年凍土邊緣地帶，同時(shí)盡可能選擇平緩、向陽的地帶，選擇地質(zhì)良好的地段。對于不可避免的多年凍土地區(qū)的路基，還應(yīng)當(dāng)盡可能避免挖方，而采取填方通過的方式。另一方面，對于必須經(jīng)過的多年凍土地段，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，以明確多年凍土的類型、分布情況、凍土的上限與下限、地下水與地表水的水位與流向等等，為路基施工提供數(shù)據(jù)借鑒與依據(jù)。值得注意的是，在多年凍土路基施工設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)遵循一定的原則，分別根據(jù)不同的情況采取對多年凍土的保護(hù)或破壞措施。通常，對于凍土溫度低、厚層地下冰地段、飽冰凍土和富冰凍土且含水量大的地段，則根據(jù)保護(hù)多年凍土的原則進(jìn)行設(shè)計(jì);而對于凍土溫度高、含水量較小的富冰凍土地段、少冰凍土地段等則根據(jù)破壞多年凍土的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，對于熱融滑塌、熱融沉陷、冰錐、沼澤地段，還要特別注意其排水、保溫、填土等方面的設(shè)計(jì)工作。

(2)通過排水措施治理凍土地段的凍脹問題。對于多年凍土地段的凍脹問題，排水是一個(gè)必不可少的有效治理措施。具體來說，是要根據(jù)不同的水源特性，設(shè)置不同的排水系統(tǒng)。通過設(shè)置截水溝、排水溝、擋水堰等等，最終目的都是為了把影響路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的水排到路基的范圍之外，并降低路基的濕度，使其保持于干燥的狀態(tài)。當(dāng)路基處于多年凍土的富冰凍土地段時(shí)，則要通過排水系統(tǒng)盡可能保持周邊的凍土的凍結(jié)狀態(tài)。在高含冰量的凍土路段，要注意避免坡腳出現(xiàn)滯水、積水的現(xiàn)象，減輕路基土體在凍融過程中可能發(fā)生的各種物理力學(xué)反應(yīng)。而在少冰、多凍土地段，則嚴(yán)禁破壞土基的熱流平衡。還需要注意的是，排水溝與沼澤濕地地段的距離不應(yīng)小于8 cm，與坡腳間距離不應(yīng)小于2 m。而對于含土冰層與飽冰凍土地段，應(yīng)當(dāng)在距坡腳6 m外修筑擋水堰。如此，可以把兩側(cè)匯合的水流擋在路基的范圍之外，從而減輕了流水對熱量傳遞的影響，提高路基的穩(wěn)定性。

(3)通過保溫措施治理路基病害。熱融滑塌與熱融沉陷的路基病害，主要是由于地溫的變化而引起的。因此，通過各種保溫措施盡可能地把地溫保持在某一狀態(tài)，從而減少熱融沉陷與熱融滑塌現(xiàn)象的產(chǎn)生。首先，通過對多年凍土路基進(jìn)行片石保溫護(hù)道設(shè)置，減少熱量傳遞對凍土產(chǎn)生影響，以加強(qiáng)路基的穩(wěn)定性。而片石保溫護(hù)道在施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意先做好基底的處理，并根據(jù)要求搭接保溫板材料。基底的處理應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的基底情況實(shí)施不同的處理方案。保溫護(hù)道的填料可以采用粗顆粒土、細(xì)顆粒土、風(fēng)化碎石、泥炭土等保溫隔熱性能較好的粒土，若采用不同的填料時(shí)應(yīng)當(dāng)注意進(jìn)行分層填筑。草皮層和凍土塊不能作為填料進(jìn)行路基的填筑。接著，采用人工壓實(shí)的方式進(jìn)行逐層碾壓、反復(fù)碾壓，以確保保溫護(hù)道的壓實(shí)度。在碾壓時(shí)，還要注意控制含水量，其含水量不能超過最佳含水量的兩個(gè)百分點(diǎn)。其次，可以通過鋪設(shè)保溫板進(jìn)行保溫。即是通過在路基面上鋪設(shè)擠塑聚苯乙烯板，以阻斷外界對路基凍土的侵蝕，從而減少熱量對路基的影響。當(dāng)然，擠塑聚苯乙烯板的鋪設(shè)不僅要注意鋪設(shè)的時(shí)間，還要注意在上下墊層中采用不含雜質(zhì)的砂，上下墊層都應(yīng)當(dāng)平整堅(jiān)實(shí)。此外，可以通過熱棒技術(shù)來進(jìn)行路基的保溫。熱棒是一種單向傳熱的特殊熱導(dǎo)裝置，通過熱棒，熱量只能從地面上向外傳遞，而不能由外界向路基傳遞。如此一來，可以降低路基中的地溫，把熱量釋放到外界，進(jìn)而降低凍土的溫度，減少了凍土融化的現(xiàn)象。在熱棒的施工中，要保護(hù)好熱棒材料，通過成孔護(hù)壁措施鉆孔，并及時(shí)安裝熱棒、做好熱棒安裝后的保護(hù)工作。再次，可以通過設(shè)置遮陽板來進(jìn)行保溫。由于遮陽板具有較好的通風(fēng)性能，可以加強(qiáng)路堤的熱量的對流，從而減少由外界傳入路基中的熱量，提高路基的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

由此可見，高原地區(qū)的多年凍土地區(qū)路基施工一直是備受關(guān)注的技術(shù)性難題。對于多年凍土對路基施工所造成的病害，必須給予高度重視，根據(jù)多年凍土的物理特性、積極探討解決的施工對策。而實(shí)踐證明，通過做好多年凍土地區(qū)路基施工設(shè)計(jì)、通過排水、保溫等措施的治理工作，可以在很大程度上減輕多年凍土地區(qū)路基施工中出現(xiàn)的沉陷、開裂、變形等問題，并提高凍土地區(qū)路基的施工質(zhì)量，這對高原地區(qū)的公路建設(shè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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［2］ 劉戈，章金釗，吳青柏.青藏公路多年凍土區(qū)熱棒路基的設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.中外公路，2010，(6).

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