淺談多年凍土地區特殊路基處理措施

孫寶君

(1.黑龍江省龍建路橋第三工程有限公司;2.北黑高速公路A5標段)

淺談多年凍土地區特殊路基處理措施

孫寶君1，2

(1.黑龍江省龍建路橋第三工程有限公司;2.北黑高速公路A5標段)

多年凍土地區修筑公路遇到的道路病害主要為融沉和凍脹，闡述了針對多年凍土，目前國內外現存的一些處理措施和適用性。

多年凍土;路基穩定性;保溫板;熱棒技術

1 概述

隨著道路等級的提高，針對多年凍土的病害，尋求合理的處理方案，保證設計指標和標準是十分必要的。多年凍土的存在不僅給公路施工帶來影響，也會給施工后的路基穩定和公路正常使用帶來極大的危害。

在多年凍土上修筑路基，在填土的自重作用下，基底植被和土層受到壓縮，路基填土與原地層的物理、熱物理性質和含水量的不同以及日照、蒸發、冷凝等條件的改變，使路基在修筑前后的周圍環境與地基土之間的熱交換發生了很大變化，其結果就引起原天然上限發生變化。上限附近凍土就會融化，最終使路基出現融沉，路面遭受不同程度的損壞。

針對多年凍土地區的路基病害，我國的科研人員根據實際情況，采取了許多行之有效的工程措施，最初的方法是加高路基高度，曾被認為是一種行之有效的方法而被廣泛使用，這樣雖然增加了熱阻，但經過實踐檢驗，路基下的凍土還是出現了融化，人為上限下降出現了路基病害。

2 破壞形式

縱向裂縫、熱融沉陷、凍脹翻漿是多年凍土地區路基病害的主要形式。根據路基對陰陽坡效應的影響程度，多年凍土區填土路基病害可分為低路基病害和高路基病害。多年凍土段路基病害現象主要體現為多年凍土熱融沉陷后引起路基下沉、邊坡失穩、路面裂縫、斷裂，造成路面起伏和錯臺等。

3 處理措施

目前國內外對多年凍土區道路工程的處理措施主要分為保護多年凍土和破壞多年凍土(局部融化或限制融化速度)兩大類。對多冰凍土(弱融沉)或少冰凍土(不融沉)地段的路基可采取破壞多年凍土的措施;對富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層地段可采取保護凍土的措施。

目前工程上使用最多的技術措施有擠塑保溫板、熱棒技術、通風管路基、碎、片塊石路基、遮陽板路基等等。不同的技術措施的工作特性不同，對凍土路基的穩定效果也有所不同，所以應該因地制宜，根據凍土的分布特征、氣候特征、施工可行性、造價、路基的長期穩定性選擇具體的處理措施。

3.1 擠塑保溫板

(1)保溫板路基就是利用保溫板的保溫性能，在低路基路段阻止暖季大氣中的熱能傳入地基，造成凍土人為上限的下降。其可在設計使用年限內起到保護凍土延緩凍土退化的作用。

(2)保溫板主要適用于路基高度小于凍土最小設計高度或如滿足最小設計高度就會增加較高的工程造價時;路塹處或翻越埡口處需要進行換填保護下伏多年凍土的路段;同時對于凍土本身來說，保溫板適用于凍土埋藏較深，溫度較低，含冰量較大的路段。

3.2 熱棒技術

(1)熱棒是應用于鐵路和公路路基中，能夠在棒體上部環境溫度低于下部環境溫度時，將低處的熱能向上傳遞，同時高處的冷能向下傳遞的管體。一般由金屬管和工作介質組成。熱棒能夠源源不斷地循環往復地進行熱量傳遞，最終達到冷卻地基下凍土并使之保持凍結狀態的目的。

(2)熱棒技術適用于中高溫凍土區、凍土退化區，因為它能夠積極主動地冷卻路基，保持路基下伏凍土的凍結狀態，保護凍土路基的穩定，減少路基病害的發生。對于低溫凍土區熱棒也同樣適用，但可能會增加工程造價，所以低溫凍土區可考慮采用一些被動的保護措施，以減少工程造價。在工程實踐中，可根據實際情況，采用斜置熱棒、雙向熱棒等處理措施。因為這兩種方式較單棒直置的方式冷卻效果更好。當然主要還是要考慮工程造價情況酌情處理。

3.3 通風管路基

(1)通風管路基的工作機理是在暖季相對的冷空氣在管內，可起到增大路基阻隔大氣熱量傳入地基的作用，在寒季大氣中的冷空氣密度相對較大，在重力和風的作用下擠出管內熱空氣，同時冷卻管外路基。達到保護凍土穩定路基的目的。

(2)通風管路基適用于高溫、高含冰量、高路基的多年凍土區，在實際應用中還要考慮當地冬季季風的走向問題，路基走向與之垂直的效果最好。通風管適用性的另一個條件是當地空氣凍結指數絕對值遠大于融化指數。在工程實踐中，可利用人工輔助的方法，在月平均氣溫大于0℃時，封閉通風管管口，防止大氣中的熱空氣進入。此方法可降低地溫1.0℃左右，但養護費用也會相應增加。

4 碎石、片塊石路基

(1)由于碎石、片塊石路基具有一定的孔隙率，它的傳熱傳方式不同于普通的密實土體的熱傳導方式，它主要通過空氣的對流進行傳熱。對流的動力有風力和空氣的密度差，由風力引起的對流屬強制對流，由空氣密度差引起的對流屬自然對流。當孔隙率較大時，對流熱傳導成為主要的傳熱方式。在寒季由于大氣中的冷空氣密度較路基體內空氣大，于是冷空氣不斷置換路基內的熱空氣，起到冷卻路基的目的，從而保護了多年凍土，保證了路基的穩定。到了暖季由于大氣中的暖空氣密度小于路基中空氣密度，從而抑制了熱傳導，也起到了保護凍土的作用。

(2)碎石、片塊石路基適用于地下水豐富的凍土區，在治理凍土區路基病害方面，其優勢非常明顯。碎石、片塊石路基的使用還必須考慮當地石料的儲備情況，只有石料豐富的地區才適于采用此措施，因為它對石料的需求極大。

5 遮陽板路基

(1)遮陽板路基其工作機理就是通過設置遮陽板來阻止太陽輻射熱對路基的影響。一般在陰陽坡的陽面設置遮陽板，以減少陰陽面的溫度差異，同時遮陽板還能阻止雨水帶來的熱量進入路基內，造成路基病害。遮陽板要與路基邊坡保持一定距離，以保證路基邊坡原有的通風能力。遮陽板在防止路基病害，保證公路通行能力方面具有相當大的作用。

(2)遮陽板路基適用于太陽輻射較強的凍土地區，如我國的青藏高原。同時在陰陽坡的陽坡處設置遮陽板可防止融化盤產生偏移，防止路基不均勻沉降及縱向裂縫的病害。工程實踐證明，遮陽板能夠有效降低地溫，約降低5℃左右，可使人為上限升高0.5 m左右，對防治路基病害是十分有效的。

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