對凍土治理的研究與探討

李 濤

（中石油管道聯合有限公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅 蘭州 730070）

1 凍土概念簡述

1.1 凍土的定義。凍土是指在0℃以下，含有冰層的各種巖石和土壤。一般情況下可分為短時凍土（指凍土存在時常為數小時、數日或半月）、季節凍土（指凍土存在時常為半月至數月）和多年凍土（指凍土存在時常為數年至數萬年以上）。目前，地球上的短時凍土、季節凍土和多年凍土的面積約占全球陸地面積的50%左右，其中，多年凍土的面積最大，占全球陸地面積的25%左右，其中高原因其寒冷的氣溫，主要為多年凍土，凍土是對溫度極為敏感的介質，經過研究檢驗，其中含有豐富的地下冰，因此，也使凍土極具流變性和長期強度遠低于瞬時強度的特征。

1.2 凍土的形成。凍土主要由物理風化形成，且進程較緩慢，但在凍融交替時比較顯著，其生物分解和化學風化作用相當微弱，動圖中的元素遷移活動微弱，其中的粘粒含量較少，所以，凍土普遍存在粗骨性。另外，根據凍土中的各元素含量測算，可為工程基建提供數據支撐，例如：高山凍漠土的粘粒中，K2O化合物的含量很高，經測算，可達每千克凍土50g，此數據表明，凍土中的還未脫鉀，其土質處于初期風化階段。

因地球中的土壤內都含有水分，但水分的含量不同，當接觸溫度降低到零度或零度以下時，土壤中的水分就會凝結成冰，從而將土壤凍結，進而形成了凍土。經過研究，發現凍土的表層溫度是隨其凍土層的深度的增加而不斷降低的，但它存在一個臨界值，即其土壤層到達一定深度后，它的表層溫度就保持恒定，不再降低并常年保持，研究人員將溫度恒定的土壤層稱為恒溫層，由于該層再往下，會越來越接近地心，其溫度反而會逐漸升高，產生變化，不再恒定。

1.3 凍土的分類。根據科研人員的研究，凍土可因地理分布不同產生的成土過程的差異和診斷特征，主要可分為冰沼土和凍漠土兩大類。

目前，全球各界的凍土研究主要以“布里奇斯（英文名稱：E.M.Bridges WorldSoils）”的凍土研究材料歸納為以下三類：（1）極地荒漠土（英文名稱：Arcticdesertsoils），即原始冰沼土。它因地理分布不同，在美國，將此類凍土稱為典型冰凍潮濕新成土（英文名稱：Typiccryaquent），而聯合國的研究材料中顯示，該類凍土則被稱為冷凍粗骨土。（2）極地潛育土（英文名稱：Arcticgleysoils），即典型冰沼土。因各國的研究差異，在中國，它與典型冰潛育土是相同分類，而在美國的凍土研究分類中，稱為冷凍潮濕新成土（英文名稱：Cryaquents），其在聯合國的凍土分類中也有其固定名稱，為冷凍潛育土或冰凍有機土。（3）極地棕色土（英文名稱：Arcticbrownsoils），即灰化冰沼土。但根據美國的教材中名稱不同，將其稱為冷凍淡色始成土（英文名稱：Cryochrept），在聯合國的凍土研究中，材料顯示改分類被稱為冰凍始成土。

在中國，科研人員根據地里的差異和凍土表象，將凍漠土分為三個類別：（1）典型凍漠土（英文名稱：Typicfrozendesertsoils），具有凍漠土類較明顯的特征。（2）鹽化凍漠土（英文名稱：Salinizedfrozendesertsoils），該類凍漠土中存在較多鹽積特性。（3）龜裂凍漠土（英文名稱：Takyricfrozendesertsoils），此類凍漠土中存在較多的龜裂特征，在我國主要分布于西藏羌塘高原北部邊緣、帕米爾高原和昆侖山內部的山脈，海拔在4200m～4500m之間。

當氣候由寒轉暖時，根據凍土是否會產生融化現象，凍土又可分為季節凍土和多年凍土。當氣候轉暖時，會產生融化現象的凍土稱為為季節性凍土（英文名稱：seasonally frozen ground）。但有些凍土不會隨著氣候的轉暖而融化，因此，研究人員將兩年或者兩年以上保持凍結狀態的土壤稱為多年凍土（英文名稱：permafrost）。例如：我國的青藏高原，因高原氣候寒冷，常年溫度均保持在零度以下，所以，青藏高原上的凍土基本保持常年不融化，據數據表明，比較溫暖的氣候中，凍土只融化了表面的薄層，幾乎可以忽略。

2 凍土的危害

在研究中發現，凍土的土質及結構、水質、土壤溫度是產生凍害的三大主要因素，多年凍土層在土壤自重和外力的作用下，會產生沉降，造成地基被破壞的現象時有發生，例如：路肩及邊坡開裂、下滑、路塹邊坡溜坍等。三大因素的存在將導致凍土的凍脹和融沉，對公路、鐵路和工程基建的建設結構產生嚴重凍害，造成坍塌、傷人等事件。為避免出現此類事故，可從三大因素入手，破壞三大因素的組合，改善凍土環境，均可避免或減輕凍害。

3 凍土的治理研究

根據產生危害的三要素，研究人員發現，根據以下幾種措施，可改善凍土帶來的影響和減輕危害。

（1）采取額外措施。對凍土的土質進行改良，添加化學物質，加促分解，讓其完全融化，或者通過換填等措施使凍土消失，該類措施主要適用于南北界限或凍土島上。（2）不采取額外措施，例如：中國高山嶺地區，該地區的凍土較穩定，不易融化，土質較穩定，不易產生凍脹和融沉，不需采取額外措施。（3）保護凍土。適用于中國的大部分地區，根據凍土的嚴重程度不同，可分為主動保護措施和被動保護措施。其中，被動保護措施主要有：為凍土層加保溫板、抬高工程架構地基。主動保護措施有：石塊地基、遮陽棚、通風管地基、復合地基等。（4）對于特殊凍土區域的工程建設，需要采取特殊措施，例如：架設旱橋，適用于工程地質極為復雜的地區。（5）在我國的高山和中高山地帶，當其凍土溫度為-5.0℃～-1.5℃時，目前我國一般采用保護凍土的措施，按照“溫度存在上限不變和略有上升”的原則設計工程建筑的結構和地基，采取提高地基和在凍土表面設置隔熱層等措施。

結語

凍土是危害公路、鐵路、工程基建的主要危害之一，在我國尤其以高原地區較為嚴重，本文重點分析了凍土的形成及分類和其帶來的嚴重危害，并從產生危害的因素入手，對凍土區域的工程建設提出保護措施，推進凍土區域建設的發展。

[1]袁忠淮.我國東北寒區建筑中的凍土研究回顧[J].冰川凍土，1988（03）.