浅谈多年冻土地区特殊路基处理措施

孙宝君

(1.黑龙江省龙建路桥第三工程有限公司;2.北黑高速公路A5标段)

浅谈多年冻土地区特殊路基处理措施

孙宝君1，2

(1.黑龙江省龙建路桥第三工程有限公司;2.北黑高速公路A5标段)

多年冻土地区修筑公路遇到的道路病害主要为融沉和冻胀，阐述了针对多年冻土，目前国内外现存的一些处理措施和适用性。

多年冻土;路基稳定性;保温板;热棒技术

1 概述

随着道路等级的提高，针对多年冻土的病害，寻求合理的处理方案，保证设计指标和标准是十分必要的。多年冻土的存在不仅给公路施工带来影响，也会给施工后的路基稳定和公路正常使用带来极大的危害。

在多年冻土上修筑路基，在填土的自重作用下，基底植被和土层受到压缩，路基填土与原地层的物理、热物理性质和含水量的不同以及日照、蒸发、冷凝等条件的改变，使路基在修筑前后的周围环境与地基土之间的热交换发生了很大变化，其结果就引起原天然上限发生变化。上限附近冻土就会融化，最终使路基出现融沉，路面遭受不同程度的损坏。

针对多年冻土地区的路基病害，我国的科研人员根据实际情况，采取了许多行之有效的工程措施，最初的方法是加高路基高度，曾被认为是一种行之有效的方法而被广泛使用，这样虽然增加了热阻，但经过实践检验，路基下的冻土还是出现了融化，人为上限下降出现了路基病害。

2 破坏形式

纵向裂缝、热融沉陷、冻胀翻浆是多年冻土地区路基病害的主要形式。根据路基对阴阳坡效应的影响程度，多年冻土区填土路基病害可分为低路基病害和高路基病害。多年冻土段路基病害现象主要体现为多年冻土热融沉陷后引起路基下沉、边坡失稳、路面裂缝、断裂，造成路面起伏和错台等。

3 处理措施

目前国内外对多年冻土区道路工程的处理措施主要分为保护多年冻土和破坏多年冻土(局部融化或限制融化速度)两大类。对多冰冻土(弱融沉)或少冰冻土(不融沉)地段的路基可采取破坏多年冻土的措施;对富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层地段可采取保护冻土的措施。

目前工程上使用最多的技术措施有挤塑保温板、热棒技术、通风管路基、碎、片块石路基、遮阳板路基等等。不同的技术措施的工作特性不同，对冻土路基的稳定效果也有所不同，所以应该因地制宜，根据冻土的分布特征、气候特征、施工可行性、造价、路基的长期稳定性选择具体的处理措施。

3.1 挤塑保温板

(1)保温板路基就是利用保温板的保温性能，在低路基路段阻止暖季大气中的热能传入地基，造成冻土人为上限的下降。其可在设计使用年限内起到保护冻土延缓冻土退化的作用。

(2)保温板主要适用于路基高度小于冻土最小设计高度或如满足最小设计高度就会增加较高的工程造价时;路堑处或翻越垭口处需要进行换填保护下伏多年冻土的路段;同时对于冻土本身来说，保温板适用于冻土埋藏较深，温度较低，含冰量较大的路段。

3.2 热棒技术

(1)热棒是应用于铁路和公路路基中，能够在棒体上部环境温度低于下部环境温度时，将低处的热能向上传递，同时高处的冷能向下传递的管体。一般由金属管和工作介质组成。热棒能够源源不断地循环往复地进行热量传递，最终达到冷却地基下冻土并使之保持冻结状态的目的。

(2)热棒技术适用于中高温冻土区、冻土退化区，因为它能够积极主动地冷却路基，保持路基下伏冻土的冻结状态，保护冻土路基的稳定，减少路基病害的发生。对于低温冻土区热棒也同样适用，但可能会增加工程造价，所以低温冻土区可考虑采用一些被动的保护措施，以减少工程造价。在工程实践中，可根据实际情况，采用斜置热棒、双向热棒等处理措施。因为这两种方式较单棒直置的方式冷却效果更好。当然主要还是要考虑工程造价情况酌情处理。

3.3 通风管路基

(1)通风管路基的工作机理是在暖季相对的冷空气在管内，可起到增大路基阻隔大气热量传入地基的作用，在寒季大气中的冷空气密度相对较大，在重力和风的作用下挤出管内热空气，同时冷却管外路基。达到保护冻土稳定路基的目的。

(2)通风管路基适用于高温、高含冰量、高路基的多年冻土区，在实际应用中还要考虑当地冬季季风的走向问题，路基走向与之垂直的效果最好。通风管适用性的另一个条件是当地空气冻结指数绝对值远大于融化指数。在工程实践中，可利用人工辅助的方法，在月平均气温大于0℃时，封闭通风管管口，防止大气中的热空气进入。此方法可降低地温1.0℃左右，但养护费用也会相应增加。

4 碎石、片块石路基

(1)由于碎石、片块石路基具有一定的孔隙率，它的传热传方式不同于普通的密实土体的热传导方式，它主要通过空气的对流进行传热。对流的动力有风力和空气的密度差，由风力引起的对流属强制对流，由空气密度差引起的对流属自然对流。当孔隙率较大时，对流热传导成为主要的传热方式。在寒季由于大气中的冷空气密度较路基体内空气大，于是冷空气不断置换路基内的热空气，起到冷却路基的目的，从而保护了多年冻土，保证了路基的稳定。到了暖季由于大气中的暖空气密度小于路基中空气密度，从而抑制了热传导，也起到了保护冻土的作用。

(2)碎石、片块石路基适用于地下水丰富的冻土区，在治理冻土区路基病害方面，其优势非常明显。碎石、片块石路基的使用还必须考虑当地石料的储备情况，只有石料丰富的地区才适于采用此措施，因为它对石料的需求极大。

5 遮阳板路基

(1)遮阳板路基其工作机理就是通过设置遮阳板来阻止太阳辐射热对路基的影响。一般在阴阳坡的阳面设置遮阳板，以减少阴阳面的温度差异，同时遮阳板还能阻止雨水带来的热量进入路基内，造成路基病害。遮阳板要与路基边坡保持一定距离，以保证路基边坡原有的通风能力。遮阳板在防止路基病害，保证公路通行能力方面具有相当大的作用。

(2)遮阳板路基适用于太阳辐射较强的冻土地区，如我国的青藏高原。同时在阴阳坡的阳坡处设置遮阳板可防止融化盘产生偏移，防止路基不均匀沉降及纵向裂缝的病害。工程实践证明，遮阳板能够有效降低地温，约降低5℃左右，可使人为上限升高0.5 m左右，对防治路基病害是十分有效的。

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［4］李瑞杰.青藏铁路多年冻土的分析与路基防护技术［J］.路基工程，2008，(3):180 －181.

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