大兴安岭多年冻土区路基热稳定性影响分析

赵振华　张旭杨　李德安　关宇超　董晨

1 引言

凡温度等于或低于0℃， 并且含有冰的土均称为冻土。在自然界，冻结状态持续两年以上的土层称为多年冻土。影响多年冻土区路基热稳定性的因素有许多，分析研究不同因素对路基热稳定性的影响，是解决多年冻土地区路基诸多病害的根本性问题，也对多年冻土地区的道路设计理论具有一定的指导意义和参考价值。

2 影响因素的分析

路基热稳定性的影响因素主要有外部的气候条件、冻土的内在因素以及公路的工程特点。

2.1 外部气候条件

2.1.1气温 在诸多气候要素中，气温是很重要的能量指标。气温变化将直接影响多年冻土的生存环境。改变了多年冻土的平面分布与垂直分布，致使多年冻土呈现退化趋势，严重影响路基的热稳定性。

2.1.2太阳辐射 太阳辐射也是影响多年冻土稳定性的重要因素，是路基边界处能量交换的重要方式。由于大兴安岭地区太阳辐射强烈，多年冻土吸收的辐射能较多，极不稳定，致使大兴安岭多年冻土区的路基热稳定性较差。

2.1.3风速和风向 高纬度上常年的西北风致使路基北侧边坡在冬季更加容易冷却，温度比南侧边坡低。致使大兴安岭公路路基阴、阳坡热差异在冬季十分明显，路基的不均匀变形及路基纵向裂缝等病害也多在冬季发育。

2.1.4大气降水 大气降水经边坡处渗入路基内部，使路基原有的含水状况发生改变，潮濕路基的热容量较大，其冻胀量也较大，暖季到来之时亦易产生翻浆，对路基稳定性不利。

2.2冻土的内在因素

冻土的内在因素主要包括：多年冻土的平面分布、多年冻土的天然上限、地下含冰量和含水量以及土质类型。不同的影响因素将会产生不同的干扰能力，进一步的影响着多年冻土区路基的热稳定性。

2.3公路工程特点

2.3.1路基高度 多年冻土地区的路基高度是影响路基下伏多年冻土层稳定性的重要因素。多年冻土路基不仅需要保证最小高度，还需要限制最大高度。因此，为了保证路基的安全，路基高度应予以限制在一定范围以内。

2.3.2路线走向 影响路基热稳定性的重要因素就是路线的走向。多年冻土地区路基与一般地区路基的一个重要不同之处，就在于其稳定性与路线走向密切相关，即具有坡向性的特点。由于冻土的强度、应力和应变等特性与温度有着密切的关系，故两侧边坡温度的差异易引起不均匀沉降、纵向裂缝等各种路基病害的产生。

2.3.3 路面类型 在公路工程要素中，路面类型也是影响多年冻土地区路基热稳定状况的一个重要因素。大兴安岭地区太阳辐射异常强烈，由于黑色沥青混凝土路面显著的辐射吸收效应导致路基升温较快，改变了路基体系原有的热平衡状况；另外由于沥青混凝土面层的密封效应使水份无法从路面内部蒸发出来，减小了路基的蒸发耗热，极大地改变了路基体系原有的水热平衡状态。目前，由于水泥混凝土路面施工及养生条件要求较高，水泥混凝土路面在多年冻土地区使用较少。

3 防治措施

采取保温路基、通风管路基、低架旱桥、碎尸护坡、遮阳板护坡等措施来防治多年冻土路基稳定性的问题。

3.1保温路基

保温路基就是在路基内一定位置铺设保温材料。通过阻挡来自路面和坡面的热流来延缓路基下多年冻土退化速率的一种路基结构形式。延缓多年冻土退化，进而提高路基的稳定性。

3.2通风管路基

在路基内部埋设通风管，将增大空气与路基的热交换面积。在风的作用下，促进了路基内部热量的释放，有利于冷却路基，降低路基下多年冻土的温度，提升冻土的上限。

3.3低架旱桥

自身的点式桩承结构对冻土的扰动小，受冻土的影响也小。可以彻底改变公路路基对冻土路基的依赖性。避免冻土给公路路基带来的不利影响。同时桥面和梁底的遮阳作用也降低了下伏多年冻土的温度，很大程度上保护了公路下面的多年冻土。

3.4碎石护坡

在原有路基两侧铺设碎石和片石，由于抛碎石的孔隙较大，空气可在孔隙中流动。当暖季路基表面受热时，不会产生自然对流。当冷季路基表面降温时，也不会改变路基原有的温度，并且还大大降低了原有路基的温度，有利于保护路基下的多年冻土，进而提升了公路路基的稳定性。

3.5遮阳板护坡

遮阳板护坡既能遮蔽太阳对路面的和路基边坡的辐射。又能有效的防治夏季降水深入路面和冬季降雪覆盖路面。并且能够保证路基的整个横断面利用年平均气温为负的进行自然和均匀地通风。

4 结语

由于多年冻土地区自然地理环境的特殊性，多年冻土地区路基热稳定性的影响因素是复杂多样的。总的说来，影响因素可分3类：外部气候条件、冻土内在因素及公路工程特点。外部气候条件是影响路基热稳定性的诱因与动力。冻土内在因素是影响路基热稳定性的根本机制。公路工程特性是路基热稳定性的3大影响因素中唯一可以通过人工调节而实现的。多年冻土地区修筑公路的设计思路就是结合当地的外部气候条件，考虑多年冻土的内在因素，设计出能够保持路基热稳定的公路。

参考文献：

[1] 徐学祖，王家澄，张立新1冻土物理学[M]1北京：科学出版社，2001.

[2] 秦大河，等1中国西部环境演变评估[M]1北京：科学出版社，2002.

[3] 窦明健，等.青藏公路多年冻土段路基病害分布规律 [J].冰川冻土，2002，24（6）.

基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（201611802033）

作者简介：赵振华（1995），男，黑龙江林口人，学士，研究方向：道路工程，E-mail： 942562046@qq.com