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(qū)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(qū)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(nèi)外現(xiàn)存的一些處理措施和適用性。

多年凍土;路基穩(wěn)定性;保溫板;熱棒技術(shù)

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(shè)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(wěn)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(zhì)和含水量的不同以及日照、蒸發(fā)、冷凝等條件的改變，使路基在修筑前后的周圍環(huán)境與地基土之間的熱交換發(fā)生了很大變化，其結(jié)果就引起原天然上限發(fā)生變化。上限附近凍土就會融化，最終使路基出現(xiàn)融沉，路面遭受不同程度的損壞。

針對多年凍土地區(qū)的路基病害，我國的科研人員根據(jù)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(jīng)過實踐檢驗，路基下的凍土還是出現(xiàn)了融化，人為上限下降出現(xiàn)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(qū)路基病害的主要形式。根據(jù)路基對陰陽坡效應(yīng)的影響程度，多年凍土區(qū)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(xiàn)象主要體現(xiàn)為多年凍土熱融沉陷后引起路基下沉、邊坡失穩(wěn)、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(nèi)外對多年凍土區(qū)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(shù)措施有擠塑保溫板、熱棒技術(shù)、通風管路基、碎、片塊石路基、遮陽板路基等等。不同的技術(shù)措施的工作特性不同，對凍土路基的穩(wěn)定效果也有所不同，所以應(yīng)該因地制宜，根據(jù)凍土的分布特征、氣候特征、施工可行性、造價、路基的長期穩(wěn)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(shè)計使用年限內(nèi)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(shè)計高度或如滿足最小設(shè)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(shù)

(1)熱棒是應(yīng)用于鐵路和公路路基中，能夠在棒體上部環(huán)境溫度低于下部環(huán)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(zhì)組成。熱棒能夠源源不斷地循環(huán)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(jié)狀態(tài)的目的。

(2)熱棒技術(shù)適用于中高溫凍土區(qū)、凍土退化區(qū)，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(jié)狀態(tài)，保護凍土路基的穩(wěn)定，減少路基病害的發(fā)生。對于低溫凍土區(qū)熱棒也同樣適用，但可能會增加工程造價，所以低溫凍土區(qū)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(jù)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(nèi)，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(nèi)熱空氣，同時冷卻管外路基。達到保護凍土穩(wěn)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(qū)，在實際應(yīng)用中還要考慮當?shù)囟炯撅L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?shù)乜諝鈨鼋Y(jié)指數(shù)絕對值遠大于融化指數(shù)。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(yǎng)護費用也會相應(yīng)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(nèi)空氣大，于是冷空氣不斷置換路基內(nèi)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(wěn)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(qū)，在治理凍土區(qū)路基病害方面，其優(yōu)勢非常明顯。碎石、片塊石路基的使用還必須考慮當?shù)厥系膬淝闆r，只有石料豐富的地區(qū)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(shè)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(shè)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(nèi)，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(qū)，如我國的青藏高原。同時在陰陽坡的陽坡處設(shè)置遮陽板可防止融化盤產(chǎn)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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