周衛(wèi)濱 符進(jìn) 張會(huì)建

摘 要：漠北公路是世界上第一條在高緯度高寒地區(qū)修建的高速公路。通過對(duì)漠北公路多年凍土區(qū)典型斷面路基溫度場(chǎng)的觀測(cè)研究，分析寬幅路基的修筑對(duì)路基穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，該斷面路基的主要變形應(yīng)發(fā)生在路基體下5-8m處。研究成果對(duì)高緯度多年凍土區(qū)高等級(jí)公路的發(fā)展等具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：漠北公路；多年凍土；路基溫度場(chǎng)；監(jiān)測(cè)及分析

引言

漠北公路作為世界上第一條在高緯度高寒地區(qū)修建的高速公路，全線多年凍土路段總長(zhǎng)達(dá)到16.95km，約占全線的21%。沿線多年凍土以多冰凍土、富冰凍土和飽冰凍土為主，凍土分布及含冰量狀況較為復(fù)雜。針對(duì)東北高緯多年凍土的現(xiàn)狀及其對(duì)氣候變化和工程活動(dòng)相疊加作用下的響應(yīng)，依托漠北公路工程開展東北高緯度凍土路基地溫及變形監(jiān)測(cè)，并分析路基溫度場(chǎng)變化對(duì)路基穩(wěn)定性的影響，可以了解高緯度多年凍土區(qū)、寬幅路基條件下，凍土路基溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，進(jìn)而分析寬幅路基的修筑對(duì)路基穩(wěn)定性的影響[1-3]。本研究成果不僅可為以后東北高緯度多年凍土區(qū)修筑更多的高等級(jí)公路提供技術(shù)支撐和事實(shí)依據(jù)，同時(shí)對(duì)東北高緯度多年凍土區(qū)高等級(jí)公路路基路面病害的防治，以及東北高等級(jí)公路的發(fā)展等具有重要的意義。

1 試驗(yàn)斷面的選擇

通過對(duì)漠北公路沿線多年凍土路段調(diào)查，針對(duì)路基熱融下沉問題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，并根據(jù)沿線凍土條件、路基設(shè)計(jì)和施工方案及舊路病害狀況，選擇具有代表性的K6+200試驗(yàn)斷面，從而對(duì)漠北公路多年凍土路基的熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析。K6+200監(jiān)測(cè)斷面，處于低洼地地段，地勢(shì)平坦。路基兩側(cè)植被發(fā)育良好，矮灌木茂密，無大型針葉、闊葉樹木，路基兩側(cè)有少量積水。凍土類型為富冰多年凍土，屬于Ⅲ級(jí)融沉凍土。該段凍土上限約1.5～2.3m，下限為6.5～7.2m。新修路面為一級(jí)公路，路面加寬，設(shè)計(jì)方案為填筑50cm土方后，鋪設(shè)兩層鋼塑復(fù)合土工格柵，雙側(cè)設(shè)置護(hù)坡道，填土路基高度約5m，屬于高路基。

2 地溫監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)情況

圖1為K6+200地溫監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖，分路中、左路肩、右路肩、左行車道路中、右行車道路中、左坡腳、右坡腳、天然孔，共8個(gè)地溫測(cè)量孔。其中，路中、路肩孔13m深，前5m每米1個(gè)測(cè)溫探頭，5m以下每0.5m一個(gè)測(cè)溫探頭；坡腳孔、天然孔8m深，每0.5m一個(gè)測(cè)溫探頭。地溫?cái)?shù)據(jù)采用自動(dòng)數(shù)采儀數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，采集頻率為每天一次。

圖1 K6+200地溫監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

3 溫度場(chǎng)分析（如圖2所示）

（a）2010年10月 （b）2010年12月

（c）2011年3月 （d）2011年6月

（e）2011年10月 （f）2012年3月

圖2 K6+200路基橫斷面隨時(shí)間變化的溫深曲線圖

圖2為K6+200路基橫斷面在不同時(shí)間的溫深變化曲線圖，從圖2（a）中可以看出，2010年10月該路基下的人為上限大約在9-11m的范圍內(nèi)，且呈現(xiàn)出兩端高，中間低的凹型分布，該形態(tài)為多年凍土區(qū)高路基典型病害-融化夾層；從圖中可以看出，在2010年10月至2011年10月一年的時(shí)間里，隨著冷暖季節(jié)不斷的交替，路基上部土體的季節(jié)活動(dòng)層與下部的凍土上限之間形成了一個(gè)厚達(dá)7-9m的融化夾層；對(duì)比2（a）、（e）兩圖，可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一年的時(shí)間，路基下的多年凍土人為上限從9-11m退化到10-12m，且路基中間部分退化趨勢(shì)更為明顯；對(duì)比2（c）、（f）兩圖，可以發(fā)現(xiàn)，3月份季節(jié)活動(dòng)層的下限從2011年的4-5m下降到2012年的5-6.5m，而多年凍土人為上限也從10-12m退化到12m以下。左路肩的0℃鋒面變化不大，但路中及右路肩的0℃鋒面出現(xiàn)了大幅的下移，這是因?yàn)槎韭分屑坝衣芳鐜氲睦淞坎荒芗皶r(shí)冷卻夏季路基體內(nèi)的熱量，剩余的熱量不斷的向下層凍土擴(kuò)散，造成底層凍土的融化。從圖2（d）中可以發(fā)現(xiàn)，在暖季該斷面右路肩0℃鋒面產(chǎn)生了明顯的大福上移，這就是夏季太陽輻射對(duì)路基下溫度場(chǎng)的直接影響。但到了2011年10月（圖2（e）），該斷面右側(cè)路基的人為上限只比2010年10月的人為上限下移了0.5m左右，說明該斷面太陽輻射并不是影響路基溫度場(chǎng)的主要因素。漠北公路于2009年5月開工建設(shè)，第一次地溫測(cè)試時(shí)間為2010年10月，而此時(shí)的多年凍土上限已由原來的3m左右下移到到9-11m，扣除5m填土路基高度，多年凍土上限下移深度為1-3m。2011年10月時(shí)，多年凍土上限深度為10-12m，且路中下移幅度要大于兩側(cè)路基。路基下多年凍土上限在路基修筑過程中就大幅的下移，說明該地區(qū)的多年凍土極不穩(wěn)定。多年凍土天然上限與下移后的人為上限間形成了一個(gè)含水量極為豐富的軟弱層，在路基荷載的作用下，該軟弱層會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的變形，并影響到路基整體的變形。

4 結(jié)束語

（1）漠北公路一年當(dāng)中只在夏季有大量的太陽輻射，而在一年的其他時(shí)間，氣溫較低、太陽輻射時(shí)間短。而且公路走向大致為南北走向，路基左右側(cè)所受的太陽輻射量差別不是很大，公路所受陰陽坡效應(yīng)不是很明顯。（2）路基下多年凍土上限在路基修筑過程中就大幅的下移，說明該地區(qū)的多年凍土極不穩(wěn)定，多年凍土天然上限與下移后的人為上限間形成了一個(gè)含水量極為豐富的融化夾層，在路基荷載的作用下，該軟弱層會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的變形，并影響到路基整體的變形。該段路基的主要變形應(yīng)發(fā)生在路基體下5-8m處及各部位的上限附近。（3）在路基橫斷面方向上，左側(cè)路基位于迎風(fēng)面，冷季可以帶入更多的冷量，多年凍土人為上限基本能保持平衡。但路基右側(cè)及路中，由于得不到足夠的冷量來平衡暖季吸收的熱量，凍土上限處于一種持續(xù)退化的狀態(tài)，因此形成了較為明顯的軟弱層，有可能形成較大的變形，從而產(chǎn)生縱向裂縫、邊坡滑塌等病害。

參考文獻(xiàn)

[1]孫志忠，馬巍，溫智，等.青藏鐵路多年凍土區(qū)普通路基地溫監(jiān)測(cè)及其預(yù)測(cè)分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2010（3）：71-76.

[2]符進(jìn)，李俊，唐曉星.高緯度多年凍土區(qū)路基溫度場(chǎng)規(guī)律研究[J].中外公路，2014，2：46-51.

[3]符進(jìn)，陳建兵，章金釗.東北島狀多年凍土區(qū)公路路基清基試驗(yàn)研究[A].

*通訊作者：符進(jìn)，男，高級(jí)工程師。