黑龙江省多年冻土的分布、类型及工程特性

车殿国

（黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江哈尔滨 150080）

桥梁工程

黑龙江省多年冻土的分布、类型及工程特性

车殿国

（黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江哈尔滨 150080）

多年冻土对工程建设和使用影响是广泛和长期的，本文通过近20年在黑龙江省范围内所收集整理的冻土资料，对黑龙江省多年冻土的分布、类型及工程特性、治理措施进行了总结，以期在今后的工程建设中发挥一定的作用。

多年冻土；类型；分布；地基基础；设计原则；工程措施

1　黑龙江省多年冻土的分布特征

通过近20年来对全省公路勘察资料的收集整理，确定了我省行政区划内存在多年冻土的区域主要有伊春市管辖行政区、黑河市管辖行政区以及大兴安岭地区。从纬度上看主要分布在北纬47°10以北的地区，属于低海拔、高纬度多年冻土。近年来随着全球气温的升高多年冻土分布逐渐北移，同时伴随着人类活动影响，同时通过近20年来的对比研究，纬度较低区域中的多年冻土大多经历了较为强烈的退化过程，局部区域已退化殆尽。

在伊春市及黑河市所辖区域内，多以零星或岛状分布为特点，其中孙吴至黑河一带、昆仑气林场至北安一带以及铁力市二股林场至伊春市区一带以零星分布为特点，多分布于山间沟谷之中，呈条带型展布，地貌类型以塔头湿地为代表；伊春至嘉荫区域则以岛状分布为特点，地貌类型既有沟谷的塔头湿地，也有低山慢坡的针叶林及白桦林。而在大兴安岭地区则以岛状融区多年冻土为特征，在地貌类型上表现为低湿山间平原以及被大片针叶林所覆盖的背阴坡区域。

具体体现在以北安至黑河高速公路、伊春至绥化高速公路及伊春至北安高速公路为代表的沿线区域内表现为多年冻土厚度小、温度高、退化殆尽为特征；以伊春至嘉荫公路沿线区域多为小范围岛状分布、冻土厚度不大、温度较高为特征；以塔河至漠河公路沿线地带为代表的区域则以岛状融区多年冻土为特征，冻土温度低、厚度大，随地表植被破坏程度不同及河流分布不同而形成众多岛状融区。

多年冻土区地表地貌形态主要特点：塔头沼泽，这类地貌区，往往分布于山间沟谷、平原区，地表覆盖有厚度较大的草炭、腐殖质成分，犹如厚厚的棉被，阻挡了辐射温度的传递，使得冻土得以保存下来；山坡坡地，地表植被以典型的喜冷植物如白桦林、落叶松等为主，植被生长缓慢，主干多弯曲，根系平铺，入地深度不大，易被大风吹倒。

2　黑龙江省多年冻土类型及工程特性

2.1本省多年冻土类型

依据近20年对我省国省道主干线的地质调查结论，我省境内的多年冻土大都呈零星或岛状分布，大片连续区域的分布少见，且多数多年冻土处于加速退化阶段。依据含冰特征分类，我省多年冻土种类齐全，即包括：少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层，局部见有纯冰层。从冻土成分上看，黏性土、砂砾、碎（卵）石居多，部分地区冻土深度达基岩层。

2.2多年冻土工程特性

在岛状多年冻土区进行工程建设，首先要查明多年冻土的分布范围，冻土上（下）限深度，冻土类型、物质成分、冻土构造类型；其次要测试多年冻土的年平均地温Tcp、总含水率W、塑限Wp以及融化下沉系数δ0等物理特征、热学特征，依据表1判定其融沉性分级；第三要查明地表水及地下水的贮运条件，冻土现象类型、特征、发育规律及其对工程的影响与危害；最后对多年冻土工程地质条件作出评价，预测工程建设及运营期间冻土——工程——环境条件的变化，提出合理的措施与建议。

表1　多年冻土的融沉性分级表

续表1

土的名称总含水率w／%平均融沉系数δ0／%融沉等级融沉类别不融沉17≤w＜211＜δ0≤3Ⅱ弱融沉21≤w＜323＜δ0≤10Ⅲ融沉w≥3210＜δ0≤25Ⅳw＜17δ0≤1Ⅰ粉土强融沉w＜Wpδ0≤1Ⅰ黏性土强融沉含土冰层w≥Wp+35δ0＞25Ⅴ不融沉Wp≤w＜Wp+41＜δ0≤3Ⅱ弱融沉Wp+4≤w＜Wp+153＜δ0≤10Ⅲ融沉Wp+15≤w＜Wp+3510＜δ0≤25Ⅳ融陷

我省多年冻土在地域分布上以大小兴安岭为界，分布于小兴安岭区域内的多年冻土（伊春及黑河行政区内），受气候、人类活动影响剧烈，局部退化殆尽，以零星分布于沟谷中为特点，多属高温（＞-1.5℃）冻土，在工程建设的影响下会加剧冻土的融化下沉，属于融沉-融陷，工程性质不稳定；而分布于大兴安岭区域内的冻土，多以岛状融区为特征，地表植被保护相对较好，冻土温度低（＜-1.5℃），工程性质相对稳定，但当受到工程建设的扰动后也会发生局部的融沉，特别是对上部的富冰冻土、饱冰冻土，因此在基础工程建设中也要采取相应的措施。

2.3冻土地基的设计原则及常用工程措施

冻土地基的设计原则依据冻土特征及上部结构、用途的不同，总体上说分保护冻土与破坏冻土（预融）两大原则。保护冻土主要针对低温冻土，采用“制冷、阻热、减少辐射、增加对流、主动保护、积极预防”的方针，对厚度大的高温冻土则采取控制融化速率的办法；破坏冻土则是对那些埋藏浅、温度高、厚度不大的冻土而言，采取预融、清除等办法。此外还有综合治理的措施，一般是病害比较严重的区域，如设置防水系统，排水系统，以复合地基为代表的碎石桩、砂桩、CFG桩等在许多工程上也得到了广泛的使用。

3　结束语

（1）随着我省经济建设不断发展的需要，寒区的开发建设已势在必行；全球性气候变暖也已是不争的事实，多年冻土退化日趋严重，而且多年冻土在空间分布上也存在着极其复杂的各向异性。加强对多年冻土基础的勘探与研究，是开发建设广大寒区的需要。

（2）我省小兴安岭地区（包括伊春市、黑河市所辖地域）分布的多年岛状冻土，近20年来有大规模退化之势，且多属于高温冻土，其物理力学性质有强烈的不稳定性，对工程建设极为不利。因此在本区域内岛状冻土上建设的工程项目应对多年冻土有更清晰的认识，提出更有效的工程措施，确保各项工程基础的稳定。

（3）分布于大兴安岭地区的多年冻土也有退化迹象，但分布范围广，多属高-低温冻土，工程性质相对稳定，如何做好保护、治理措施，是岩土工作者下一步工作的重点。

（4）目前工程上所采用的设计原则、治理措施是否有效，在目前已建成项目的使用过程中会不断得到印证，值得我们去做更多的总结与探讨。

［1］ 工程地质手册（第四版）［M］.中国建筑工业出版社.

［2］ 冻土工程地质勘察规范（GB50324-2013）［S］.

［3］ 刘世伟，张建明.高温冻土物理力学特性研究现状［J］.冰川冻土，2012，34（1）.

U416.1

C

1008-3383（2016）10-0082-02

2015-02-12

车殿国（1969-），男，高级工程师。