G219线新藏公路冻土路段公路养护施工技术探讨

赵　杰/武警交通第二总队

G219线新藏公路冻土路段公路养护施工技术探讨

赵杰/武警交通第二总队

多年冻土地区的路基变形问题，特别是高温多年冻土区的公路路基热融下沉问题，时至今尚未彻底解决的一大难题。本文通过对新藏公路冻土路段施工养护总结，以及参考相关文献，使我们了解到在多年冻土区建设公路，所采取的相应措施。

新藏公路；冻土路段；公路养护

我国多年冻土的分布面积约为215万平方公里,占国土面积的21.5％，位居世界第三。在冻土区的活动层中，每年都发生着季节冻结和融化，这给冻土区的公路修筑养护带来了一系列的工程技术难题。新藏公路是新疆与西藏两个自治区的唯一干线，平均海报超过4000米。我们总队四支队承担着新藏公路2080公里的养护任务，有380公里路段穿越多年冻土区，其中少冰—多冰冻土路段长10.7km；富冰类冻土路段长60.4km；饱冰冻土路段长40.8km；含土冰层及厚层地下冰类冻土路段长8.9km。结合多年养护经验以及相关参考文献，本文对多年冻土路基的施工和养护进行了总结。

一、多年冻土地区路基主要病害与特征

经过对多年冻土地区公路病害的现场调查、勘探与现场实体观测资料表明，多年冻土区的路基变形是以沉降变形为主，冻土路基下多年冻土的融化使路基产生不均匀下沉，这类热融沉陷变形占路基病害路段的80％以上。路基病害的主要表现形式为，路基的横向倾斜变形，阳坡路基变形过大而引起的纵向裂缝与路基开裂，纵向凹陷与波浪沉陷。路基病害主要发生在高含冰量冻土地段。

冻土路基变形特征与多年冻土的构造类型、多年冻土工程地质条件、年平均地温以及他们在沿线的平均分布是密不可分的。多年冻土退化过程中，多年冻土融化引起的路基变形，在含土冰层与饱冰厚层地下冰段变形最大，少冰与多冰冻土最小，富冰冻土介于两者之间，不同地质条件下，以亚粘土、亚砂土等细颗粒为主的地段由于高含冰量冻土发育产生的融沉量最大，导致的路基变形严重，以砾石、碎石等粗颗粒为主的地段，由于高含冰量冻土较难发育，融沉量小，路基相对稳定。不同年平均地温情况下，在高温冻土区，高含冰量的地段路基变形量最大，在地温冻土区，路基相对稳定，路基变形量也较小。由于多年冻土中含冰条件在平面和垂直方向的分布呈不均匀性，融沉系数产生较大的差异，导致路基无论是纵向还是横向亦均发生极不均匀变形，具体表现为：

1.不均匀沉降较轻的路段，主要为路基整体下沉，路面基本平整。病害多发生在多冰冻土或少冰冻土地区，或高含冰量冻土但年平均地温低于-1.5℃的多年冻土稳定区。

2.不均匀沉降严重的路段，路基局部凹陷，造成路面的波浪起伏，在十几米路基范围内波峰和波谷的高差可达0.3～0.5米，有的甚至超过0.5米，病害主要发生在冻土年平均地温高于-1.5℃的高含冰量多年冻土区。

3.个别地段，在高含冰量冻土的迅速退化中，造成几米范围内的路面高差达到0.5米以上，病害主要发生在高含冰量多年冻土极不稳定区。

4.由于路基的不均匀沉降，造成沿线路基数毫米宽纵向裂缝，以及宽度为数厘米的纵向开裂；横断面方向路肩或边坡滑塌。病害主要发生在路基两侧积水或地表潮湿的个别地段。

二、多年冻土地区路基病害的主要原因

多年冻土路基病害的原因是复杂的、多方面的，但究其根本原因是由于修筑路基，加铺黑色路面等工程因素改变了多年冻土的生存环境而引发的。根据病害特征，多年冻土对路基病害的原因分为三大类：一是融化夹层（盘）是形成高温高含冰量路段路基病害的主要原因；二是低温区高路基内的冻结核也有产生路基病害的可能；三是修筑路基在路基两侧就近取土使冻土环境恶化，加速了路基病害的产生与发展。

三、调控多年冻土路基稳定性的工程措施

（一）保温隔热层路基

从调控热传导角度出发，以减少传入路基土体的热量，来实现调整路基热状况为目的。保温隔热路基就是利用工业材料，在不过多加高路堤的情况下，增大路基热阻、较少大气（太阳）热量传入路基下的一种路基结构形式。它可以起到保护冻土延缓冻土退化的作用。

（二）碎块石路基

对于青藏、新藏公路高原、高温高含冰量多年冻土和气候变暖等问题，采用传统路基结构将很难保证冻土路堤的安全和稳定，需要采取积极保护冻土、主动冷却地基的地温调控新技术。其中，用碎石作为路基填料，基于多孔介质中空气自然对流原理，利用天然冷源使碎石路基温度场持续降低，从而达到多年冻土区路基稳定，是一种值得推广的有效措施。

（三）热棒路基

2002-2004年青藏公路整治工程、2009-2012年新藏公路新疆段改建工程，在部分沉降变形和纵向裂缝较为严重的路段采用设置热棒回冻冻土路基，主要起到两个方面的作用。

1.冷却地基。冻土路基在多年的运营过程中，在以黑色路面的吸收为主导因素的多种外在因素影响下路基已形成融化盘，由于路基阴阳面的吸热不均，融化盘向阳坡偏移，导致了路基的纵向开裂。利用热棒制冷技术，使上限回升，以达到治理路基纵向裂缝的问题，同时防止冻土上限的进一步下移，减少路基沉降变形。

2.提高冻土上限。防止路测冻结层上水分向路基下迁移。由于冻土路基下形成了融化盘，导致路基侧的冻结层上水分向路基下迁移，一方面降低了路基基础的强度，另一方面冻结层上水带来的热量加速了路基下冻土上限的下移，造成路基下沉。热棒制冷可使上限回升，阻止冻结层上水的运移，以达到保护冻土，促进路基稳定的目的。经过几年的运营观察，路基稳定，无明显沉降，路面平整，无明显纵、横向裂缝，边坡基本稳定，平整，车辆行驶平稳。

（四）遮阳板路基

2003年，青藏公路在北麓河修筑了遮阳板试验段，2006年，青藏铁路在烽火山地区修筑了遮阳板路基试验工程。遮阳板技术是一种积极主动点的保护冻土的工程措施，在有明显阴阳坡面的路段，由于路基吸热不均，融化盘向阳面偏移，导致了路基纵向裂缝的发生，利用遮阳板路基能有效降低蓬下温度这一特点，在路基吸热量较多的一侧设置遮阳板，一方面，它阻止了太阳队路基边坡的直接辐射，明显减少路基吸收的太阳辐射，降低路堤的温度，以达到保护冻土路基的目的。另一方面，它避雨，切断了路基边坡的雨水补给，减少或阻隔了融化潜热的雨水下渗路基，减弱了因垂直渗流而加速下步冻结层融化的趋势。对于降低路基体温度，减少路基体下冻土的融化量，治理由于融化盘偏移引起的纵向裂缝严重路段起到非常好的作用，从而有效保护并加强了多年冻土路基。

四、多年冻土地区公路施工养护技术要点

（一）填料的选择与路基借土

在多年冻土区路段，路基填料选择一定要慎重，如果单纯从保温性能考虑，则黏性土较好，砂性土次之，砂砾石土较差。但综合分析气候、水文、工程质量、保通以及工程造价等各类条件，填料应有一个合理选择，即为增大热阻保护冻土宜选择导热系数小的黏性土，为了主动冷却路基增强气冷效果宜选用一定粒径范围内的碎石填筑，并保证边界开放有利于对流发生等。总之，要考虑各种控制因素，合理有效地选择填料，对填料的相关指标要有具体限定，不适宜的填料要严格禁用。用粗粒土作填料，施工季节不受限制，用细粒土作填料应在春融后进行，填土质量及压实标准均应符合有关规定。

在融沉和强融沉多年冻土分布地段填筑路基时，如果路基位于倾斜地形上，取土坑只允许设在路基上侧山坡，取土坑与路基坡脚间天然护坡道的宽度不得小于100米，在地面横坡不明显的平坦地段，可在路基两侧取土，其天然护坡道的宽度仍不得小于200米，含土冰层、厚层地下冰冻土分布地段，不得在路基两侧取土。

（二）施工季节的选择

多年冻土区修筑和提高路基的施工季节根据气温可分为寒季（10月中下旬至翌年3月下旬）和暖季（4月上旬至10月中旬）。夏季施工条件较好，施工效率较高，工程质量较易控制，多年冻土区的道路工程一般都在夏季进行。但夏季施工也存在着明显的缺点，由于夏季雨雪相对较多，路基填土质量较难控制，填土的蓄热对保护冻土十分不利。当夏季施工的路基高度超过一定值时，还会在路基内形成残留融土核，易导致路基路面产生变形和下沉。冬季施工条件较差，施工效率较低，路基填土呈冻结状态，质量很难控制。在一些极不稳定的多年冻土区，在预先备好较干燥填料的条件下，寒季施工反而较好，可使土体层在施工过程中得到预冷，这对保护冻土极为有利。因此，合理选择施工季节对冻土路基工程非常重要。

五、结束语

多年冻土地区的路基变形问题，特别是高温多年冻土区的公路路基热融下沉问题，时至今尚未彻底解决的一大难题。本文通过对新藏公路冻土路段施工养护总结，以及参考相关文献，使我们了解到在多年冻土区建设公路，所采取的相应措施。这些措施可以有效延长公路的使用年限，很大程度上减少公路的病害。但在养护施工中要根据气候、光照、水文等际情况采用不同的方法。这样才能减少对冻土的扰动，确保路基稳定，确保行车的安全和舒适。