多年冻土

三、阶段成果

(一)多年冻土地区公路工程地质区划、分类

通过对以往成果和资料的整理、分析，并在试验工程路段(青藏公路整治改建丁碰、黑北公路及新臧公路整治改建工程)进行实验、比对及验证，归纳总结及模拟研究了我国多年冻土地区的地质情况。根据我国的具体自然地理及气候条件并结合公路工程特点建立了不同层次的区划方案和指标，我国公路工程多年冻土、二级区划见表1。

针对多年冻土的不同厚度和含冰量提出了不同的多年冻土设计原则；中国公路工程冻土分类应考虑多年冻土融化先决条件——冻土温度这一重要因素，公路工程多年冻土综合分类方案见表2。

此外课题还提出了对冻土沉降等级的新划分方法，代替了简单的线形划分或人为划分，使得划分结l粜更适合于冻土路基沉降变形的研究：建立了冻土的模糊信息优化模型、可行的参考模型、沉降变形的时间序列模型。

(二)多年冻土变化对路基的作用机理

冻土的热融沉特性是多年冻土地区道路发生破坏的重要影响因素，通过建市不同融沉的计算模型，进行冻土路基变形场及应力场二维数值计算，分析了路基表面的竖向及横向位移分布的规律、路中沿深度万向的竖向位移变化规律及路基表面横向应力分布规律，得出融沉带范围是影响路基应力场及变形场分布的主要因素。部分时段路基内的变形场和应力场分布规律见图l、图2

沥青路面的蓄热作用是高温多年冻土区路基内形成融化夹层的主要原因，经调查青藏公路沿线多年冻土区内有60％的路段路基F冻土表现为不衔接状态，也就是说，沥青路面下出现不能冻结的融化夹层。融化夹层对路基病害的发生与发展的影响表现为：其一，在相同条件下，融化夹层厚度越大，路基沉降变形就越大：随着融化深度增大，路基的固结沉降变形滞后时间越长。当融化夹层形成后，人为上限不断地向下发展，需长刚间才能达到相对稳定；其二，路基下融化夹层形成局部的“锅底形”的融化盘，成为聚水盆，大量的地表水渗入和冻结层上水汇入，使盆内长年积水。地下水参与融化夹层的发展过程，既加速路基下人为上限向下发展，使路基内热平衡状态复杂化，又路基的沉降变形增大，成为路基不稳定的隐患。

在青藏公路抬高路基高度以后，阴阳面路基温度场之间的差异所引发的路基病害也随之表现出来。左右路肩温度场的不对称，引起路基底部最大融深位置向公路左侧(阳面)偏移，在同一地貌单元，偏移量的大小主要受路基高低的控制，路基越高，偏移量就越大，这一响应的结果导致公路左侧(阳面)产生了新的热融病害问题，主要表现为路肩滑坍和纵向开裂等。图3和图4分别表示低温与高温多年冻土区，路基年平均地温等值线图

三)多年冻土地区公路路基稳定性技术

热棒制冷技术是利用在压差、温差下特殊工质的蒸发、冷凝和重力作用将热量单向从高温冻土区域传向大气，从而降低冻土地温，缓减冻土退化，利用人工制冷控制火自然冻土退化进程和人为因素对冻土吸热的影响，青藏公路的热棒工程见图5。

EPS板等多孔隔热材料埋设在路基中，增大路基的热liH，减少传入路基的热量和冷量，从而达到控制和减缓冻土的融化速率、保持冻土工程稳定的目的，研究表明EPS等隔热层}下界面的融化和冻结指数均相差1000度·天以上，阻热效果叫显。该项日在青藏公路60kin高温冻=L区范围内修筑了长1400m的隔热层路基。太阳辐射是大气能量的主要来源，

为减少太阳辐身j对冻土lll程的影响，在路基阳坡面采用遮阳板，减少园朝向引起的左右边坡及其下多年冻土吸收太阳辐射能量的差异，消除或控制了路基下多年冻土盆状融化的偏移对路基的负面影响。目前该技术在国内首次被应用于公路工程，见图6。

青减高原风速_人，空气对流是热量传递的主要方式之一。在路基边坡填筑碎石或硅藻土等，在路基内部填筑碎石层等，同时也可增加布设通风管以控制和调节气流对路基下多年冻土的影响，减少热量的对流传递。

(四)多年冻土地区的路面通过研究认为：(1)多年冻土地区路面基层设计，应同时考虑温度、湿度的试验条件，从而正性沥青路面经大面积实体工程检验具有较好的低温抗裂性能；

(4)根据研究成果推荐了高原多年冻土地区路面结构，部分成果见表3。

(五)多年冻土地区桥涵技术

在考虑了桩基回冻时间历程、竖向荷载作用下桩土体系的应力和应变状态以及横向荷载作用二个方面因素的前提下，在对桥梁桩基静载试验的基础上进行有限元数值模拟，提出了桥梁基础稳定性设计原则与设计方法，考虑到桩基回冻过程对单桩承载力的影响，通过试验研究及分析提出了钻孔灌注桩的回冻标准；通过大量试验研究，提出了多年冻土区桥涵基础混凝土抗冻技术：提出了多年冻土区桥涵混凝土材料设计方法和施工工艺及高耐久性抗冻混凝土级配原则与优化组成设计。

(六)多年冻土地区公路生态环境保护与评价技术

通过对青藏高原多年冻土地区生态环境特点的分析，运用关键因子筛选矩阵技术识别出青藏高原多年冻土地区公路工程生态环境关键因子，见表4。研究建立了青藏高原多年冻土地区公路建设项H生态环境质量评价指标体系以及生态环境影响指标体系。

采用客土喷播技术在青藏高原多年冻土地区进行植被恢复，其施工工艺和效果见图7和图8，

并证明了该技术在该区域进行恢复植被具有明显的优势。总结了青藏高原的水土流失区域特征，初

步阐述了青藏高原多年冻土地区公路边坡水土流水规律，提出了青藏高原多年冻土地区水土流水防

治技术(工程措施、植被措施及综合措施)，并研究得出各措施的效益关系：综合措施>自然植被>

工程措施>人工植被。以植被盖度、地上生物量和地下生物量为基础，提出了一个综合的植被指标，

即植被恢复率，作为评价植被恢复效果的指标；提出了野生动物保护及冻土环境保护对策。

四、关于多年冻土地区公路修筑技术的新理念

(一)多年冻土的“保护论”及设计理念

1路基设计理念

关于多年冻土地区路基设计20世纪70～80年代公路界学者提出应遵守保护冻土的原则，尽量避免“零”填、浅挖；20世纪90年代又提出“保护冻土、控制融化速率”及“综合治理”的设计原则。最近笔者提出：采用“制冷、阻热、减少辐射、增加对流、主动保护、积极预防”的二十字方针。

(1)保护冻土的设计原则主要用于多年冻土地温较低的路段，年平均地温为l 5～3 5℃，含冰量高，冻土人为上限较浅的路段，其路基高度采用路基临界填土高度再加安全高度的方法确定。

(2)控制融化速率的设计原则主要用于地温较高，年平均地温O 5～一l 5℃，沥青路