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[摘要]介绍我省在多年冻土地区修建公路的实践，并就冻土地区公路的病害特征及原因以及多年冻土的主要工程地质问题进行分析。
[关键词]公路 冻土 建设
中图分类号：TU7文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1020095－01
青藏高原是世界上海拔最高，多年冻土分布面积最广的高原多年冻土区。我省北部祁连山地和青南高原广泛分布着多年冻土。该地区深居大陆内部，远离海洋，除唐古拉山以南部分地区受海洋性气候影响和昆仑山以北受柴达木内陆干旱气候影响外，绝大部分高原腹地，具有独特的冰缘干寒气候特征，且随海拔增高而呈现明显的气候垂直分带性。区内寒冷干旱，气候多变，四季不明，空气稀薄，气压低，一年内冻结期长达7至8个月(每年9月至次年4、5月)。蒸发量远大于降水量，高山地区降水以雪、冰雹为主，广阔的高平原上则以降雨为主，60%~90%的降水在正温季节，冬季少雪，除个别的高山地区外，雪盖一般均不稳定且厚度小。风向以西北、西风为主，大风(≥8级)多集中于10月至次年4月间。
青藏高原是世界中、低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土分布区，这里的多年冻土具有地温高、厚度薄、极不稳定等特点，其复杂性和独特性举世无双。冻土分布于高纬地带和高山垂直带上部，根据冻土的地理分布，成土过程的差异和诊断特征，可分为冰沼土和冻漠土两个土类，其中冰沼土广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区，冻漠土广泛分布在我国青藏高原和其他高山地区。我国多年冻土分为高纬度和高海拔多年冻土。高纬度多年冻土主要集中分布在大小兴安岭，面积为38-39万平方公里。高海拔多年冻土分布在青藏高原、阿尔泰山、天山、祁连山、横断山、喜马拉雅山，以及东部某些山地，高海拔多年冻土形成与存在，受当地海拔高度的控制。
一、冻土概况
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，水分产生迁移并具有相变变化特征，因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，并具有融化下沉性和冻胀性。这些特性造成了冻土区修筑工程构筑物时，面临的两大工程问题：融沉和冻胀。路基、桥涵、隧道等都会受到这两大工程问题的困扰。“融沉”是指由于在多年冻土区修建的公路、桥涵等结构物改变了该地区的冻土环境，在温度升高的时候，冻土就会融化下沉，使其上面的路基、桥涵结构物也随之发生不均匀沉降，从而使结构物产生裂缝，影响其使用性能。比如说青藏公路自修建以后，经过了多次的改建，路面结构由砂砾路面改成了沥青路面。由于沥青路面的地表反射率比砂石路面减少15%～20%，而对太阳辐射的吸收率增加20%，同时由于沥青路面结构的不透水性，阻碍了地表面的蒸发过程，使产生的蒸发潜热不能通过沥青路面表面散出，造成了沥青路面强烈的吸热作用，从而影响了冻土与大气之间的热量交换。夏季沥青路面的温度高达50℃～60℃，较天然地面温度高出5～6倍，使沥青路面下的季节融化层较天然条件情况下提早20～30d融化，滞后20d冻结。青藏公路1986年建成的沥青路面，每年以60km速度破坏，仅8年时间，其穿越多年冻土区92%的路基被迫返修，耗资超出20亿元。而冻胀与融沉恰恰相反。“冻胀”是指在冬天温度降低的时候，冻土体积发生剧烈的膨胀，从而把它上边的结构物顶起，因此在冻土上修建的建筑物常常产生裂缝。在国外，冻土带来的影响也是有目共睹的，如俄罗斯西伯利亚铁路因冻土病害经常不能正常通车，能通车时平均时速也只有40多公里。
冻土形成以物理风化为主，而且进行得很缓慢，只有冻融交替时稍为显著，生物、化学风化作用亦非常微弱，元素迁移不明显，粘粒含量少，普遍存在着粗骨性。高山冻漠土粘粒的K2O含量很高，可达50克每千克，说明脱钾不深，矿物处于初期风化阶段。
二、冻土地区公路的病害特征及原因分析
（一）翻浆。在高寒冻土地区，由于在土壤冻结过程中汇聚了过多的水分，且土质状态不好，到春暖化冻时水分不能及时排出，从而造成土基软弱，强度降低。在车辆荷载的作用下，路面发生弹簧、裂纹、鼓包、车辙、唧泥等现象，称为翻浆。
（二）冻胀。高寒不良土质中所含的水分在负温下结晶，生成各种形状的冰侵入体而导致土体积的增大。其主要表现是土层表面不均匀的升高。冻胀土与结构物基础之间主要产生冻结力和冻胀力(分为切向冻胀力、法向冻胀力、冻胀反力)。冻胀本身不仅引起道路破坏，还可引起桥梁、涵洞基础的冻害，特别对早期所修建的尤为突出。主要表现为桥梁墩、柱基础冻胀隆起，融化下沉，台身在切向冻胀力和法向冻胀力共同作用下出现裂缝，甚至墩(台)基础整体上抬或倾斜。涵洞冻害主要表现为洞身的冻胀隆起和融化下沉，端墙及八字翼墙圬工开裂及涵洞管节的错位和脱离。
（三）融沉。在多年冻土地区，由于地下冰层埋藏较浅，在施工及运营过程中各种因素使多年冻土局部融化，上覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷，从而造成路基严重变形。主要表现为路基下沉，路堤向阳侧路肩及边坡开裂、下滑，路堑边坡溜塌等。融沉病害多发生在低路堤地段。
（四）其他病害。除了以上几种常见冻害外，还有冰丘、冰锥、延流冰等，也容易使路面产生纵向裂缝、横向裂缝和网裂等。
三、多年冻土的主要工程地质问题
（一）融化的发生。在多年冻土上限附近往往存在厚层地下冰或高含冰量冻土层，由于埋藏浅，很容易受天然因素或人为活动的影响而产生融化下沉。这是多年冻土区地基变形对建筑物产生破坏的主要原因.建筑工程建造后必然改变地表层的水热交换条件，并引起基底土体的压缩，破坏表层土体结构。其结果将使多年冻土上限深度发生变化。这种变化于建筑物结构、形式有着密切的关联。从而，冻土上限不均匀的下降，可能产生建筑物的下均匀融沉。
（二）冻胀作用。一般来说，在冻土区年平均地温相对较低的温冻土区，活动层变化厚度较小，而且存在双向冻结，迸发结速度较快的特性，这些地段，冻胀相对较轻。而年平均地温相对较高的高温冻土区，活动层厚度较大，冻结速度较慢，则冻胀现象较严重。
四、结束语
目前我们对冻土的认识是建立在当今科学技术发展水平上的，而随着生产力水平和科学技术水平的提高，我们的研究理论、设计理论和计算理论还会有所发展。全球气候变暖是一个世界性的问题，也是一种自然规律。首先，这种全球性的气候变暖主要体现在冬季气温的变化上，而这种影响对于冬季气温常年在零下30℃左右的青藏高原来说，更是微乎其微的；其次，设计中早已预先考虑了温度变化可能带来的影响，而且这种设计中的“留有余地”，要远远大于全球气候变暖可能产生的结果。可以说，全球气候变暖对青藏公路的冻土基本上不会产生不利的影响。
参考文献：
[1]周幼吾，中国冻土[M].北京:科学出版社，2000.
[2]李祝龙，青藏公路多年冻土特征及关键技术[J].道路科技信息，2001，（3）.
[3]简斌，冻土对公路工程的危害及应对措施[J].四川建筑，2005，（6）：61-62.
作者简介：
才秀加，男，青海贵德人，青海省玉树公路总段工程师。
[关键词]公路 冻土 建设
中图分类号：TU7文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1020095－01
青藏高原是世界上海拔最高，多年冻土分布面积最广的高原多年冻土区。我省北部祁连山地和青南高原广泛分布着多年冻土。该地区深居大陆内部，远离海洋，除唐古拉山以南部分地区受海洋性气候影响和昆仑山以北受柴达木内陆干旱气候影响外，绝大部分高原腹地，具有独特的冰缘干寒气候特征，且随海拔增高而呈现明显的气候垂直分带性。区内寒冷干旱，气候多变，四季不明，空气稀薄，气压低，一年内冻结期长达7至8个月(每年9月至次年4、5月)。蒸发量远大于降水量，高山地区降水以雪、冰雹为主，广阔的高平原上则以降雨为主，60%~90%的降水在正温季节，冬季少雪，除个别的高山地区外，雪盖一般均不稳定且厚度小。风向以西北、西风为主，大风(≥8级)多集中于10月至次年4月间。
青藏高原是世界中、低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土分布区，这里的多年冻土具有地温高、厚度薄、极不稳定等特点，其复杂性和独特性举世无双。冻土分布于高纬地带和高山垂直带上部，根据冻土的地理分布，成土过程的差异和诊断特征，可分为冰沼土和冻漠土两个土类，其中冰沼土广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区，冻漠土广泛分布在我国青藏高原和其他高山地区。我国多年冻土分为高纬度和高海拔多年冻土。高纬度多年冻土主要集中分布在大小兴安岭，面积为38-39万平方公里。高海拔多年冻土分布在青藏高原、阿尔泰山、天山、祁连山、横断山、喜马拉雅山，以及东部某些山地，高海拔多年冻土形成与存在，受当地海拔高度的控制。
一、冻土概况
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，水分产生迁移并具有相变变化特征，因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，并具有融化下沉性和冻胀性。这些特性造成了冻土区修筑工程构筑物时，面临的两大工程问题：融沉和冻胀。路基、桥涵、隧道等都会受到这两大工程问题的困扰。“融沉”是指由于在多年冻土区修建的公路、桥涵等结构物改变了该地区的冻土环境，在温度升高的时候，冻土就会融化下沉，使其上面的路基、桥涵结构物也随之发生不均匀沉降，从而使结构物产生裂缝，影响其使用性能。比如说青藏公路自修建以后，经过了多次的改建，路面结构由砂砾路面改成了沥青路面。由于沥青路面的地表反射率比砂石路面减少15%～20%，而对太阳辐射的吸收率增加20%，同时由于沥青路面结构的不透水性，阻碍了地表面的蒸发过程，使产生的蒸发潜热不能通过沥青路面表面散出，造成了沥青路面强烈的吸热作用，从而影响了冻土与大气之间的热量交换。夏季沥青路面的温度高达50℃～60℃，较天然地面温度高出5～6倍，使沥青路面下的季节融化层较天然条件情况下提早20～30d融化，滞后20d冻结。青藏公路1986年建成的沥青路面，每年以60km速度破坏，仅8年时间，其穿越多年冻土区92%的路基被迫返修，耗资超出20亿元。而冻胀与融沉恰恰相反。“冻胀”是指在冬天温度降低的时候，冻土体积发生剧烈的膨胀，从而把它上边的结构物顶起，因此在冻土上修建的建筑物常常产生裂缝。在国外，冻土带来的影响也是有目共睹的，如俄罗斯西伯利亚铁路因冻土病害经常不能正常通车，能通车时平均时速也只有40多公里。
冻土形成以物理风化为主，而且进行得很缓慢，只有冻融交替时稍为显著，生物、化学风化作用亦非常微弱，元素迁移不明显，粘粒含量少，普遍存在着粗骨性。高山冻漠土粘粒的K2O含量很高，可达50克每千克，说明脱钾不深，矿物处于初期风化阶段。
二、冻土地区公路的病害特征及原因分析
（一）翻浆。在高寒冻土地区，由于在土壤冻结过程中汇聚了过多的水分，且土质状态不好，到春暖化冻时水分不能及时排出，从而造成土基软弱，强度降低。在车辆荷载的作用下，路面发生弹簧、裂纹、鼓包、车辙、唧泥等现象，称为翻浆。
（二）冻胀。高寒不良土质中所含的水分在负温下结晶，生成各种形状的冰侵入体而导致土体积的增大。其主要表现是土层表面不均匀的升高。冻胀土与结构物基础之间主要产生冻结力和冻胀力(分为切向冻胀力、法向冻胀力、冻胀反力)。冻胀本身不仅引起道路破坏，还可引起桥梁、涵洞基础的冻害，特别对早期所修建的尤为突出。主要表现为桥梁墩、柱基础冻胀隆起，融化下沉，台身在切向冻胀力和法向冻胀力共同作用下出现裂缝，甚至墩(台)基础整体上抬或倾斜。涵洞冻害主要表现为洞身的冻胀隆起和融化下沉，端墙及八字翼墙圬工开裂及涵洞管节的错位和脱离。
（三）融沉。在多年冻土地区，由于地下冰层埋藏较浅，在施工及运营过程中各种因素使多年冻土局部融化，上覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷，从而造成路基严重变形。主要表现为路基下沉，路堤向阳侧路肩及边坡开裂、下滑，路堑边坡溜塌等。融沉病害多发生在低路堤地段。
（四）其他病害。除了以上几种常见冻害外，还有冰丘、冰锥、延流冰等，也容易使路面产生纵向裂缝、横向裂缝和网裂等。
三、多年冻土的主要工程地质问题
（一）融化的发生。在多年冻土上限附近往往存在厚层地下冰或高含冰量冻土层，由于埋藏浅，很容易受天然因素或人为活动的影响而产生融化下沉。这是多年冻土区地基变形对建筑物产生破坏的主要原因.建筑工程建造后必然改变地表层的水热交换条件，并引起基底土体的压缩，破坏表层土体结构。其结果将使多年冻土上限深度发生变化。这种变化于建筑物结构、形式有着密切的关联。从而，冻土上限不均匀的下降，可能产生建筑物的下均匀融沉。
（二）冻胀作用。一般来说，在冻土区年平均地温相对较低的温冻土区，活动层变化厚度较小，而且存在双向冻结，迸发结速度较快的特性，这些地段，冻胀相对较轻。而年平均地温相对较高的高温冻土区，活动层厚度较大，冻结速度较慢，则冻胀现象较严重。
四、结束语
目前我们对冻土的认识是建立在当今科学技术发展水平上的，而随着生产力水平和科学技术水平的提高，我们的研究理论、设计理论和计算理论还会有所发展。全球气候变暖是一个世界性的问题，也是一种自然规律。首先，这种全球性的气候变暖主要体现在冬季气温的变化上，而这种影响对于冬季气温常年在零下30℃左右的青藏高原来说，更是微乎其微的；其次，设计中早已预先考虑了温度变化可能带来的影响，而且这种设计中的“留有余地”，要远远大于全球气候变暖可能产生的结果。可以说，全球气候变暖对青藏公路的冻土基本上不会产生不利的影响。
参考文献：
[1]周幼吾，中国冻土[M].北京:科学出版社，2000.
[2]李祝龙，青藏公路多年冻土特征及关键技术[J].道路科技信息，2001，（3）.
[3]简斌，冻土对公路工程的危害及应对措施[J].四川建筑，2005，（6）：61-62.
作者简介：
才秀加，男，青海贵德人，青海省玉树公路总段工程师。