浅谈国道219线新藏公路新疆段改建整治

浅谈国道219线新藏公路新疆段改建整治

工程多年冻土路段处理方案

龚政

（叶城公路管理局，叶城，849900）

摘要 本文叙述了国道219线新疆段公路项目概况，针对多年冻土路段阐述了多年冻土特征，结合多年冻土特征提出多年冻土路段处理方案及技术指标，为今后进一步推广应用提供借鉴。

关键词： 路基工程；多年冻土；处理

中图分类号：U419.92 文献标识码：B

1 概况

1.1 国道219线新藏公路项目概况

国道219线新藏公路北起新疆维吾尔自治区叶城县，南至西藏自治区拉孜县，总体呈南北走向，全长2143km。新藏公路是国道网的组成部分、和国家重点公路“纵13”——阿勒泰至拉孜公路的重要路段，也是我国重要的国防公路。新藏公路不仅是沟通新疆与西藏的唯一通道，而且是五条进藏公路之一，是西藏阿里地区极为重要的物资运输通道，更为重要的是，它同时是中印、中巴边防线上唯一的战略主通道、战役交通要道和给养线。

新藏公路始建于1950年，1958年新疆境内建成通车，并在其后的四十年，历经三次整治改建。分别为1960年、1965年和1991年，最后改建完成在1996年。自建成以来，新藏公路一直是沿线军民赖以生存的“生命线”，并曾在1962年的中印边境自卫反击战中发挥了重要作用。但是由于其特定的修建时期、恶劣的自然环境、以及国家财力的局限，所以目前总体上仍是一条技术等级低、抗灾能力弱、行车条件差、安全无保障的砂石路，已不能适应区域经济发展和边防军事运输的需要，更不能适应边境紧急状态下的特殊运输需求。

1.2 多年冻土路段分布统计

本项目全线多年冻土主要分布在麻扎达坂K212+300-K222+800，属多冰、少冰低温稳定冻土。柯克阿特达坂顶部K304+100-K310+000，属少冰—多冰和多冰—富冰多年冻土。奇台达坂少冰冻土（岩）：分布于K534+930～K537+000段，多冰冻土：分布于K513+450～K523+400、K523+725～K524+220、K526+900～K528+670、K529+070～K529+840、K530+190～K534+930、K537+000～K539+960等六段。多冰冻土～富冰冻土：分布于K523+400～K523+725、K524+220～K526+900、K528+670～K529+070、K529+840～K530+190、K539+960～K542+467.822段。第七合同段（甜水海）少冰多冰类冻土路段长10.7km，富冰类冻土路段长60.389km，饱冰冻土路段长40.797km，含土冰层及厚层地下冰类冻土路段长8.970km（其中含3.2km厚层地下冰），本文主要以第七合同段具有代表性的多年冻土处理方案为主。

表1 多年冻土路段分布统计

2 多年冻土的特性

冻土的状态随季节而变化，不同的状态表现出不同的工程特性，这一变化过程和不同状态下的工程特性既有共性的一面，又有特定条件下差异性的一面，所以要掌握冻土的活动规律和特性，需要大量复杂的冻土工程地质勘察和几个冻融过程的连续地温观测和冻融变形观测。

多年冻土区修筑黑色路面涉及许多技术难点。修筑黑色路面，路表状况的显著改变必然引起多年冻土原有稳定状况的相应改变，并可能随之出现路基沉陷、波浪、开裂等病害。恶劣气候条件对路面、黑色路面对多年冻土的影响，都受到多方面因素的综合影响，复杂多变，而相应的路基稳定技术又与此密切相关，以上因素决定了多年冻土区路基、路面工程特有的复杂性和较高的技术难度。

沥青路面对冻土的影响，主要是因为黑色路面的吸热和封闭作用，导致多年冻土上限下降、季节冻土层相对增厚、冻融变形量增大，特别是高温冻土路段“融化盘”这一软弱夹层的形成，导致路基出现沉陷、波浪、开裂等严重症状，并长时间处于不稳定状态。这些不仅与冻土本身有关，而且与路基高度、填料、路面的水热性能、以及气温、太阳辐射等外界条件密切相关，这些因素多数都是特定地点和特定条件下决定的，所以要掌握特定条件下冻土特性对路基的影响规律，理论上的计算分析是不够的、也是不可靠的。

3 多年冻土路段处理方案及技术指标

由于建设项目投资控制，本项目未大面积采用冻土处理组合措施，为验证处理措施的可行性，为后续的路面铺筑创造条件，本项目在阿克赛钦湖出水口K595＋070－K596＋270段设置冻土试验路段，长度1.2km。

试验路段有针对性地采用片式通风路基、热棒路基、片式通风路基＋热棒、XPS板＋热棒、通风管路基、XPS板＋U型发卡热棒等路基处理形式，铺筑沥青面层。每种试验段长200米。

3.1 多年冻土处理方案

本项目主要处理方案有以下几种：（1）路面底基层以下1.5米范围内全宽铺筑片石，并每侧超填60cm；（2）路面底基层下铺设6cm厚XPS隔热板；（3）K595+070-K595+270路面底基层以下全宽铺筑片石，并每侧超填60cm；（4）K595+270-K595+470路面底基层以下全宽铺筑片石，并每侧超填60cm，在路基每侧间隔400cm设置热棒一根，两侧交叉设置（试验路段）；（5）K595+470-K595+670在路基每侧间隔400cm设置热棒一根，两侧交叉设置， 路面底基层下铺设6cm厚XPS隔热板（试验路段）；（6）K595+670-K595+870在路基每侧间隔400cm设置热棒一根，两侧交叉设置；（7）K595+870-K596+070发卡式热棒路基（试验路段）；（8）K596+070-K596+270通风管路基（试验路段）。

3.1.1 少冰－多冰冻土段

少冰－多冰冻土段地质病害较轻，经处理后可以满足设计要求，采用提高路基到临界高度以上后铺筑路面。按照保护冻土原则计算路基高度，经计算后确定，路基高度≥1.6米，路基采用沿线级配较好的碎石土或砂砾土填筑。

3.1.2 富冰冻土段

富冰冻土段经计算如果保护冻土提高路基，填土高度将达到2.5米以上，路基工程量将大大增加，为减少路基工程量，采用6cm厚XPS隔热板阻止上层热量向下传递，经等效计算后确定路基填土高度，设计路基高度≥1.9米。埋置深度经计算为路面设计标高以下80cm，设置在路基顶层下30-50cm，宽7.2米。

3.1.3 饱冰、含土冰层段冻土段

饱冰、含土冰层冻土段由于冻土病害严重，单纯提高路基高度已不能达到保护冻土的目的，需采用措施减轻路基人为上限向下扩散。路基处理中采用片（块）石路堤，路基设计高度≥1.6米，在路面底基层以下1.5米范围内内全宽铺筑，并每侧超填60cm，在片石路基上层20cm范围内采用2－10cm粒径的碎石找平，坡面内侧1.5米范围内进行人工铺筑。

3.2 技术指标

XPS板的技术要求为：容重为40kg/m3，导热系数为0.03w/（mxk）抗压强度为650Kpa，吸水率应小于0.5% 。

片（块）石最小边长大于20cm，长细比小于3，填料空隙率不小于25%，压碎值不大于25% ，顶端20cm填料采用2-10cm粒径石料。

热棒技术要求为：￠83Χ5mm;在工作温度为-5℃时，其传热能力不低于6KW，工作温度-60℃— -50℃时，工作压力为0 —2.2MPa,可靠工作时间不低于20年。

4 多年冻土处理方案工作原理

4.1 XPS板

XPS板是聚苯乙烯挤塑板，在路基中铺设XPS板，利用保温材料的低热导性（热阻）阻止上部热量进入下部土层，从而起到保护多年冻土的目的。对于路基工程，表面热交换条件的改变所引起路基内的热积累会导致多年冻土上限的下降，所以铺设保温板从而补偿这部分上限的下降，保持多年冻土上限稳定，甚至抬升上限。

图1 路基xps隔热板铺设

4.2 热棒

工作原理就是热棒里面充着液态氮，随着地下温度地升高，液态氮被气化，之后上升，上升以后，大家看到表面这个散热片进行散热，散热以后气化氮恢复液态下降，下降到地下，这样循环往复将冻土路基地下的热量带到地表。使地下和地表的温度恒温，这样保持冻土路基的稳定。

4.3 片石通风路基

工作原理就是在寒季和暖季不同的当量导热系数。在寒季，密度较大的冷空气，在自重和风的作用下将片石层底部的热空气挤走，并在热交换作用的驱动下反复循环，加快传入地基多年冻土中的冷量。在暖季，密度较小的热空气始终处于片石间空隙的上部，对流热交换停止，仅以片石间的点接触传导少量的热量。即在暖季减少热量的传入，具有热屏蔽作用，在寒季则能显著提高冷量的传入，增加寒季的冷量储备，对多年冻土起到保护作用。

图2 片石路基施工

4.4 通风管路基

通风管路基是在路基底部以上一定高度横向铺设一定孔径的通风管，与路堤填筑材料组成复合式通风路堤，一方面，通风管中空气导热性比土层小，可以起到一定的隔热作用，减少传入基底的热量。另一方面，通风管内空气流动，以对流的方式使堤身散热，在寒季冷空气有较大的密度，在自重和风的作用下将管中的热空气挤出，不断将周围土体中的热量带走，降低基底地温，增加基底的冷储量，提高其热稳定性能。

5 试验路段地温、变形观测

多年冻土区路段黑色路面的路基稳定技术措施经过青藏公路几次整治改建的工程实践表明这些措施是基本适用和可靠的，但地点不同、条件不同，路基稳定技术措施的实际效果也不同，要掌握其适应性的规律，同样需要配合一定试验路段的观测验证。在K595+070～K596+270区段共设置了6段特殊路基试验工程，每段试验工程均为200m，依次为片块石路基、热棒+片块石复合路基、热棒+XPS板复合路基、热棒路基、发卡热棒+XPS板复合路基、通风管路基。根据科研项目研究内容的要求，拟对以上6段试验工程进行地温及变形观测。

在应用过程还需要一定时段的冻土观测和试验工程的验证、再完善。地点不同、条件不同，提高路基、XPS隔热板、碎石边坡等路基稳定技术措施的实际效果也不同，要掌握其适应性的规律，同样需要配合一定试验路段的观测验证。

6 结束语

新藏公路新疆境内路段中，地处多年冻土区的路段累计近200km，无论是提高路基还是其他处理方式，均投资巨大，尤其是XPS隔热板、通风路堤等特殊的冻土保持措施，其单位造价都很高，所以多年冻土路段整治改建的成功与否对新藏公路的改建至关重要，同时也关系到国家巨额投资的实际效果问题。

参考文献：

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作者简介：龚政（1968-），男，新疆叶城人，高级工程师，主要从事公路工程的监理、施工和项目管理工作，目前在国道219线新疆公路新疆段改建整治工程建设指挥部任副指挥长。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/c56285d3a58da0116c174953.html