高原路基冻土环境下道路工程耐久性研究与实践探讨

引言

随着一带一路倡议和西部大开发战略的深入推进，我国高原冻土地区道路建设规模持续扩大，青藏公路、川藏线等重大交通工程相继实施。然而，高原地区独特的冻土环境与极端气候条件，使得道路工程面临严峻考验。全球气候变暖加剧冻土退化，进一步恶化道路服役环境，亟需系统研究高原路基冻土环境下道路工程的耐久性提升技术。理论层面，本研究有助于揭示冻土环境与道路结构相互作用机理，完善寒区道路工程耐久性理论体系；实践层面，通过提出针对性的耐久性提升策略，可显著延长道路使用寿命，降低全生命周期成本，保障高原地区交通网络的稳定运行，同时为生态脆弱区基础设施建设提供技术支撑，对推动区域经济发展与社会稳定具有重要现实意义。

高原路基冻土环境下道路工程耐久性研究与实践探讨

一、高原路基冻土环境特性分析

1.1 冻土物理化学特性

冻土在高原存在冰 - 水 - 土三相共存的状态，并且其复杂的物理化学特性能直接影响到公路的使用寿命，在物理特性方面，其含水量具有较大的季节性变化，入冬时节由于气温骤降使得土的孔隙水结冰膨胀，升温时节由于冰融使得土体出现缩减，由于存在此种冻融交替现象，导致其密度与孔隙率一直处于变化状态，严重影响了土体结构的稳定性，在化学特性方面，冻土在土壤中含有丰富数量的盐类。

1.2 气候环境特征

低温低湿的高原极端天气容易加剧公路的损坏过程。较大的昼夜温差和年温差及冻胀冻缩导致的多次反复荷载作用下，公路材料会受到持续的热胀冷缩应力，路面容易出现裂缝现象，路基土体颗粒会持续下降。强太阳辐射及紫外线会增强沥青路面老化、变硬变脆、减小抗疲劳能力并损毁公路标线漆、防护涂料等。

1.3 地质环境特征

多变的地质环境是影响公路性能耐久性的主要风险因素之一，青藏高原冻土地区地形地貌多为高山、峡谷及冰川堆积原地貌，在筑路建设过程中需跨多个不同海拔和地质单元，使路基受力不均匀而产生不均匀沉降；冻土的地质构造极其复杂，多存在多年冻土和季节冻土的交替现象，冻土上限深度不定。

二、高原冻土地区道路工程耐久性现状与问题

2.1 常见耐久性病害类型

道路病害多为路面及路基问题，路面病害主要包括裂缝、坑槽、翻浆等，其中横向裂缝是路基冻融不均匀引起的沉降引起的，纵向裂缝是边坡失稳引起，网状裂缝是沥青老化和温度应力造成的；坑槽主要是由于材料抗冻性和荷载的作用造成的；路基多为不均匀沉降引起的路面平整度变化、边坡失稳和春融期路基冰水混合物上泛引起的路面翻浆。路基中也不均匀沉降、失稳塌方较多，由于冻土融化后，土体的抗剪强度降低后造成滑坡、塌陷以及桥涵与路基结合处的错台及裂缝等，导致整条道路的功能降低。

2.2 耐久性不足的原因分析

公路病害问题表现在很多方面：原材料问题，目前沥青的冬季抗裂特性差、夏季热软化，普通混凝土抗冻标号低，耐环境盐渍和冻融的强度降低快；结构设计问题，路基的保温设施、排水设施不完善，路面结构各层结构组合不合理，不能抵抗环境条件及荷载变化；施工不当问题，因受高原寒冷影响，未能做好沥青面的摊铺厚度和压实厚度，冻土的开挖回填不能做好其含水量和压实度控制、不能及时对回填进行保温施工埋下病害根源。

2.3 耐久性面临的挑战

气候变化促使多年冻土加速退化，原有设计参数和保护措施无效，需要进行修正。环境保护需要禁止采用传统方法施工，比如换填冻土、取土挖沟等施工手段由于会破坏生态环境受到禁止，推动新的施工方法的采用。青藏高原地区交通困难，所需材料与设备运输成本昂贵，专业人才缺失增加施工与保养的难度。多年冻土病害多因素作用的研究不够深入，造成冻土病害防治对策的针对性不强。

三、高原路基冻土环境下道路工程耐久性提升策略

3.1 材料性能优化策略

针对冻土高原道路耐久性的提高需要研发和应用适合高原冻土的道路材料。在沥青材料方面，掺加橡胶粉、抗车辙剂、温拌剂等材料，改善沥青的低温抗裂性、高温稳定性及老化特性；在混凝土材料方面，采用高抗冻标号的混凝土，并掺加引气剂、纤维等外加剂优化混凝土的内部孔隙组成结构，提高其抗冻融循环能力；同时推广适合高海拔道路施工和应用的土工合成材料如保温土工布、加筋土工格栅等，在提高道路路基土体保温防渗的同时，可以增加土体的强度，提高土体的稳定性和抗沉降性。

3.2 结构设计优化策略

要优化道路结构设计，充分结合冻土环境特点，如路基保温结构设计，设置聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯保温板等隔热型材料，降低地温，延缓冻土的融化；设置通风管路基结构，充分利用空气的热交换带走土体中的热能量，维护冻土处于热稳定状态；路面结构设计采用柔性路面 + 半刚性基层，柔性路面更适宜适应路基变形，半刚性基层则赋予足够的刚度。优化桥涵等构造物结构设计，如采用桩基础，桩基穿透冻土活动层，避免基础受冻融影响；优化构造物与路基的过渡段结构设计，设置渐变的路基结构，避免刚度突变造成不均匀沉降；完善道路的排水体系设计，设置纵横向排水沟、盲沟等，及时排出道路范围内积水，避免冻胀以及翻浆病害。

3.3 施工工艺改进策略

采取改进施工工艺，做好道路耐久性工程。低温施工技术应做好针对性的施工技术规范，利用温拌沥青技术，降低沥青混合料摊铺温度，减少能源及有害气体的产生；进行混凝土浇筑，使用暖棚法、加热法等技术，保证混凝土的入模温度达到要求的同时，利用覆盖保温、蒸汽养护等进行养护，保证混凝土强度增长。

对开挖和回填的冻土采取非爆破开挖如机械破碎冻土、利用热棒解冻等减少扰动冻土；保证回填土的含水率和压实度满足要求，分层填筑、分层压实，各层厚度不大于规范规定。

3.4 智能化监测与维护策略

建立监测平台，也是动态掌握道路耐久性的重要手段。采用光纤光栅传感器实现温度场以及含水量情况实时动态监测，应变传感器、位移传感器对路面和路基进行变形量实时监测，北斗定位系统对病害位置进行定位和预警。在养护决策上，实施预防性养护，对可能存在的病害段位，提前采取裂缝灌封、封层等针对性措施，防止病害的进一步发展。

结语

高原路基冻土环境下道路工程耐久性研究是一项多学科交叉的复杂系统工程。通过深入分析冻土环境特性，明确道路耐久性病害成因，并针对性地提出材料优化、结构创新、工艺改进与智能化监测维护等综合提升策略，能够有效提高道路工程在高原冻土地区的服役性能。未来，还需进一步加强多因素耦合作用下耐久性劣化机理研究，推动智能化、生态化技术在高原道路工程中的广泛应用，为我国高原地区交通基础设施建设提供坚实的技术保障。

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