高寒地区冻土路基稳定性分析及防治措施

一、高寒地区冻土路基稳定性影响因素

高寒地区冻土路基的稳定性受到自然环境与工程活动的共同作用，其中冻融循环是最核心的影响因素。冻土在冬季低温时会因水分冻结产生体积膨胀，即冻胀现象，这种膨胀力作用于路基结构，可能导致路基表面开裂、不均匀隆起。而到了夏季，随着气温升高，冻土中的冰体融化，土体强度显著降低，易引发路基沉降、边坡滑塌等问题，这种冻胀与融沉的交替作用，会持续削弱路基的整体性和承载能力。

除冻融循环外，温度场变化对冻土路基稳定性的影响同样关键。全球气候变暖背景下，高寒地区年平均气温逐年上升，导致多年冻土上限下移，冻土厚度减薄，冻土的热稳定性遭到破坏。同时，路基工程施工过程中，地表植被的破坏、填土材料的导热特性改变等，会进一步干扰原有的冻土温度场，加速冻土退化，进而影响路基的长期稳定。此外，车辆荷载的反复作用、地下水的渗透等因素，也会通过改变土体的受力状态和含水率，间接加剧路基的失稳风险。

二、冻土路基病害类型及成因

（一）路基沉降与融沉灾害

路基沉降是高寒地区道路最常见的病害之一，主要表现为不均匀沉降引起的路面波浪形变形。融沉灾害通常发生在夏季高温期，当冻土上限下降至路基中部时，融化的冰水无法及时排出，形成饱和软弱带。此时，路基在车辆荷载作用下发生塑性变形，严重时会导致路面塌陷。统计表明，青藏高原多年冻土区道路的融沉病害发生率高达 30% 以上，且多发生在坡脚或地下水位较高的路段。

（二）冻胀与翻浆现象

冻胀是冻土路基特有的破坏形式，当路基土体中的水分冻结时，体积膨胀可达 9% ，产生的冻胀力可直接导致路面隆起。翻浆现象则多发生在春季气温回升期，表层冻土融化后，下层未冻土中的水分因毛细作用上涌，在车辆荷载作用下形成泥浆喷涌。这种现象在粉质黏土和粉土分布区尤为严重，不仅影响行车安全，还会加速路基材料的腐蚀和剥蚀。

三、冻土路基稳定性防治技术

（一） 主动降温技术

主动降温技术的核心在于通过人为干预降低路基温度，从根本上减缓冻土退化速率，维持冻土地基的长期稳定性。主要依赖通风管路基与热棒技术，二者均通过增强路基与外界的热交换效率实现降温目标，但在作用原理与适用场景上存在显著差异。

通风管路基的核心要点在于利用空气对流带走路基内部热量。通过在路基底部埋设横向通风管，形成贯穿路基的空气通道。当自然风穿过通风管时，管内空气流动可快速带走路基内部积聚的热量，尤其在冬季低温环境下，冷空气持续置换路基内部暖空气，使冻土上限保持稳定甚至小幅下移。青藏高原多年冻土区的实践表明，通风管路基可使路基年平均地温降低 1.5～2.0^∘C ，显著延缓冻土融化进程。该技术的关键在于通风管的间距与埋深设计——需根据路基高度、地下水位及年均气温综合计算，确保空气流通效率最大化。

热棒技术的核心要点则是通过相变传热实现高效热导出。热棒是一种内部充注低沸点工质的金属管，其下端埋于冻土中，上端暴露于大气。当冻土温度升高时，工质在管底吸热汽化，蒸汽沿管壁上升至顶端后遇冷液化，释放潜热并回流至底部，形成循环。这一过程可将深层冻土的热量持续导出至地表，避免热量在路基内部积累。热棒的单体散热功率可达数十瓦，特别适用于高温冻土区或局部热异常区域。值得注意的是，热棒的长期有效性依赖于工质的稳定性与管体材料的抗腐蚀性。

（二） 被动防护与隔热技术

被动防护技术的核心在于通过物理屏障阻隔外界热量传入路基，或改善路基周边排水条件以减少水分聚集导致的融沉风险。其不依赖外部能源输入，具有成本低、维护简单的优势，但需根据具体地质条件选择最优方案。

隔热层设计的核心要点是阻断大气热量向路基深部的传递。采用低导热系数的聚氨酯泡沫板或聚苯乙烯泡沫板作为隔热材料，铺设于路基表面或路床底部。这类材料的导热系数可控制在 0.03W/(m⋅K) 以下，相当于在路基与大气之间构建了一道“热绝缘墙”。实际工程中，隔热层的厚度需根据当地年均气温与冻土类型确定——例如，在青藏高原多年冻土区，通常采用 10～15cm 厚的聚氨酯板，可使路基顶部的年温升幅度减少 0.5～1.0% 。此外，隔热层需与路基填土紧密贴合，避免出现空隙导致热桥效应。

抛石护坡的核心要点是通过多孔结构促进冻土融化区的排水与空气对流。将粒径 10～30cm 的块石堆砌于路基边坡或底部，形成透水性良好的防护层。夏季融水可通过石块间隙迅速排出，避免水分在路基内部积聚；冬季冷空气则能穿过石块间隙直接接触冻土表面，加速热量散失。抛石护坡尤其适用于地下水位较高或坡脚易积水区域，但其缺点在于抗冲刷能力较弱，需配合拦水带或植被防护措施使用。

碎石护道的应用则结合了排水与热传导的双重优势。碎石层的高孔隙率可加速融水渗透，同时其较高的热传导系数能将表层热量快速分散至更大范围，避免局部过热。在青藏公路部分路段，碎石护道与隔热层联合使用，有效降低了路基顶部的温度梯度。

被动防护技术的关键在于因地制宜——例如，在强风区域需增加抛石护坡的厚度以抵御风蚀，在冻融频繁区域则需加厚隔热层以延长降温时效。

（三） 生态修复与长期监测

生态修复与长期监测技术的核心在于通过自然与人工协同手段增强路基的稳定性，并通过数据反馈优化防治措施。其技术着眼于长远效益，强调对冻土生态系统的最小干扰与可持续维护。

植被恢复的核心要点是利用植物根系的固土作用与蒸腾降温效应。耐寒草本植物（如垂穗披碱草、冷地早熟禾）的根系可深入冻土表层10～20cm ，通过交织成网状结构增强土壤抗剪强度，减少风蚀与水蚀导致的路基剥蚀。同时，植物蒸腾作用可消耗部分地表热量，降低路基周边微气候温度。青藏公路沿线的草皮移植工程显示，植被覆盖率每提高10% ，路基年均地温可降低 0.15°C ，且能有效抑制冻胀丘的形成。但需注意，植被种植需避开冻土融化活跃期，并选择适应极端气候的本地物种，避免外来植物入侵破坏生态平衡。

长期监测系统的核心要点是实时获取路基温度、沉降及水分动态数据。通过在路基内部埋设光纤温度传感器、孔隙水压力计及 GPS 位移监测设备，构建全覆盖的数据采集网络。这些数据不仅能直观反映冻土退化趋势，还可为防治措施的调整提供科学依据。例如，当监测到某一路段地温连续 3 年升高超过 0.5^cC 时，可针对性增设热棒或加厚隔热层；若沉降速率超过预警值，则需排查地下水位变化或排水系统堵塞问题。监测数据的长期积累还能用于建立冻土退化预测模型，指导未来道路工程的规划与设计。

结语：综上所述，高寒地区冻土路基稳定性问题关乎交通基础设施安全与区域可持续发展，以上深入分析冻融循环、温度场变化等关键影响因素，阐明了路基沉降、冻胀等典型病害的内在机理，认为主动降温、被动防护及生态修复等防治技术对于提升其稳定性具有重要作用。

参考文献

[1] 王洪宇 , 彭坤 . 浅析冻土路基稳定性控制的措施 [J]. 农家参谋 , 2019, (18): 157+169.

[2] 殷娜 . 多年冻土区铁路路基稳定性评价方法适用性研究 [D].兰州交通大学 , 2021.