高海拔地区公路冻土病害防治技术的新进展

引言

高海拔地区因其特殊的地理与气候环境，在公路工程建设中面临严峻的冻土病害问题。冻融循环频繁，导致路基结构变形、开裂、沉陷等现象，严重影响道路安全与寿命。传统防治手段难以适应气候变化和工程需求，需引入新材料、新技术与智能化系统加以应对。近年来，温控技术、复合路基材料、监测预警体系等方面取得了显著进展，推动防治模式从被动防护向主动调控转变。本文围绕冻融机理、材料优化、智能系统和综合治理四方面探讨其最新技术进展，为高原地区道路工程提供可行的防治路径。

一、冻融病害的形成机理与关键影响因素

高海拔地区由于昼夜温差大、冻融交替频繁，使得路基表层与深层土体在不同时间段经历多次膨胀与收缩。水分在这一过程中起着决定性作用：表层积雪或降水渗入土体后冻结膨胀，使土体上拱并形成裂缝；随气温回升冰体融化，水分进一步渗入下层并再次冻结，如此反复造成路面隆起、沉陷、裂缝等病害。在高原地带，这种现象更加剧烈，冻融周期长、变化幅度大，极易破坏传统路基结构稳定性。在连续冻融的影响下，地基结构的不均匀沉降还可能诱发桥头跳车、边坡滑塌等次生灾害，进一步增加道路安全隐患。

在众多影响因素中，路基温度变化被认为是直接诱发冻融病害的关键要素。温度不仅决定水分的状态变化，也影响土体内部应力分布与结构稳定性。在高寒区，“温度梯度—水迁移—相变膨胀”的链式反应是冻土病害的根本机制。因此，提升对路基温度场变化的感知与调控能力，成为预防病害的突破口。现代研究表明，不仅需要宏观认识区域热环境特征，还应结合微观层面的土壤颗粒结构与孔隙特性进行耦合分析，才能实现病害的前瞻性预判与主动防控。通过建立区域温湿动态数据库与温度场演化模型，可以为不同气候带下的病害干预提供理论依据。

二、新型路基材料优化与抗冻性能提升路径

材料作为路基结构的基础构成要素，其抗冻性能直接决定公路抵抗冻融病害的能力。在早期工程中，多采用天然砂砾或普通土体构筑路基，但在高海拔冻土区，这类材料难以适应复杂的应力与温度变化环境。为此，近年来大量研究聚焦于材料的冻融循环稳定性、含水率变化与热传导特性，并开发出一系列复合型与功能型新材料。通过优化路基材料的选择和配比，提高土体的抗冻性能。

例如，在填筑材料中添加一定比例的石灰、粉煤灰、水泥等无机固化剂，不仅能够提高强度和稳定性，还能有效降低材料的含水率，减少冻胀源。实践表明，CFR（三组分）改性剂可提升冻融循环 50 次后的强度保持率达 80% 以上，显著优于传统填料。部分项目还引入了聚丙烯纤维增强土、泡沫混合轻质土等新型材料，具有良好的变形协调性和抗裂能力。在青藏高原某段试验路中，采用新型复合填料后，地基在连续两个冬季中表现出显著的沉降减缓与裂缝抑制效果。通过调整粒径级配和控制含水率，实现了结构层良好的密实性和毛细水抑制能力，有效延缓了冻胀演化进程。材料改性技术正逐步从实验室走向工程应用，构建起从“材料—结构—功能”的抗冻路径体系。

三、智能温控系统在路基冻害防治中的应用进展

传统的热棒加热、电缆预热或热反射膜等技术虽具一定保温作用，但多为静态设计，难以应对温度快速变化与复杂边界条件。而现代工程越来越倾向于采用集成化、智能化的温控系统，通过实时监测与动态调控提升路基热稳定性。为实现对路基温度的精准调控，研究构建一套由温度传感器、数据采集器、智能控制器以及加热 / 冷却装置组成的智能温控系统。

该系统能够实时监测路基不同深度的温度分布，结合环境气象数据与历史演化趋势，动态判断是否存在冻害风险。一旦达到设定阈值，系统自动启动加热或保温程序，控制热量输入或水分分布，实现对路基热状态的主动干预。目前已有部分试验段在川藏、青藏高原应用此类系统，运行结果表明能显著降低春季化冻期病害发生率。为进一步提升系统智能化水平，科研人员正尝试引入机器学习算法，通过分析多维历史监测数据，构建冻害预警模型，自动识别温度异常演化趋势，辅助决策。

此外，在能源利用方面，一些系统已实现太阳能—电热耦合供能，白天蓄热、夜间供热，形成低碳节能闭环。温控模块还可根据地段热环境特征实施分区调控，提高能效利用率。通过模块化安装与远程控制，提升系统部署灵活性和维护效率。未来，智能温控系统有望与气象预测、交通监控等平台联动，打造“智慧路基热环境调控系统”，实现冻土灾害主动感知与实时响应的新范式。

四、监测预警与综合治理技术协同提升路径

在冻土病害治理过程中，仅靠材料优化与温控系统远不足以实现长期安全运营。高海拔公路建设与维护更需要构建一套全生命周期的监测预警与综合治理体系。现代监测手段已从点位式观测扩展到分布式感知系统，利用光纤传感、地温剖面测定、无人机巡检、物联网数据平台等手段，实现对道路结构、温度场、水分场与位移场等多维参数的动态感知。

在高海拔地区，路基温度变化是引发冻融病害的关键因素。因此，监测系统不仅需关注结构外观的变化，更应深入地下结构与温度环境的互动演化趋势。例如通过传感网络捕捉气温快速下降后土体内部温度梯度突变，预警潜在的冻胀风险，并指导现场采取临时隔热、填料回灌等紧急措施。同时，结合 GIS 平台与历史数据建模，可以构建区域冻害易发风险图，辅助管理部门进行资源投放与灾后评估。配套的移动端APP可实现数据可视化展示、远程控制及即时告警，大幅提升了管理效率与响应速度。

为实现治理体系的持续闭环，部分高原公路项目已建立“监测—响应—处置—复盘”的流程机制，并推动多部门协同联动，如路政、养护、科研单位共同参与风险防控。在制度层面，实行按冻害等级分级管理、定期巡查与动态预警制度，为治理决策提供支持。通过监测技术、智能平台与治理机制的融合创新，推动高海拔公路冻害防控从“应急响应”向“主动防御”转型。

结论

高海拔地区公路面临的冻土病害问题，其根源在于复杂的热—水—力耦合作用机制。在工程实践中，通过优化材料配比、引入智能温控系统与建立动态监测平台，逐步实现了从被动防护到主动调控的技术跃升。未来的研究应更多聚焦多源数据驱动下的预测模型构建、新能源温控系统应用与材料—结构—环境一体化的综合设计路径，推动冻土病害防治技术走向更加系统化、智能化的方向，以保障高原地区交通基础设施的安全性与可持续性。

参考文献

[1] 吕小兵 . 高海拔地区公路路基冻融病害防治与养护技术 [J]. 山西建筑 ,2025,51(16):146- 149.

[2] 谷新贺 . 高寒高海拔多年冻土地区公路路基和路面的病害及其防治 [J]. 四川水泥 ,2024,(06):213- 215.

[3] 杨富余 . 高海拔地区公路路基病害形成原因及防治技术 [J]. 四川建材 ,2019,45(05):180- 181.

[4] 杨清 . 高海拔地区公路项目施工重难点技术研究 [J]. 交通世界 ,2022,(20):61- 63.