214线退化性多年冻土地区试验路设计
摘要：为研究在退化性多年冻土地区修筑公路的可靠性，在214线K309+000～K34+000全长15km内选择不同退化多年冻土类型，采用不同的路基高度、路面结构型式进行试验研究，着重讨论了214线退化性多年冻土地区路基、路面修筑技术研究课题修建试验路中，试验路段的选择和地质条件分析及路基路面，观测网的研究、设计。
关键词：退化性冻土 试验路 设计
1 引言
国道214线鄂拉山至清水河段，经过勘察，多年冻土区跨越里程313.3km，其中连续多年冻土92km，不连续多年冻土147.3km，冻土总里程239.3km。（参考《www.jianzhu518.com》）
在全球大气环境转暖，高原冰川后退，雪线上移，以及铺筑黑色沥青路面施工等人为活动的影响下，在公路沿线冻土已发生明显退化。在国内，以往研究冻土对工程的影响是针对稳定状态的冻土为主要对象，包括青藏公路的冻土研究，它的经验不能简单地推演到退化状态冻土。国外，一些国家也是近期认识到全球气候转暖对冻土退化的影响，在工程对策上刚刚起步，尚无成熟经验可借鉴，且冻土地质条件及气候环境的差别，对工程影响的程度也不尽相同。
为研究在退化性多年冻土地区修筑公路的可靠性，“214国道退化性多年冻土地区路基路面修筑技术的研究”课题列入“八五”交通部行业联合科技攻关计划，为满足课题研究内容的需要，决定建设试验路进行研究。
2 试验路选择与地质条件分析
2.1 试验路的选择
试验路的选择以满足课题研究的需要和能够代表214国道退化性多年冻土类型的路段为原则，同时兼顾今后工作的方便，依据前期对214国道多年冻土调研成果，拟定在花石峡以南长石头山以北K309+000～K324+000段总计15km范围内，结合改建工程建立试验研究工程段。
为进一步查清K309+000～K324+000段冻土类型，又进行了详细的地质勘探，开挖试坑8个，测地雷达勘察15km和8个横剖面，综合分析勘察结果，确定K309+000～K324+000范围内K309+000～K310+400(不连续多年冻土干燥型冻土岛)、K314+100～K315+100(不连续多年冻土湿润型冻土岛)、K317+000～K317+800(连续多年冻土干燥型)、K321+540～K322+340(连续多年冻土湿润型)修建试验路。
2.2 试验路地质条件分析
试验路长石头山(K309+000～K324+000)段为典型的连续多年冻土区，以三叠系砂岩为主夹页岩，区段内第四纪松散层从2m～7m，以残积砾石为主，路线两侧有侵蚀平台构成小流域缓坡，草皮亚粘土或粉砂土覆盖，形成典型的冻胀草丘、热融滑塌、地下冰发育。坡脚山前洪坡积裙及洪冲积阶地上，砂砾土厚度一般小于10m，植被较好，地下水埋深浅。由于地质条件复杂，公路沿线分布着不同的多年冻土类型。
2.2.1 不连续岛状多年冻土干燥型段
该段海拔高程4 248m，设计里程K310+000～K310+300，全长300m。路基两侧地势平坦，属古河漫滩相，地表植被稀少，干燥，无季节性积水坑。天然地表由于人工取土，破坏处较多。上限位置2.07m，上限含水量W=84.93%。第四纪厚度5～7m，强风化层8～9m。冻土层厚度3～5m。
2.2.2 不连续多年冻土湿润型段
该段海拔高程4 347～4 333m，设计里程K314+200～K314+500和K314+650～K314+950，全长600m。路基上方丘状草皮发育，潮湿，有少量季节性浅层地下水出露，多年形成斑土，并有小型冻胀丘，有少量冻拔石。路基下方草皮发育，地面稍平整，K314+650～K314+950路线右侧有季节性积水坑。上限位置1.34～1.48m，上限含水量W=25.78%。第四纪厚度5～6m，强风化层厚度8～9m。冻土层厚度6～10m。
2.2.3 连续多年冻土干燥型段
该段海拔高程4 388～4 381m，设计里程K317+100～K317+700，全长600m。地表有少量积水坑，植被较好，但地表较干燥，有冻胀裂缝，无砾块石裸露。上限位置1.28m，上限含水量W=40.82～58.63%。干容重ρd=0.81～1.14g/cm3。第四纪厚度5～6m，强风化层厚度7～8m。冻土层厚度大于15m。
2.2.4 连续多年冻土湿润型段
该段海拔高程4 484～4 474m，设计里程K321+640～K322+240，全长600m。地表为高山草甸，丘状草皮发育，地表季节性积水坑较多，潮湿。路基上方开挖，天然地表排水沟两侧热融滑塌严重。上限位置1.15～1.20m，上限含水量W=156.62～196.38%，干容重ρd=0.33g/cm3。第四纪厚度约为5～6m，冻土层厚度大于40m。
3 试验路与观测网设计
3.1 试验路设计
试验路的设计主要为路基设计和路面设计，路基、路面设计遵循的原则：
(1)采用严格保护冻土原则的路段，属连续多年冻土湿润型；
(2)不能保护冻土，仅仅尽可能地减缓冻土层的融化速率，直到其完全退化为季节冻土为止，在公路正常运行期以局部修补为主，避免大规模的融沉、翻浆等病害。此种路段有不连续多年冻土区湿润型冻土岛及未来可能退化为冻土岛的湿润型连续多年冻土区；
(3)以保护冻土为主，允许缓慢融化为原则的路段，有连续多年冻土干燥型和不连续多年冻土干燥型冻土岛。
根据以上设计原则，路基高度(原天然地面算起)分别为1.5、2.0、2.5、3.0m四种，路基宽度8.5m，无侧向保护结构。
试验路系在原旧路的基础上改建而成。为保证今后科研观测的效果 ，路基加宽部分填土，要和原路基土相同，提高路基部分土要用碎(砾)石土。
为研究在不同路面类型下，路基的稳定性及冻土上限的变化，确定试验路的路面形式为：中粒式沥青碎石路面(1.80km)，厚度4cm；水泥混凝土路面(0.30km)，厚度20cm；砂砾路面(0.10km)，厚度15cm。
中粒式沥青碎石路面设计累计当量轴次(BZZ-100)为2.64×106次，设计使用年限12年(LR=0.686mm)。
水泥混凝土路面设计累计当量轴次(BZZ-100)为7.83×105次，设计使用年限20年，设计抗折强度为4.0MPa。
试验路路基、路面设计情况如表1 。
试验路路基、路面设计一览表 表1
序号
起讫桩号 长度 路面类型 路基高度(m) 冻土类型 1 K310+000～K310+300 300 沥青砼 1.5、2.0 连续多年冻土干燥型冻土岛 2 K213+200～K314+500 300 沥青砼 2.0、2.5 不连续多年冻土湿润型冻土岛 3 K314+650～K314+800 150 沥青砼 2.0、2.5 不连续多年冻土湿润型冻土岛 4 K314+800～K314+950 150 水泥砼 1.5 不连续多年冻土湿润型冻土岛 5 K317+100～K317+700 600 沥青砼 2.0、2.5 连续多年冻土干燥型 6 K317+700～K317+800 100 砂砾 2.0 连续多年冻土干燥型 7 K321+640～K321+790 150 水泥砼