黑龍江省多年凍土的分布、類型及工程特性

車殿國

（黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江哈爾濱 150080）

橋梁工程

黑龍江省多年凍土的分布、類型及工程特性

車殿國

（黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江哈爾濱 150080）

多年凍土對工程建設(shè)和使用影響是廣泛和長期的，本文通過近20年在黑龍江省范圍內(nèi)所收集整理的凍土資料，對黑龍江省多年凍土的分布、類型及工程特性、治理措施進行了總結(jié)，以期在今后的工程建設(shè)中發(fā)揮一定的作用。

多年凍土；類型；分布；地基基礎(chǔ)；設(shè)計原則；工程措施

1　黑龍江省多年凍土的分布特征

通過近20年來對全省公路勘察資料的收集整理，確定了我省行政區(qū)劃內(nèi)存在多年凍土的區(qū)域主要有伊春市管轄行政區(qū)、黑河市管轄行政區(qū)以及大興安嶺地區(qū)。從緯度上看主要分布在北緯47°10以北的地區(qū)，屬于低海拔、高緯度多年凍土。近年來隨著全球氣溫的升高多年凍土分布逐漸北移，同時伴隨著人類活動影響，同時通過近20年來的對比研究，緯度較低區(qū)域中的多年凍土大多經(jīng)歷了較為強烈的退化過程，局部區(qū)域已退化殆盡。

在伊春市及黑河市所轄區(qū)域內(nèi)，多以零星或島狀分布為特點，其中孫吳至黑河一帶、昆侖氣林場至北安一帶以及鐵力市二股林場至伊春市區(qū)一帶以零星分布為特點，多分布于山間溝谷之中，呈條帶型展布，地貌類型以塔頭濕地為代表；伊春至嘉蔭區(qū)域則以島狀分布為特點，地貌類型既有溝谷的塔頭濕地，也有低山慢坡的針葉林及白樺林。而在大興安嶺地區(qū)則以島狀融區(qū)多年凍土為特征，在地貌類型上表現(xiàn)為低濕山間平原以及被大片針葉林所覆蓋的背陰坡區(qū)域。

具體體現(xiàn)在以北安至黑河高速公路、伊春至綏化高速公路及伊春至北安高速公路為代表的沿線區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)為多年凍土厚度小、溫度高、退化殆盡為特征；以伊春至嘉蔭公路沿線區(qū)域多為小范圍島狀分布、凍土厚度不大、溫度較高為特征；以塔河至漠河公路沿線地帶為代表的區(qū)域則以島狀融區(qū)多年凍土為特征，凍土溫度低、厚度大，隨地表植被破壞程度不同及河流分布不同而形成眾多島狀融區(qū)。

多年凍土區(qū)地表地貌形態(tài)主要特點：塔頭沼澤，這類地貌區(qū)，往往分布于山間溝谷、平原區(qū)，地表覆蓋有厚度較大的草炭、腐殖質(zhì)成分，猶如厚厚的棉被，阻擋了輻射溫度的傳遞，使得凍土得以保存下來；山坡坡地，地表植被以典型的喜冷植物如白樺林、落葉松等為主，植被生長緩慢，主干多彎曲，根系平鋪，入地深度不大，易被大風(fēng)吹倒。

2　黑龍江省多年凍土類型及工程特性

2.1本省多年凍土類型

依據(jù)近20年對我省國省道主干線的地質(zhì)調(diào)查結(jié)論，我省境內(nèi)的多年凍土大都呈零星或島狀分布，大片連續(xù)區(qū)域的分布少見，且多數(shù)多年凍土處于加速退化階段。依據(jù)含冰特征分類，我省多年凍土種類齊全，即包括：少冰凍土、多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層，局部見有純冰層。從凍土成分上看，黏性土、砂礫、碎（卵）石居多，部分地區(qū)凍土深度達基巖層。

2.2多年凍土工程特性

在島狀多年凍土區(qū)進行工程建設(shè)，首先要查明多年凍土的分布范圍，凍土上（下）限深度，凍土類型、物質(zhì)成分、凍土構(gòu)造類型；其次要測試多年凍土的年平均地溫Tcp、總含水率W、塑限Wp以及融化下沉系數(shù)δ0等物理特征、熱學(xué)特征，依據(jù)表1判定其融沉性分級；第三要查明地表水及地下水的貯運條件，凍土現(xiàn)象類型、特征、發(fā)育規(guī)律及其對工程的影響與危害；最后對多年凍土工程地質(zhì)條件作出評價，預(yù)測工程建設(shè)及運營期間凍土——工程——環(huán)境條件的變化，提出合理的措施與建議。

表1　多年凍土的融沉性分級表

續(xù)表1

土的名稱總含水率w／%平均融沉系數(shù)δ0／%融沉等級融沉類別不融沉17≤w＜211＜δ0≤3Ⅱ弱融沉21≤w＜323＜δ0≤10Ⅲ融沉w≥3210＜δ0≤25Ⅳw＜17δ0≤1Ⅰ粉土強融沉w＜Wpδ0≤1Ⅰ黏性土強融沉含土冰層w≥Wp+35δ0＞25Ⅴ不融沉Wp≤w＜Wp+41＜δ0≤3Ⅱ弱融沉Wp+4≤w＜Wp+153＜δ0≤10Ⅲ融沉Wp+15≤w＜Wp+3510＜δ0≤25Ⅳ融陷

我省多年凍土在地域分布上以大小興安嶺為界，分布于小興安嶺區(qū)域內(nèi)的多年凍土（伊春及黑河行政區(qū)內(nèi)），受氣候、人類活動影響劇烈，局部退化殆盡，以零星分布于溝谷中為特點，多屬高溫（＞-1.5℃）凍土，在工程建設(shè)的影響下會加劇凍土的融化下沉，屬于融沉-融陷，工程性質(zhì)不穩(wěn)定；而分布于大興安嶺區(qū)域內(nèi)的凍土，多以島狀融區(qū)為特征，地表植被保護相對較好，凍土溫度低（＜-1.5℃），工程性質(zhì)相對穩(wěn)定，但當(dāng)受到工程建設(shè)的擾動后也會發(fā)生局部的融沉，特別是對上部的富冰凍土、飽冰凍土，因此在基礎(chǔ)工程建設(shè)中也要采取相應(yīng)的措施。

2.3凍土地基的設(shè)計原則及常用工程措施

凍土地基的設(shè)計原則依據(jù)凍土特征及上部結(jié)構(gòu)、用途的不同，總體上說分保護凍土與破壞凍土（預(yù)融）兩大原則。保護凍土主要針對低溫凍土，采用“制冷、阻熱、減少輻射、增加對流、主動保護、積極預(yù)防”的方針，對厚度大的高溫凍土則采取控制融化速率的辦法；破壞凍土則是對那些埋藏淺、溫度高、厚度不大的凍土而言，采取預(yù)融、清除等辦法。此外還有綜合治理的措施，一般是病害比較嚴重的區(qū)域，如設(shè)置防水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)，以復(fù)合地基為代表的碎石樁、砂樁、CFG樁等在許多工程上也得到了廣泛的使用。

3　結(jié)束語

（1）隨著我省經(jīng)濟建設(shè)不斷發(fā)展的需要，寒區(qū)的開發(fā)建設(shè)已勢在必行；全球性氣候變暖也已是不爭的事實，多年凍土退化日趨嚴重，而且多年凍土在空間分布上也存在著極其復(fù)雜的各向異性。加強對多年凍土基礎(chǔ)的勘探與研究，是開發(fā)建設(shè)廣大寒區(qū)的需要。

（2）我省小興安嶺地區(qū)（包括伊春市、黑河市所轄地域）分布的多年島狀凍土，近20年來有大規(guī)模退化之勢，且多屬于高溫凍土，其物理力學(xué)性質(zhì)有強烈的不穩(wěn)定性，對工程建設(shè)極為不利。因此在本區(qū)域內(nèi)島狀凍土上建設(shè)的工程項目應(yīng)對多年凍土有更清晰的認識，提出更有效的工程措施，確保各項工程基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

（3）分布于大興安嶺地區(qū)的多年凍土也有退化跡象，但分布范圍廣，多屬高-低溫凍土，工程性質(zhì)相對穩(wěn)定，如何做好保護、治理措施，是巖土工作者下一步工作的重點。

（4）目前工程上所采用的設(shè)計原則、治理措施是否有效，在目前已建成項目的使用過程中會不斷得到印證，值得我們?nèi)プ龈嗟目偨Y(jié)與探討。

［1］ 工程地質(zhì)手冊（第四版）［M］.中國建筑工業(yè)出版社.

［2］ 凍土工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50324-2013）［S］.

［3］ 劉世偉，張建明.高溫凍土物理力學(xué)特性研究現(xiàn)狀［J］.冰川凍土，2012，34（1）.

U416.1

C

1008-3383（2016）10-0082-02

2015-02-12

車殿國（1969-），男，高級工程師。