引言
凍土退化對(duì)于青藏高原高等級(jí)公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理造成了重大影響，路基工程的熱、力 學(xué)穩(wěn)定性和與凍土環(huán)境間的相互影響都需要關(guān)注和維護(hù)。而在對(duì)于熱擾動(dòng)尤為敏感的高溫 多年凍土地區(qū)，路基下伏多年凍土接近 0 ℃的高溫及持續(xù)不斷的熱積累會(huì)造成多年凍土的 持續(xù)融化，應(yīng)盡可能選擇主動(dòng)冷卻的工程措施。 隨著公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，多年凍土地區(qū)修筑公路等級(jí)的提高已成為必然趨勢(shì)，這就使得 路面類型由較低等級(jí)的砂礫路面逐漸向較高等級(jí)的瀝青混凝土路面（ACP）和水泥混凝土路 面（CCP）轉(zhuǎn)變。研究表明，不同路面類型對(duì)路基的熱穩(wěn)定性影響狀況不同。在多年凍土地區(qū)鋪設(shè)瀝青路面后，由于吸放熱的不平衡，黑色路面下伏凍土層正積溫增加，加速了 路基病害的進(jìn)程。而水泥混凝土路面吸熱量較瀝青路面小，且養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，在多年凍土地區(qū)部 分公路也有應(yīng)用。

觀測(cè)場(chǎng)地
觀測(cè)場(chǎng)地多年凍土區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青海研究觀測(cè)基地（上海昌吉凍土研究觀測(cè)基地）位于共玉高等級(jí)公路沿線，地理位置坐標(biāo)為98°34′05″E， 34°58′28″N，平均海拔4260m，年平均氣溫為-3℃，該地氣候具有年平均氣溫低、氣溫年較 差小、氣溫日較差大、凍結(jié)期長(zhǎng)、太陽(yáng)輻射異常強(qiáng)烈的氣候特點(diǎn)。
片塊石路基鋪設(shè)瀝青、水泥混凝土路面，片塊石層厚度1 m，片塊石平均粒徑10 cm，路 基上部填料為粗顆粒土，鋪設(shè)30 cm砂礫反濾、過(guò)濾層和土工布以防止填土進(jìn)入片塊石層閉塞空隙。為監(jiān)測(cè)片塊石路基地溫特征，每個(gè)斷面設(shè)置5個(gè)測(cè)溫孔，如圖4，路基中心孔深20 m，左 右路肩孔深15 m，左右坡腳孔深10 m，另設(shè)置天然孔1個(gè)，距路基坡腳20 m且無(wú)人為活動(dòng)擾 動(dòng)的地方，孔深20 m。測(cè)溫孔自表面起沿深度方向每個(gè)0.5 m或1 m的間距布設(shè)一個(gè)溫度探頭， 而溫度數(shù)據(jù)采集頻率為每天4次，時(shí)間分別為02:00，08:00，14:00，20:00。

結(jié)果分析
地溫變化
不同地面類型表面的溫度是研究地表和大氣之間物質(zhì)交換和能量交換的重要參數(shù)，它綜 合了地氣相互作用和能量交換的結(jié)果。為路面以下0.5 m處片塊石路基中心孔的溫度，可 以看出瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面都對(duì)路基淺層溫度有較大的影響。
（1）瀝青混凝 土路面下年平均溫度為2.6 ℃，明顯大于水泥混凝土路面和天然地基的年平均溫度，其值分 別為-0.47 ℃和-0.18 ℃。大部分時(shí)間瀝青混凝土路面下的溫度高于水泥混凝土路面，其差值處于0.07~5.32 ℃之間，即瀝青混凝土路面對(duì)路基淺層地溫的影響程度遠(yuǎn)比水泥混凝土路 面大。
（2）地溫季節(jié)差異性較為明顯，即暖季差異比冷季大。暖季，瀝青混凝土路面下路 基中心孔0.5 m深度處地溫比同一深度處天然孔地溫高出約1.86~11.94 ℃，水泥混凝土高出 0.29~8.79 ℃；冷季，與天然地基相比，瀝青混凝土路面下片塊石路基中心孔平均溫度溫差 處于-0.77~1.27 ℃，而在水泥混凝土路面下其溫差處于-0.23~0.51 ℃。這類現(xiàn)象的產(chǎn)生，原 因有很多，主要是因?yàn)闇囟葘?duì)瀝青混凝土路面的影響較大，夏季氣溫高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，瀝青 混凝土路面的升溫速率、幅度較冬季快的多；而溫度對(duì)水泥混凝土的路面影響較小，從而導(dǎo) 致這兩種路面的下片塊石路基淺層的差異暖季明顯比冷季大。
熱流密度
（1）在天然地表以下 0.5~1.5 m 深度內(nèi)，天然地基下熱流表 現(xiàn)出周期性的、吸熱期長(zhǎng)而平緩的特征，而不管是水泥混凝土路面還是瀝青混凝土路面，片 塊石路基中心的熱流通量并未表現(xiàn)出明顯的周期變化，吸熱過(guò)程持續(xù)的時(shí)間和吸收的熱量均 大于放熱過(guò)程，說(shuō)明路基基本處于吸熱狀態(tài)，熱收支會(huì)呈現(xiàn)正平衡?？梢钥吹?，不管是天然 地表還是片塊石路基，吸熱量總是大于放熱量，熱收支呈現(xiàn)正平衡。
（2）但天然路堤、路 基填土存在熱物理性質(zhì)的差異，導(dǎo)致片塊石路基的吸熱量和放熱量均要小于天然基地的吸熱 量和放熱量，天然地基吸熱熱流最大值為 9.49 W?m-2，放熱熱流最小值為-5.97 W?m-2；水泥 混凝土路面下片塊石路基吸熱熱流最大值 3.16 W?m-2，放熱熱流最小值為-1.48 W?m-2，對(duì)瀝 青混凝土路面下片塊石路基而言，吸熱熱流最大值為 4.02 W?m-2，放熱熱流最小值為-0.77 W?m-2。修筑路基增加了進(jìn)入土層的熱量，但片塊石層的存在加強(qiáng)了冷熱空氣的交換，從而 有效降低了熱擾動(dòng)對(duì)多年凍土的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。
（3）而路面類型的不同，對(duì)進(jìn) 入原地表以下土體的熱量影響顯著。與瀝青混凝土路面相比，水泥混凝土路面下片塊石路基 吸熱過(guò)程比較平緩、放熱期長(zhǎng)，吸熱熱流小、放熱熱流大。

討論
上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司面類型下高溫多年凍土地區(qū)片塊石路基的適宜性，選取青海凍土研究觀 測(cè)基地地氣熱交換規(guī)律試驗(yàn)場(chǎng)中普通路基進(jìn)行比較。該試驗(yàn)場(chǎng)長(zhǎng)180m，寬12.25m，高1.5m， 主要研究地表顏色和地表透水性等試驗(yàn)條件，即路面吸熱、隔絕水分深入與蒸發(fā)對(duì)凍土環(huán)境 的影響。但是可以看到，無(wú)論路面材料是瀝青混凝土或者水泥混凝土，凍土上限處于抬升階段還 是下降階段，從2015年到2017年，片塊石路基不同位置的下伏多年凍土仍以不同的速率在退化，活動(dòng)層厚度在不斷增大，并未保持穩(wěn)定，原因除了外界條件，如氣候變暖和片塊石處于 開(kāi)放而非封閉狀態(tài)，風(fēng)積沙閉塞片塊石縫隙導(dǎo)致降溫效果減弱外，可能與片塊石層的厚度薄 （1.0 m）和粒徑?。?0 cm）有關(guān)。過(guò)薄片塊石層中空氣的循環(huán)未能達(dá)到最大制冷能力，片塊石粒徑小不利于熱量向外散發(fā)，發(fā)生自然對(duì)流的強(qiáng)度也小。而且無(wú)論路面材料是瀝青混凝 土或者水泥混凝土，在短期內(nèi)，片塊石路基陰陽(yáng)坡地溫場(chǎng)的非均勻性依然存在，片塊石路基 左右路肩熱量差異帶來(lái)的陰陽(yáng)路肩凍土上限變化差異仍然存在，不一致的變化速率會(huì)導(dǎo)致路 基的變形向凍土上限下降速率較快的一側(cè)傾斜，導(dǎo)致兩側(cè)路肩變形有差距，路基穩(wěn)定性受到 影響。建議高溫多年凍土地區(qū)片塊石路基陰陽(yáng)坡設(shè)置不同厚度、粒徑的片塊石。

結(jié)論
高溫多年凍土是對(duì)熱擾動(dòng)較為敏感的一類凍土，片塊石層的存在證明有利于土體熱量的 耗散，但由于水泥混凝土、瀝青混凝土這兩種路面材料吸熱特性不同，導(dǎo)致對(duì)高等級(jí)公路片 塊石路基的熱穩(wěn)定性的影響存在差異。瀝青混凝土路面對(duì)片塊石路基溫度的影響程度和深度 均大于水泥混凝土路面，且熱收支量均大于同樣條件下的水泥混凝土路面。但可以看到，單 純的片塊石層的存在和路面類型的改變，并未徹底解決路基熱收支平衡問(wèn)題。片塊石路基中心熱收支量是處于上升趨勢(shì)，水泥混凝土、瀝青混凝土路面下其上升速率分別為3.58 MJ·a-1 和7.16 MJ·a-1，路基陽(yáng)坡熱收支量遠(yuǎn)大于陰坡，必然導(dǎo)致片塊石路基陽(yáng)坡升溫大于陰坡的現(xiàn)象。