引言
凍土退化對于青藏高原高等級公路建設(shè)與運(yùn)營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)。而在對于熱擾動尤為敏感的高溫 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)不斷的熱積累會造成多年凍土的 持續(xù)融化，應(yīng)盡可能選擇主動冷卻的工程措施。 隨著公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，多年凍土地區(qū)修筑公路等級的提高已成為必然趨勢，這就使得 路面類型由較低等級的砂礫路面逐漸向較高等級的瀝青混凝土路面（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)簡單，在多年凍土地區(qū)部 分公路也有應(yīng)用。

觀測場地
觀測場地多年凍土區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實驗室青海研究觀測基地（上海昌吉凍土研究觀測基地）位于共玉高等級公路沿線，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、太陽輻射異常強(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)測片塊石路基地溫特征，每個斷面設(shè)置5個測溫孔，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，距路基坡腳20 m且無人為活動擾 動的地方，孔深20 m。測溫孔自表面起沿深度方向每個0.5 m或1 m的間距布設(shè)一個溫度探頭， 而溫度數(shù)據(jù)采集頻率為每天4次，時間分別為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，主要是因為溫度對瀝青混凝土路面的影響較大，夏季氣溫高，太陽輻射強(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，吸熱過程持續(xù)的時間和吸收的熱量均 大于放熱過程，說明路基基本處于吸熱狀態(tài)，熱收支會呈現(xiàn)正平衡?？梢钥吹剑还苁翘烊?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 有效降低了熱擾動對多年凍土的熱穩(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 吸熱過程比較平緩、放熱期長，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 測基地地氣熱交換規(guī)律試驗場中普通路基進(jìn)行比較。該試驗場長180m，寬12.25m，高1.5m， 主要研究地表顏色和地表透水性等試驗條件，即路面吸熱、隔絕水分深入與蒸發(fā)對凍土環(huán)境 的影響。但是可以看到，無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）和粒徑小（10 cm）有關(guān)。過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)生自然對流的強(qiáng)度也小。而且無論路面材料是瀝青混凝 土或者水泥混凝土，在短期內(nèi)，片塊石路基陰陽坡地溫場的非均勻性依然存在，片塊石路基 左右路肩熱量差異帶來的陰陽路肩凍土上限變化差異仍然存在，不一致的變化速率會導(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
高溫多年凍土是對熱擾動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)致對高等級公路片 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題。片塊石路基中心熱收支量是處于上升趨勢，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，路基陽坡熱收支量遠(yuǎn)大于陰坡，必然導(dǎo)致片塊石路基陽坡升溫大于陰坡的現(xiàn)象。