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博牙高速公路岛状多年冻土地区路基沉降处治技术：挑战与创新

一、引言

1.1研究背景与意义

博牙高速公路位于我国冻土分布区域，其中岛状多年冻土地区给公路建设带来了极大挑战。岛状多年冻土是一种特殊的地质条件，其特点是冻土分布不连续，在空间上呈岛状分布。这种冻土的温度通常接近0°C，处于一种临界稳定状态，对环境变化极为敏感。随着全球气候变暖以及人类工程活动的加剧，岛状多年冻土的稳定性受到了严重威胁。

路基作为公路的基础结构，直接承受路面传来的行车荷载，并将其传递到地基上。在岛状多年冻土地区，由于冻土的特殊性质，路基沉降问题尤为突出。当冻土温度升高发生融化时，土体的力学性质会发生显著变化，其承载能力降低，导致路基产生沉降。这种沉降可能是不均匀的，会使路面出现裂缝、坑洼、错台等病害。这些病害不仅会影响公路的平整度和舒适性，降低行车速度，增加车辆的磨损和能耗，还会对行车安全构成严重威胁，容易引发交通事故。

研究博牙高速公路岛状多年冻土地区路基沉降处治技术具有重要的现实意义。有效的处治技术能够保障公路的安全运营，减少因路基沉降导致的路面病害，降低公路的维修成本和养护难度，延长公路的使用寿命。这对于促进地区的经济发展，加强区域间的联系和交流，保障交通运输的畅通具有不可忽视的作用，还能为其他类似冻土地区的公路建设提供宝贵的经验和技术参考，推动我国冻土地区公路建设技术的进步。

1.2国内外研究现状

在多年冻土地区路基沉降研究领域，国内外学者取得了丰硕的成果。国外方面，加拿大、俄罗斯等国由于其广袤的冻土区域，在冻土路基研究方面起步较早。他们通过长期的野外监测和室内试验，对冻土的物理力学性质、热学性质以及路基在冻土上的变形规律有了较为深入的认识。在路基沉降预测方面，建立了多种基于力学原理和经验公式的预测模型，如基于弹性理论的沉降计算方法，考虑了冻土的蠕变特性对路基沉降的影响。在处治技术上，研发了如热棒路基、通风管路基等主动降温措施，通过改善路基下冻土的热状况来控制路基沉降。

国内在多年冻土地区路基沉降研究方面也取得了长足的进展。自青藏铁路、青藏公路等重大工程建设以来，针对冻土路基问题开展了大量的科研工作。在理论研究上，深入探讨了冻土的水热耦合作用机理，明确了温度变化、水分迁移对路基沉降的影响机制。通过数值模拟方法，如有限元、有限差分等，对路基温度场、应力场进行了模拟分析，为路基设计和处治提供了理论依据。在工程实践中，提出了一系列适合我国国情的路基沉降处治技术，如铺设保温材料、采用片块石气冷路基等。

现有研究仍存在一些不足之处。在路基沉降预测模型方面，虽然已经有多种模型，但由于冻土的复杂性和多变性，模型的准确性和通用性还有待提高，对一些特殊工况下的路基沉降预测能力不足。在处治技术上，部分技术的应用效果受环境因素影响较大，成本较高，且长期稳定性还需要进一步验证。不同处治技术的优化组合以及与当地地质条件的适应性研究还不够深入。

1.3研究内容与方法

本研究围绕博牙高速公路岛状多年冻土地区路基沉降处治技术展开，具体内容包括：深入分析岛状多年冻土地区路基沉降的原因和机理，考虑冻土的物理力学性质、温度变化、水分迁移以及行车荷载等多因素对路基沉降的影响；研究路基沉降的预测方法，建立适合该地区的路基沉降预测模型，提高预测的准确性和可靠性；对现有路基沉降处治技术进行评估和优化，结合博牙高速公路的实际情况，提出针对性的处治方案；通过现场监测和试验，验证处治方案的有效性和可行性，分析处治效果，为工程应用提供依据。

在研究方法上，采用调查研究法，对博牙高速公路岛状多年冻土地区的地质条件、气候条件、路基沉降现状等进行详细的调查和资料收集，了解工程背景和实际问题；运用室内试验方法，对冻土和路基材料的物理力学性质、热学性质等进行测试，获取相关参数，为理论分析和数值模拟提供数据支持；借助数值模拟手段，利用有限元软件等工具，对路基温度场、应力场和沉降变形进行模拟分析，研究不同因素对路基沉降的影响规律，优化处治方案；开展现场监测和试验，在博牙高速公路上选取典型路段，设置监测点，对路基的温度、沉降、含水量等进行长期监测，同时铺设试验路，对提出的处治方案进行实际验证和效果评估。

二、博牙高速公路岛状多年冻土地区概况

2.1地理位置与工程概况

博牙高速公路位于内蒙古自治区牙克石境内，是绥满国道（绥芬河——满洲里）主干线的重要组成部分。它穿越广袤无垠的呼伦贝尔大草原腹地，沿线风景优美，但也面临着复杂的地质条件挑战。该高速公路路线全长131公里，采用双向4车道标准建设，路基宽度为26米，设计时速达100公里。

作为绥满国道主干线的关键路段，博牙高速公路在我国的交通网络中占据着重要地位。它不仅加强了东北地区与内陆地区的联系，促进了区域间的经济交流与合作，还对推动