多年冻土指天然条件下,冻结状态持续三年或三年以上的土地。多年冻土约占地球陆地面积的26%,主要分布在高纬度或高海拔的寒冷地区。中国多年冻土约有190万平方公里,主要分布在青藏高原、大兴安岭和小兴安岭地区,以及阿尔泰山、天山、祁连山和喜马拉雅山等山地。
多年冻土的表层,暖季融化,冷季冻结,称为季节
冻融层。
多年冻层的上
部界限称为
冻土上限,下部界限称为冻土下限。在天然条件下形成的上限称为天然上限,经过人为活动形成的新上限称为人为上限。多年冻土按垂直构造情况可分为:多年
冻土上限和季节冻融层衔接的多年冻土;多年冻土上限和季节冻融层不衔接的多年冻土。多年冻土按平面分布情况可分为
连续多年冻土和岛状多年冻土。多年冻土从工程角度分类,可按道路融沉等级划分为少冰冻土、多冰冻土、
富冰冻土、饱冰冻土及含土冰层五类。冻土分类如下表,表中粗颗粒土是指碎卵石类土、砂砾、粗砂、中砂;粘性土包括亚砂土、亚粘土和粘土。表中W为冻土层总含水量;Wp为粘土含水量。多年冻土在上限以下3米内,如有厚度大于0.1米的含土冰层,或有厚度大于0.3米的饱冰冻土,则称该地段为厚层地下
冰地段。多年冻土地区的地下水可分为:①
冻结层上水。以多年冻层为底板,埋藏于上限界面以上的地下水。②
冻结层间水。多年冻层内局部融化夹层中的地下水。③
冻结层下水。埋藏于多年冻层以下,通常是承压水。 在多年冻土地区修建道路有许多特殊的工程地质问题。其中最常遇到的问题是冻胀,不仅路基、路面有冻胀病害,房屋、桥涵也有冻胀病害。最突出的问题是热融沉陷,凡是接近地表有厚层地下冰的地段,由于设计、施工、养护不当,无论路基、桥涵、房屋,都容易因冻土热融而发生沉陷。在有厚层地下冰的斜坡上,道路挖方极易导致土体热融,沿融冻界面一块块向下滑移,形成热融滑坍。在冬季,冻结层上水由于土层冻结而承压,可形成冰丘或
冰椎。冰丘是承压的冻结层上水只使地表产生隆起,并未突破上覆土层。冰椎是承压的冻结层上水突破上覆土层,冻结堆积于地表。修筑路基,如不注意冻结层上水的排除,往往产生冰丘和冰椎危害。此外,多年冻层构成广泛的隔水层,使表土层过湿,在低地、缓坡等处大量形成沼泽,道路通过冻土沼泽容易产生冻胀、翻浆、热融沉陷等病害。
在多年冻土地区修建道路,根据冻土温度、冻土类型、道路等级、路面要求以及施工期限等情况,可以采用保护冻土或破坏冻土的不同措施。一般说来,路基应有足够的填土高度,以避免冻胀、翻浆和热融沉陷等病害。取土坑应远离路堤坡脚,并作好取土、排水的设计与施工,以避免路肩陷裂、热融滑坍和冰丘、冰椎等病害。在白色路面下稳定的路基,铺筑黑色路面会因黑色路面吸热而产生新的热融沉陷,也应采取必要的措施。在有厚层地下冰的地段,应尽量避免挖方、低填和不填不挖断面,否则应采取专门的隔热防融和基底换填等措施。