李 濤

（中石油管道聯(lián)合有限公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅 蘭州 730070）

1 凍土概念簡(jiǎn)述

1.1 凍土的定義。凍土是指在0℃以下，含有冰層的各種巖石和土壤。一般情況下可分為短時(shí)凍土（指凍土存在時(shí)常為數(shù)小時(shí)、數(shù)日或半月）、季節(jié)凍土（指凍土存在時(shí)常為半月至數(shù)月）和多年凍土（指凍土存在時(shí)常為數(shù)年至數(shù)萬年以上）。目前，地球上的短時(shí)凍土、季節(jié)凍土和多年凍土的面積約占全球陸地面積的50%左右，其中，多年凍土的面積最大，占全球陸地面積的25%左右，其中高原因其寒冷的氣溫，主要為多年凍土，凍土是對(duì)溫度極為敏感的介質(zhì)，經(jīng)過研究檢驗(yàn)，其中含有豐富的地下冰，因此，也使凍土極具流變性和長(zhǎng)期強(qiáng)度遠(yuǎn)低于瞬時(shí)強(qiáng)度的特征。

1.2 凍土的形成。凍土主要由物理風(fēng)化形成，且進(jìn)程較緩慢，但在凍融交替時(shí)比較顯著，其生物分解和化學(xué)風(fēng)化作用相當(dāng)微弱，動(dòng)圖中的元素遷移活動(dòng)微弱，其中的粘粒含量較少，所以，凍土普遍存在粗骨性。另外，根據(jù)凍土中的各元素含量測(cè)算，可為工程基建提供數(shù)據(jù)支撐，例如：高山凍漠土的粘粒中，K2O化合物的含量很高，經(jīng)測(cè)算，可達(dá)每千克凍土50g，此數(shù)據(jù)表明，凍土中的還未脫鉀，其土質(zhì)處于初期風(fēng)化階段。

因地球中的土壤內(nèi)都含有水分，但水分的含量不同，當(dāng)接觸溫度降低到零度或零度以下時(shí)，土壤中的水分就會(huì)凝結(jié)成冰，從而將土壤凍結(jié)，進(jìn)而形成了凍土。經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)凍土的表層溫度是隨其凍土層的深度的增加而不斷降低的，但它存在一個(gè)臨界值，即其土壤層到達(dá)一定深度后，它的表層溫度就保持恒定，不再降低并常年保持，研究人員將溫度恒定的土壤層稱為恒溫層，由于該層再往下，會(huì)越來越接近地心，其溫度反而會(huì)逐漸升高，產(chǎn)生變化，不再恒定。

1.3 凍土的分類。根據(jù)科研人員的研究，凍土可因地理分布不同產(chǎn)生的成土過程的差異和診斷特征，主要可分為冰沼土和凍漠土兩大類。

目前，全球各界的凍土研究主要以“布里奇斯（英文名稱：E.M.Bridges WorldSoils）”的凍土研究材料歸納為以下三類：（1）極地荒漠土（英文名稱：Arcticdesertsoils），即原始冰沼土。它因地理分布不同，在美國(guó)，將此類凍土稱為典型冰凍潮濕新成土（英文名稱：Typiccryaquent），而聯(lián)合國(guó)的研究材料中顯示，該類凍土則被稱為冷凍粗骨土。（2）極地潛育土（英文名稱：Arcticgleysoils），即典型冰沼土。因各國(guó)的研究差異，在中國(guó)，它與典型冰潛育土是相同分類，而在美國(guó)的凍土研究分類中，稱為冷凍潮濕新成土（英文名稱：Cryaquents），其在聯(lián)合國(guó)的凍土分類中也有其固定名稱，為冷凍潛育土或冰凍有機(jī)土。（3）極地棕色土（英文名稱：Arcticbrownsoils），即灰化冰沼土。但根據(jù)美國(guó)的教材中名稱不同，將其稱為冷凍淡色始成土（英文名稱：Cryochrept），在聯(lián)合國(guó)的凍土研究中，材料顯示改分類被稱為冰凍始成土。

在中國(guó)，科研人員根據(jù)地里的差異和凍土表象，將凍漠土分為三個(gè)類別：（1）典型凍漠土（英文名稱：Typicfrozendesertsoils），具有凍漠土類較明顯的特征。（2）鹽化凍漠土（英文名稱：Salinizedfrozendesertsoils），該類凍漠土中存在較多鹽積特性。（3）龜裂凍漠土（英文名稱：Takyricfrozendesertsoils），此類凍漠土中存在較多的龜裂特征，在我國(guó)主要分布于西藏羌塘高原北部邊緣、帕米爾高原和昆侖山內(nèi)部的山脈，海拔在4200m～4500m之間。

當(dāng)氣候由寒轉(zhuǎn)暖時(shí)，根據(jù)凍土是否會(huì)產(chǎn)生融化現(xiàn)象，凍土又可分為季節(jié)凍土和多年凍土。當(dāng)氣候轉(zhuǎn)暖時(shí)，會(huì)產(chǎn)生融化現(xiàn)象的凍土稱為為季節(jié)性凍土（英文名稱：seasonally frozen ground）。但有些凍土不會(huì)隨著氣候的轉(zhuǎn)暖而融化，因此，研究人員將兩年或者兩年以上保持凍結(jié)狀態(tài)的土壤稱為多年凍土（英文名稱：permafrost）。例如：我國(guó)的青藏高原，因高原氣候寒冷，常年溫度均保持在零度以下，所以，青藏高原上的凍土基本保持常年不融化，據(jù)數(shù)據(jù)表明，比較溫暖的氣候中，凍土只融化了表面的薄層，幾乎可以忽略。

2 凍土的危害

在研究中發(fā)現(xiàn)，凍土的土質(zhì)及結(jié)構(gòu)、水質(zhì)、土壤溫度是產(chǎn)生凍害的三大主要因素，多年凍土層在土壤自重和外力的作用下，會(huì)產(chǎn)生沉降，造成地基被破壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，例如：路肩及邊坡開裂、下滑、路塹邊坡溜坍等。三大因素的存在將導(dǎo)致凍土的凍脹和融沉，對(duì)公路、鐵路和工程基建的建設(shè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重凍害，造成坍塌、傷人等事件。為避免出現(xiàn)此類事故，可從三大因素入手，破壞三大因素的組合，改善凍土環(huán)境，均可避免或減輕凍害。

3 凍土的治理研究

根據(jù)產(chǎn)生危害的三要素，研究人員發(fā)現(xiàn)，根據(jù)以下幾種措施，可改善凍土帶來的影響和減輕危害。

（1）采取額外措施。對(duì)凍土的土質(zhì)進(jìn)行改良，添加化學(xué)物質(zhì)，加促分解，讓其完全融化，或者通過換填等措施使凍土消失，該類措施主要適用于南北界限或凍土島上。（2）不采取額外措施，例如：中國(guó)高山嶺地區(qū)，該地區(qū)的凍土較穩(wěn)定，不易融化，土質(zhì)較穩(wěn)定，不易產(chǎn)生凍脹和融沉，不需采取額外措施。（3）保護(hù)凍土。適用于中國(guó)的大部分地區(qū)，根據(jù)凍土的嚴(yán)重程度不同，可分為主動(dòng)保護(hù)措施和被動(dòng)保護(hù)措施。其中，被動(dòng)保護(hù)措施主要有：為凍土層加保溫板、抬高工程架構(gòu)地基。主動(dòng)保護(hù)措施有：石塊地基、遮陽(yáng)棚、通風(fēng)管地基、復(fù)合地基等。（4）對(duì)于特殊凍土區(qū)域的工程建設(shè)，需要采取特殊措施，例如：架設(shè)旱橋，適用于工程地質(zhì)極為復(fù)雜的地區(qū)。（5）在我國(guó)的高山和中高山地帶，當(dāng)其凍土溫度為-5.0℃～-1.5℃時(shí)，目前我國(guó)一般采用保護(hù)凍土的措施，按照“溫度存在上限不變和略有上升”的原則設(shè)計(jì)工程建筑的結(jié)構(gòu)和地基，采取提高地基和在凍土表面設(shè)置隔熱層等措施。

結(jié)語

凍土是危害公路、鐵路、工程基建的主要危害之一，在我國(guó)尤其以高原地區(qū)較為嚴(yán)重，本文重點(diǎn)分析了凍土的形成及分類和其帶來的嚴(yán)重危害，并從產(chǎn)生危害的因素入手，對(duì)凍土區(qū)域的工程建設(shè)提出保護(hù)措施，推進(jìn)凍土區(qū)域建設(shè)的發(fā)展。

[1]袁忠淮.我國(guó)東北寒區(qū)建筑中的凍土研究回顧[J].冰川凍土，1988（03）.