對青藏高原凍土災害的探討

■馬文禮 魏占璽 武新寧 劉赟

（青海省環(huán)境地質勘查局 青海西寧 810007）

對青藏高原凍土災害的探討

■馬文禮 魏占璽 武新寧 劉赟

（青海省環(huán)境地質勘查局 青海西寧 810007）

凍土屬于特殊土，地形、地貌及氣候等區(qū)域因素對其分布和工程性質具有重要的影響。本文通過對青藏高原凍土特征分析，提出了青藏高原公路凍土病害防治措施。

青藏高原凍土分布特征公路病害工程

0 前言

對凍土的分布進行研究時，可以根據(jù)地形地貌、氣候等環(huán)境因素進行分析。同一凍土區(qū)內由于溫度、水分等條件組合相近似，表現(xiàn)出凍土平面分布具有共同性；又因為地形起伏、相對高差較大，致使同一凍土區(qū)內凍土分布又呈現(xiàn)出垂直帶性差異。

1 青藏高原凍土分布特征分析

青藏高原多年凍土區(qū)是世界中低緯度區(qū)海拔最高、面積最大的凍土區(qū)，也是典型的高原凍土區(qū)，凍土區(qū)面積達150萬平方公里。青藏高原凍土區(qū)南北跨越12個緯度，東西橫亙近30個經(jīng)度，其地勢特點是西北高、東南低，氣候特點是西北部寒冷干旱，東南部溫暖濕潤。凍土區(qū)中心位于羌塘盆地，這里的凍土基本連續(xù)或大片分布，溫度低，地下冰厚。由此向周邊地區(qū)，隨海拔高度降低，地溫逐漸升高，連續(xù)或大片凍土區(qū)逐漸過渡為島狀多年凍土區(qū)。青藏高原地處中低緯度地帶，緯度和海拔高度是控制高原氣溫的兩個主要因素。青藏高原年平均氣溫的分布呈現(xiàn)以高原為中心向四周逐漸增高的閉合形式，同時又表現(xiàn)出東高西低、南高北低的分布格局。高原總體上分為三個低溫中心:羌塘一可可西里低溫中心，巴顏喀拉低溫中心，和喜瑪拉雅低溫中心。其中羌塘一可可西里低溫中心是三個低溫中心中溫度最低的一個，位于可可西里山至唐古拉山間的東經(jīng)90℃、北緯34℃附近，其值低于一6℃。此外，高原月平均氣溫可低至一18℃，部分地區(qū)日均溫度不高于0℃的天數(shù)一年中最多可達329天，特殊的地理環(huán)境和極高的海拔高度決定了高原低溫空間分布的廣泛性和時間分布的持續(xù)性。青藏高原多年凍土在平面上的分布基本上與地形的變化山脈的走向一致。根據(jù)地理位置和多年凍土的分布特征可將青藏高原凍土區(qū)大致分成4個區(qū)域，即阿爾金山一祁連山高山多年凍土區(qū)；以羌塘盆地為主體的大片連續(xù)多年凍土區(qū)；青南山原不口東部高山島狀多年凍土區(qū)；念青唐古拉山和喜馬拉雅山高山島狀多年凍土區(qū)。從總體來看，青藏高原多年凍土的特征是溫度高、厚度薄。

2 青藏高原凍土區(qū)工程防治措施

2.1 道路工程

①對季節(jié)性凍土主要采?。禾岣呗坊O計標高，完善邊溝排水措施；采用透水性好的卵礫石料換填凍土表層粉土層；②對多年凍土路段，建議采用保持多年凍土上界面（凍土上限）的原則進行路基設計，根據(jù)中、高溫地層的不同，采取不同的路面形式。相應的抬高路基，抬高路基不是說，路基抬高的越高對多年凍土的保護就越好，填方臨界高度要經(jīng)過分析計算確定；③路塹部分兩側斜坡部分應采用一定的比例開挖放坡，而且斜坡如果不進行防護，容易形成熱融滑塌，如果進行防護，設立擋墻，冬季時形成嚴重的凍脹，擋墻結構容易被破壞，應注意工程措施及設計參數(shù)的選擇；④做好路基排水設計，充分重視水對凍土路基穩(wěn)定性的影響，排水溝設置應與路基坡腳保持一定距離，而且盡量采用寬淺形式；⑤橋梁采用樁基礎時，樁端置于多年凍土層的卵石、碎石層中，單樁承載力值通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定。在樁澆筑時混凝土中應加防凍劑，以防混凝土在地下多年凍土中難以凝固；⑥成樁時一定要機械成孔，涵洞基礎、邊坡開挖時一定要迅速，防止熱融滑塌。

2.2 建筑工程

建筑物設計時采用通風基礎設計，建議樁端設于穩(wěn)定的多年凍土地層以下5m～8m，原則上采用保護凍土，可采用在擬建建筑物與地表之間設一高1.0m的通風帶，同時也能防止建筑物內的熱量沿建筑物傳入地下，破壞了凍土，導致基礎沉陷。

3 青藏高原主要的公路凍土病害

對公路具有危害性的是季節(jié)性融凍土層，由于0℃的冰在0℃的水體積膨脹比為Ⅰ/Ⅱ，融凍層的融凍造成地面的隆起下沉，一般初融時處泥濘流動狀態(tài)，水分蒸干后處于疏松狀態(tài)，由此而形成的融凍泥流、熱融滑塌等現(xiàn)象在凍土區(qū)廣泛分布，在青海鄂拉山、巴顏喀拉山一帶尤為明顯，該處整個坡體表層土層處于一種疏松狀態(tài)，并向下游蠕滑，坡度變換處或遇到阻力后，則向上隆起。

多年凍土區(qū)公路病害主要為道路翻漿，多為氣態(tài)水類翻漿，由于地勢高差，冬季氣溫很低，在溫差作用下土中水份以氣態(tài)形式向上運動聚積于路基頂部和路面結構層內，導致翻漿。

4 青藏高原公路凍土病害防治措施

（1）合理路基高度。在含土冰層、飽冰凍土以及富冰凍土路段按保護凍土原則設計時，則必須要使凍土上限不下降，較好的處理辦法就是加大路基填土高度。

（2）基土換填。在強凍脹性土上修建橋涵、路基，常去掉強凍脹性土，填入非凍脹性土。換填方法包括基底換填和基側換填，換填料應為含粉、粘粒不超過12%的粗顆粒土，換填深度和換填率根據(jù)當?shù)氐膬鼋Y深度和建筑物的特點決定，對于路堤，換填深度與路堤高度之和不小于保溫層計算厚度的115～210倍?；翐Q填法簡單適用，基本能永久消除凍脹危害。

（3）防滲隔水與排水。主要措施有:在路基下墊層設置砂墊層以隔斷毛細水上升；切方坡以上設置截水溝；填方路堤兩側設置斷面形式寬而淺的排水溝；地下水采用設置盲溝方法導流排至路基以外；坡腳積水路段可在路基10 m以外設置積水坑來降低地下水位。防滲隔水與排水系統(tǒng)應盡量遠離路基坡腳，排水應通常(暢)，并保證路堤坡腳5 m范圍以內無積水洼地。

（4）保溫。當埋藏較淺的地下冰可能融化或頻繁人為活動會破壞坡腳凍土時，可采用保溫層措施，如設置保溫護道、護腳等等，常用的保溫材料有泥炭、草皮、樹皮、爐渣、陶塊、泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫或粘性土等。但多數(shù)保溫材料隨吸濕其保溫效果會下降，且抗壓強度較低，如用塑膜軟包裝防止保溫材料潮濕，效果會更好。

（5）基土強夯。主要是將夯擊能作用在土表層上，以波的形式將能量傳給土體，在瞬間可將土體壓縮數(shù)厘米至幾十厘米。用此方法處理粘土、亞粘土、淤泥質粘土、新近填土以及強凍脹、嚴重翻漿的軟弱土，可使其密實度大為提高、含水量大為降低、滲透能力極大減小、地下水埋藏深度大大增加、地基承載力大大提高，最終使凍脹基本消除。

[1]劉慧；青藏鐵路凍土路基變形規(guī)律研究 [D]；西南交通大學；2011.

[2]王紹令；青藏高原東部凍土環(huán)境變化的初步探討；青海環(huán)境；2011.

[3]汪雙杰；高原多年凍土區(qū)公路路基穩(wěn)定及預測技術研究 [D]；東南大學；2009.

P5[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-318-1