青海省S312線瑪多至色吾溝公路沿線多年凍土分布特征及防治措施論述

■吳英波 郭岐山 馬青蓮

（青海省核工業地質局青海西寧810008）

青海省S312線瑪多至色吾溝公路沿線多年凍土分布特征及防治措施論述

■吳英波 郭岐山 馬青蓮

（青海省核工業地質局青海西寧810008）

S312線瑪多至色吾溝公路由長337km的瑪多至色吾溝公路主線及長22km的扎陵湖至牛頭碑公路支線工程構成，屬二級公路標準，全線均展布青藏高原腹地，平均高度在4500m以上，地勢高亢，氣候寒冷，沿線共分布有12段少冰-多冰多年凍土及13段富冰-飽冰多年凍土，通過對區內多年凍土的調查、分析后，結合已有的成功防治經驗，提出了更詳盡的防治措施，對青海省多年凍土地區公路工程建設具有積極的指導意義。

多年凍土 凍土沉陷災害防治措施

1 工程概況

擬改建S312線瑪多至色吾溝公路地處青海果洛州瑪多縣及玉樹州曲麻萊縣境內，由長337km的瑪多至色吾溝公路主線及長22km的扎陵湖至牛頭碑公路支線工程構成，主線路線總體走向為由東向西，起點K0+000位于瑪多縣黃河沿，接G214線K489+000公里處，經瑪查理鎮、扎陵湖鄂陵湖北、康窮、麻多、秋智，終點為色吾溝 (K337+000），接G215線（S308線曲麻萊至不凍泉公路）K262+770處，全長337Km。扎陵湖至牛頭碑支線公路路線總體走向為北東-南西向，起點NK0+000由S312線瑪多至色吾溝公路K74+000處引出，終點位于牛頭碑，路線全長22km。主線公路采用二級公路標準進行改建，支線公路全線采用四級公路標準進行改建，其主要涉及大橋1座；中橋11座，小橋34座及相應的路基、涵洞工程。

2 地質環境條件

2.1 氣象、水文

區內具有典型的高原大陸性半干旱氣候類型，其特點是：四季不分明，晝夜溫差大，冬季氣候寒冷漫長，多風雪，易成雪災；夏季氣候涼爽短促，雨水較充足，中高山脈終年霜雪不斷，降水分布地區差異明顯，隨地勢升高降水量增加，且降雨主要集中在5～9月份，氣溫和蒸發量隨海拔高度的增加而相對下降和減少，空氣稀薄，缺氧嚴重，日照充足，年平均日照率達50～60%。

區內水文網發育，沿線水系以巴顏喀拉山為分水嶺，以北屬黃河水系，主要河流為卡日曲、約古列宗。以南為長江水系，主要河流為通天河左岸一級支流色吾曲。

2.2 地形地貌及地層

擬改建S312線瑪多至色吾溝公路青藏高原腹地，平均高度在4500m以上，為我國地勢上最高的一級臺地，被稱為地球“第三極”。本區自上新世以來隨著青藏高原的強烈隆起，大面積的整體抬升和局部差異性構造運動奠定了本區山脈和盆地的基礎，在地貌大區域上可分為構造侵蝕剝蝕高中山區（M1）、高海拔丘陵區(M2）及冰水侵蝕堆積高平原區（P1）、高海拔沖洪積河谷平原區（P2）。

區內出露的地層有石炭系三疊系（T）、新近系（N）及中更新統（Q2）、上更新統（Q3）及全新統（Q4）。

2.3 地質構造

線路區屬于巴顏喀拉－松潘弧形構造帶（Ⅱ1）中的昆侖山口-昌馬河俯沖增生楔（Ⅱ1-1）及巴顏喀拉邊緣前陸盆地（Ⅱ1-2）次級構造體系。其主體夾持于昆侖山口—甘德斷裂和可可西里～金沙江斷裂之間，展布方向北西西，著稱巴顏喀拉山群，呈西窄東寬的楔形，由三疊系淺海相碎屑巖組成，區內褶皺斷裂構造十分發育，北西西向為主構造，常密集成束分布。主要表現為逆沖兼走滑的脆性斷層，形成時間早，活動期長，規模較大，多為區域性殼型大斷裂和一般斷裂；北東～北東東向和北西向兩組斷裂不發育，居從屬地位，一般形成時間晚、規模小、活動期短，常切錯北西西向主干斷裂，具扭性斷裂特點。

2.4 水文地質條件

依據區內特殊的自然環境條件，將地下水分為非多年凍土區內地下水及多年凍土地下水。再按含水層巖性、結構、水力特征等劃分出評估區沿線的地下水類型為多年凍土區凍結層上水（松散巖類凍結層上水、基巖類凍結層上水）、凍結層下水及非多年凍土區（松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水）等六種地下水類型。

3 多年凍土特征

3.1 多年凍土的分布特征

公路沿線地處青藏高原腹地，地勢高亢，氣候寒冷，以巴顏喀拉山為界，北側4215m、南側4250m之上地區，大部分地區處于多年凍土（巖）區，均屬中緯度高原凍土區（Ⅲ）中的青藏高原東南緣山地島狀多年凍土亞區（Ⅲ1），為大片連續的島狀多年凍土分布區。在河谷區由于地表水體的存在，導致大氣層和地殼之間熱量交換條件的改變而形成融區，呈帶狀分布，多局限于河流熱影響范圍內。沿線的黃河、“兩湖沿湖地段”、黃河源區的卡日曲、約古宗列曲及色吾曲等河谷均有融區分布，因此根據據年凍土類型、融沉等級、融沉類別及工程地質條件細分為12段少冰—多冰多年凍土（凍巖）區（段）及13段富冰—飽冰多年凍土（凍巖）區（段）。

3.2 多年凍土的危害特征

凍土消融后沉陷危害性大小或凍土融沉性大小取決于土顆粒大小，及其粒度級配和含水量。路基為少冰—多冰凍土時，道路凍融沉陷深度一般較小，小于15cm；路基為多冰—富冰—飽冰凍土時，道路凍融沉陷深度一般大于15cm，甚至更大。在邊坡切削坡段，引發熱融滑塌的可能性較大；在填方段斜坡帶引發淺部填土熱融滑塌可能性較大；在橋涵地基開挖區加劇凍脹融沉致災的可能性較大；路基高填方區因阻擋地表降水，有利于地表降水匯集、入滲而將給多年凍土輸入較大熱能而加劇凍脹融沉致災的可能性較大；公路瀝青路面的鋪筑改變了地表與大氣間的熱交換關系，導致路面溫度升高，而傳遞至路基以下的凍土層中，致使地溫升高，產生凍土融沉而致使道路翻漿、開裂、沉降形成橡皮路、波形路。

4 多年凍土沉陷防治措施

多年凍土區的工程治理、防護一直是工程界中的一大難題，而通過青海省內已修建、運行的共玉（共和-玉樹）高速公路、S309線雜多至囊謙公路多年凍土分布段所采取的防護措施進行對比、總結，提出以下防治方案：

4.1 路基工程

（1）少冰、多冰路段：當路基填高H≥H1(路面結構層+80cm）時，不清表，直接填筑50cm砂礫，同時進行沖擊碾壓，頂面設置一層土工格柵；當路基填高H＜H1(路面結構層+80cm）時，首先視實際地表情況清表10～40cm，然后填筑50cm砂礫，同時進行重型碾壓，頂面設置一層土工格柵。土工格柵采用雙向塑料土工格柵（抗拉強度≥80KN/m，延伸率≤10%）。當路基為挖方路段時，路面結構層下換填厚度為80cm的碎石。

（2）富冰及飽冰路段：當路基填高H≥H1(路面結構層+80cm）時，采用片、塊石通風路基進行處理。片、塊石通風厚度為0.9m～1.5m，材質要求為弱風化或未風化的新鮮硬質巖石，具有較強的抗凍融能力。片石層頂面設置小碎石找平層，粒徑為5～10cm（碎石找平層不計厚度），然后鋪筑20cm砂礫整平、反濾層。片、塊石層與砂礫層間鋪設雙向塑料土工格柵（抗拉強度≥80KN/m，延伸率≤10%）。當路基高度H＜H1(路面結構層+80cm）時，地表換填厚度為80～120cm的碎石。當路基為挖方路段時，路面結構層下換填厚度為120cm的碎石，并在上路床低部設置XPS板，寬度為路基寬度，XPS板厚度為6cm。

4.2 橋涵工程

（1）多年凍土地區橋梁墩臺基礎必須埋藏在凍土層上限以下，亦即基礎底面必須在多年凍土層之中，基礎的埋置深度建議考慮凍土上限深度隨氣溫的變化增量確定。

（2）凍土區的涵洞優先采用鋼波紋管涵，基底根據波紋管設計要求換填砂礫。

5 結論、建議

（1）擬改建S312線瑪多至色吾溝公路青藏高原腹地，平均高度在4500m以上，氣候寒冷，除河、湖有融區外，共分布有12段少冰—多冰多年凍土（凍巖）區（段）及13段富冰—飽冰多年凍土（凍巖）區（段）。

（2）公路瀝青路面的鋪筑改變了地表與大氣間的熱交換關系，同時在車輛碾壓及陽光照射下路面溫度升高，而傳遞至路基以下的凍土層中，致使地溫升高，產生凍土融沉，致使道路翻漿、開裂、沉降形成橡皮路、波形路，而引發凍土沉陷災害。

（3）通過對青海省境內同類工程中所采取的防治效果對比可知，路堤下部設置保溫材料，提高路堤（采用碎石類土），增大孔隙度，防止毛細水上升，可有效的防治多年凍土沉陷災害。

[1]施雅風等.1998.青藏高原晚新生代隆升與環境變化,廣州：廣東科技出版社.

[2]張森琦,王永貴等主編.2002.黃河源區生態環境地質調查報告.地質調查專報C第2-03-02號.

[3]程國棟,何平等主編.2001.多年凍土區線性工程建設.冰川凍土Vol.23 No.3.

[4]吳英波,段順榮等主編.青海省曲麻萊縣地質災害詳細調查報告［R］，西寧，2012年.

P694[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-441-2