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(yè)地質(zhì)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(yè)地質(zhì)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(gòu)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(qū)內(nèi)多年凍土的調(diào)查、分析后，結(jié)合已有的成功防治經(jīng)驗，提出了更詳盡的防治措施，對青海省多年凍土地區(qū)公路工程建設(shè)具有積極的指導(dǎo)意義。

多年凍土 凍土沉陷災(zāi)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(nèi)，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(gòu)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(jīng)瑪查理鎮(zhèn)、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(yīng)的路基、涵洞工程。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 氣象、水文

區(qū)內(nèi)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(fēng)雪，易成雪災(zāi)；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(qū)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(fā)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(qū)內(nèi)水文網(wǎng)發(fā)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(qū)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(gòu)造運動奠定了本區(qū)山脈和盆地的基礎(chǔ)，在地貌大區(qū)域上可分為構(gòu)造侵蝕剝蝕高中山區(qū)（M1）、高海拔丘陵區(qū)(M2）及冰水侵蝕堆積高平原區(qū)（P1）、高海拔沖洪積河谷平原區(qū)（P2）。

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

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

線路區(qū)屬于巴顏喀拉－松潘弧形構(gòu)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(gòu)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(qū)內(nèi)褶皺斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，北西西向為主構(gòu)造，常密集成束分布。主要表現(xiàn)為逆沖兼走滑的脆性斷層，形成時間早，活動期長，規(guī)模較大，多為區(qū)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(fā)育，居從屬地位，一般形成時間晚、規(guī)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(zhì)條件

依據(jù)區(qū)內(nèi)特殊的自然環(huán)境條件，將地下水分為非多年凍土區(qū)內(nèi)地下水及多年凍土地下水。再按含水層巖性、結(jié)構(gòu)、水力特征等劃分出評估區(qū)沿線的地下水類型為多年凍土區(qū)凍結(jié)層上水（松散巖類凍結(jié)層上水、基巖類凍結(jié)層上水）、凍結(jié)層下水及非多年凍土區(qū)（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(cè)4215m、南側(cè)4250m之上地區(qū)，大部分地區(qū)處于多年凍土（巖）區(qū)，均屬中緯度高原凍土區(qū)（Ⅲ）中的青藏高原東南緣山地島狀多年凍土亞區(qū)（Ⅲ1），為大片連續(xù)的島狀多年凍土分布區(qū)。在河谷區(qū)由于地表水體的存在，導(dǎo)致大氣層和地殼之間熱量交換條件的改變而形成融區(qū)，呈帶狀分布，多局限于河流熱影響范圍內(nèi)。沿線的黃河、“兩湖沿湖地段”、黃河源區(qū)的卡日曲、約古宗列曲及色吾曲等河谷均有融區(qū)分布，因此根據(jù)據(jù)年凍土類型、融沉等級、融沉類別及工程地質(zhì)條件細分為12段少冰—多冰多年凍土（凍巖）區(qū)（段）及13段富冰—飽冰多年凍土（凍巖）區(qū)（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?xí)r，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?xí)r，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(fā)熱融滑塌的可能性較大；在填方段斜坡帶引發(fā)淺部填土熱融滑塌可能性較大；在橋涵地基開挖區(qū)加劇凍脹融沉致災(zāi)的可能性較大；路基高填方區(qū)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(zāi)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(guān)系，導(dǎo)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(chǎn)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(qū)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(nèi)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(jié)，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(jié)構(gòu)層+80cm）時，不清表，直接填筑50cm砂礫，同時進行沖擊碾壓，頂面設(shè)置一層土工格柵；當路基填高H＜H1(路面結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)層下?lián)Q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(jié)構(gòu)層+80cm）時，采用片、塊石通風(fēng)路基進行處理。片、塊石通風(fēng)厚度為0.9m～1.5m，材質(zhì)要求為弱風(fēng)化或未風(fēng)化的新鮮硬質(zhì)巖石，具有較強的抗凍融能力。片石層頂面設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層下?lián)Q填厚度為120cm的碎石，并在上路床低部設(shè)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(qū)橋梁墩臺基礎(chǔ)必須埋藏在凍土層上限以下，亦即基礎(chǔ)底面必須在多年凍土層之中，基礎(chǔ)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(qū)的涵洞優(yōu)先采用鋼波紋管涵，基底根據(jù)波紋管設(shè)計要求換填砂礫。

5 結(jié)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(qū)外，共分布有12段少冰—多冰多年凍土（凍巖）區(qū)（段）及13段富冰—飽冰多年凍土（凍巖）區(qū)（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(guān)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(chǎn)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(fā)凍土沉陷災(zāi)害。

（3）通過對青海省境內(nèi)同類工程中所采取的防治效果對比可知，路堤下部設(shè)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(zāi)害。

[1]施雅風(fēng)等.1998.青藏高原晚新生代隆升與環(huán)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(qū)生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報告.地質(zhì)調(diào)查專報C第2-03-02號.

[3]程國棟,何平等主編.2001.多年凍土區(qū)線性工程建設(shè).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(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查報告［R］，西寧，2012年.

P694[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-441-2