■马文礼 魏占玺 武新宁 刘赟

（青海省环境地质勘查局 青海西宁 810007）

对青藏高原冻土灾害的探讨

■马文礼 魏占玺 武新宁 刘赟

（青海省环境地质勘查局 青海西宁 810007）

冻土属于特殊土，地形、地貌及气候等区域因素对其分布和工程性质具有重要的影响。本文通过对青藏高原冻土特征分析，提出了青藏高原公路冻土病害防治措施。

青藏高原冻土分布特征公路病害工程

0 前言

对冻土的分布进行研究时，可以根据地形地貌、气候等环境因素进行分析。同一冻土区内由于温度、水分等条件组合相近似，表现出冻土平面分布具有共同性；又因为地形起伏、相对高差较大，致使同一冻土区内冻土分布又呈现出垂直带性差异。

1 青藏高原冻土分布特征分析

青藏高原多年冻土区是世界中低纬度区海拔最高、面积最大的冻土区，也是典型的高原冻土区，冻土区面积达150万平方公里。青藏高原冻土区南北跨越12个纬度，东西横亘近30个经度，其地势特点是西北高、东南低，气候特点是西北部寒冷干旱，东南部温暖湿润。冻土区中心位于羌塘盆地，这里的冻土基本连续或大片分布，温度低，地下冰厚。由此向周边地区，随海拔高度降低，地温逐渐升高，连续或大片冻土区逐渐过渡为岛状多年冻土区。青藏高原地处中低纬度地带，纬度和海拔高度是控制高原气温的两个主要因素。青藏高原年平均气温的分布呈现以高原为中心向四周逐渐增高的闭合形式，同时又表现出东高西低、南高北低的分布格局。高原总体上分为三个低温中心:羌塘一可可西里低温中心，巴颜喀拉低温中心，和喜玛拉雅低温中心。其中羌塘一可可西里低温中心是三个低温中心中温度最低的一个，位于可可西里山至唐古拉山间的东经90℃、北纬34℃附近，其值低于一6℃。此外，高原月平均气温可低至一18℃，部分地区日均温度不高于0℃的天数一年中最多可达329天，特殊的地理环境和极高的海拔高度决定了高原低温空间分布的广泛性和时间分布的持续性。青藏高原多年冻土在平面上的分布基本上与地形的变化山脉的走向一致。根据地理位置和多年冻土的分布特征可将青藏高原冻土区大致分成4个区域，即阿尔金山一祁连山高山多年冻土区；以羌塘盆地为主体的大片连续多年冻土区；青南山原不口东部高山岛状多年冻土区；念青唐古拉山和喜马拉雅山高山岛状多年冻土区。从总体来看，青藏高原多年冻土的特征是温度高、厚度薄。

2 青藏高原冻土区工程防治措施

2.1 道路工程

①对季节性冻土主要采取：提高路基设计标高，完善边沟排水措施；采用透水性好的卵砾石料换填冻土表层粉土层；②对多年冻土路段，建议采用保持多年冻土上界面（冻土上限）的原则进行路基设计，根据中、高温地层的不同，采取不同的路面形式。相应的抬高路基，抬高路基不是说，路基抬高的越高对多年冻土的保护就越好，填方临界高度要经过分析计算确定；③路堑部分两侧斜坡部分应采用一定的比例开挖放坡，而且斜坡如果不进行防护，容易形成热融滑塌，如果进行防护，设立挡墙，冬季时形成严重的冻胀，挡墙结构容易被破坏，应注意工程措施及设计参数的选择；④做好路基排水设计，充分重视水对冻土路基稳定性的影响，排水沟设置应与路基坡脚保持一定距离，而且尽量采用宽浅形式；⑤桥梁采用桩基础时，桩端置于多年冻土层的卵石、碎石层中，单桩承载力值通过现场静载荷试验确定。在桩浇筑时混凝土中应加防冻剂，以防混凝土在地下多年冻土中难以凝固；⑥成桩时一定要机械成孔，涵洞基础、边坡开挖时一定要迅速，防止热融滑塌。

2.2 建筑工程

建筑物设计时采用通风基础设计，建议桩端设于稳定的多年冻土地层以下5m～8m，原则上采用保护冻土，可采用在拟建建筑物与地表之间设一高1.0m的通风带，同时也能防止建筑物内的热量沿建筑物传入地下，破坏了冻土，导致基础沉陷。

3 青藏高原主要的公路冻土病害

对公路具有危害性的是季节性融冻土层，由于0℃的冰在0℃的水体积膨胀比为Ⅰ/Ⅱ，融冻层的融冻造成地面的隆起下沉，一般初融时处泥泞流动状态，水分蒸干后处于疏松状态，由此而形成的融冻泥流、热融滑塌等现象在冻土区广泛分布，在青海鄂拉山、巴颜喀拉山一带尤为明显，该处整个坡体表层土层处于一种疏松状态，并向下游蠕滑，坡度变换处或遇到阻力后，则向上隆起。

多年冻土区公路病害主要为道路翻浆，多为气态水类翻浆，由于地势高差，冬季气温很低，在温差作用下土中水份以气态形式向上运动聚积于路基顶部和路面结构层内，导致翻浆。

4 青藏高原公路冻土病害防治措施

（1）合理路基高度。在含土冰层、饱冰冻土以及富冰冻土路段按保护冻土原则设计时，则必须要使冻土上限不下降，较好的处理办法就是加大路基填土高度。

（2）基土换填。在强冻胀性土上修建桥涵、路基，常去掉强冻胀性土，填入非冻胀性土。换填方法包括基底换填和基侧换填，换填料应为含粉、粘粒不超过12%的粗颗粒土，换填深度和换填率根据当地的冻结深度和建筑物的特点决定，对于路堤，换填深度与路堤高度之和不小于保温层计算厚度的115～210倍。基土换填法简单适用，基本能永久消除冻胀危害。

（3）防渗隔水与排水。主要措施有:在路基下垫层设置砂垫层以隔断毛细水上升；切方坡以上设置截水沟；填方路堤两侧设置断面形式宽而浅的排水沟；地下水采用设置盲沟方法导流排至路基以外；坡脚积水路段可在路基10 m以外设置积水坑来降低地下水位。防渗隔水与排水系统应尽量远离路基坡脚，排水应通常(畅)，并保证路堤坡脚5 m范围以内无积水洼地。

（4）保温。当埋藏较浅的地下冰可能融化或频繁人为活动会破坏坡脚冻土时，可采用保温层措施，如设置保温护道、护脚等等，常用的保温材料有泥炭、草皮、树皮、炉渣、陶块、泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫或粘性土等。但多数保温材料随吸湿其保温效果会下降，且抗压强度较低，如用塑膜软包装防止保温材料潮湿，效果会更好。

（5）基土强夯。主要是将夯击能作用在土表层上，以波的形式将能量传给土体，在瞬间可将土体压缩数厘米至几十厘米。用此方法处理粘土、亚粘土、淤泥质粘土、新近填土以及强冻胀、严重翻浆的软弱土，可使其密实度大为提高、含水量大为降低、渗透能力极大减小、地下水埋藏深度大大增加、地基承载力大大提高，最终使冻胀基本消除。

[1]刘慧；青藏铁路冻土路基变形规律研究 [D]；西南交通大学；2011.

[2]王绍令；青藏高原东部冻土环境变化的初步探讨；青海环境；2011.

[3]汪双杰；高原多年冻土区公路路基稳定及预测技术研究 [D]；东南大学；2009.

P5[文献码]B

1000-405X（2015）-10-318-1