青海省S312线玛多至色吾沟公路沿线多年冻土分布特征及防治措施论述

2016-04-14吴英波郭岐山马青莲

地球 2016年5期

关键词：玛多多年冻土结构层

■吴英波郭岐山马青莲

（青海省核工业地质局青海西宁810008）

青海省S312线玛多至色吾沟公路沿线多年冻土分布特征及防治措施论述

■吴英波郭岐山马青莲

（青海省核工业地质局青海西宁810008）

S312线玛多至色吾沟公路由长337km的玛多至色吾沟公路主线及长22km的扎陵湖至牛头碑公路支线工程构成，属二级公路标准，全线均展布青藏高原腹地，平均高度在4500m以上，地势高亢，气候寒冷，沿线共分布有12段少冰-多冰多年冻土及13段富冰-饱冰多年冻土，通过对区内多年冻土的调查、分析后，结合已有的成功防治经验，提出了更详尽的防治措施，对青海省多年冻土地区公路工程建设具有积极的指导意义。

多年冻土冻土沉陷灾害防治措施

1 工程概况

拟改建S312线玛多至色吾沟公路地处青海果洛州玛多县及玉树州曲麻莱县境内，由长337km的玛多至色吾沟公路主线及长22km的扎陵湖至牛头碑公路支线工程构成，主线路线总体走向为由东向西，起点K0+000位于玛多县黄河沿，接G214线K489+000公里处，经玛查理镇、扎陵湖鄂陵湖北、康穷、麻多、秋智，终点为色吾沟 (K337+000），接G215线（S308线曲麻莱至不冻泉公路）K262+770处，全长337Km。扎陵湖至牛头碑支线公路路线总体走向为北东-南西向，起点NK0+000由S312线玛多至色吾沟公路K74+000处引出，终点位于牛头碑，路线全长22km。主线公路采用二级公路标准进行改建，支线公路全线采用四级公路标准进行改建，其主要涉及大桥1座；中桥11座，小桥34座及相应的路基、涵洞工程。

2 地质环境条件

2.1 气象、水文

区内具有典型的高原大陆性半干旱气候类型，其特点是：四季不分明，昼夜温差大，冬季气候寒冷漫长，多风雪，易成雪灾；夏季气候凉爽短促，雨水较充足，中高山脉终年霜雪不断，降水分布地区差异明显，随地势升高降水量增加，且降雨主要集中在5～9月份，气温和蒸发量随海拔高度的增加而相对下降和减少，空气稀薄，缺氧严重，日照充足，年平均日照率达50～60%。

区内水文网发育，沿线水系以巴颜喀拉山为分水岭，以北属黄河水系，主要河流为卡日曲、约古列宗。以南为长江水系，主要河流为通天河左岸一级支流色吾曲。

2.2 地形地貌及地层

拟改建S312线玛多至色吾沟公路青藏高原腹地，平均高度在4500m以上，为我国地势上最高的一级台地，被称为地球“第三极”。本区自上新世以来随着青藏高原的强烈隆起，大面积的整体抬升和局部差异性构造运动奠定了本区山脉和盆地的基础，在地貌大区域上可分为构造侵蚀剥蚀高中山区（M1）、高海拔丘陵区(M2）及冰水侵蚀堆积高平原区（P1）、高海拔冲洪积河谷平原区（P2）。

区内出露的地层有石炭系三叠系（T）、新近系（N）及中更新统（Q2）、上更新统（Q3）及全新统（Q4）。

2.3 地质构造

线路区属于巴颜喀拉－松潘弧形构造带（Ⅱ1）中的昆仑山口-昌马河俯冲增生楔（Ⅱ1-1）及巴颜喀拉边缘前陆盆地（Ⅱ1-2）次级构造体系。其主体夹持于昆仑山口—甘德断裂和可可西里～金沙江断裂之间，展布方向北西西，著称巴颜喀拉山群，呈西窄东宽的楔形，由三叠系浅海相碎屑岩组成，区内褶皱断裂构造十分发育，北西西向为主构造，常密集成束分布。主要表现为逆冲兼走滑的脆性断层，形成时间早，活动期长，规模较大，多为区域性壳型大断裂和一般断裂；北东～北东东向和北西向两组断裂不发育，居从属地位，一般形成时间晚、规模小、活动期短，常切错北西西向主干断裂，具扭性断裂特点。

2.4 水文地质条件

依据区内特殊的自然环境条件，将地下水分为非多年冻土区内地下水及多年冻土地下水。再按含水层岩性、结构、水力特征等划分出评估区沿线的地下水类型为多年冻土区冻结层上水（松散岩类冻结层上水、基岩类冻结层上水）、冻结层下水及非多年冻土区（松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水）等六种地下水类型。

3 多年冻土特征

3.1 多年冻土的分布特征

公路沿线地处青藏高原腹地，地势高亢，气候寒冷，以巴颜喀拉山为界，北侧4215m、南侧4250m之上地区，大部分地区处于多年冻土（岩）区，均属中纬度高原冻土区（Ⅲ）中的青藏高原东南缘山地岛状多年冻土亚区（Ⅲ1），为大片连续的岛状多年冻土分布区。在河谷区由于地表水体的存在，导致大气层和地壳之间热量交换条件的改变而形成融区，呈带状分布，多局限于河流热影响范围内。沿线的黄河、“两湖沿湖地段”、黄河源区的卡日曲、约古宗列曲及色吾曲等河谷均有融区分布，因此根据据年冻土类型、融沉等级、融沉类别及工程地质条件细分为12段少冰—多冰多年冻土（冻岩）区（段）及13段富冰—饱冰多年冻土（冻岩）区（段）。

3.2 多年冻土的危害特征

冻土消融后沉陷危害性大小或冻土融沉性大小取决于土颗粒大小，及其粒度级配和含水量。路基为少冰—多冰冻土时，道路冻融沉陷深度一般较小，小于15cm；路基为多冰—富冰—饱冰冻土时，道路冻融沉陷深度一般大于15cm，甚至更大。在边坡切削坡段，引发热融滑塌的可能性较大；在填方段斜坡带引发浅部填土热融滑塌可能性较大；在桥涵地基开挖区加剧冻胀融沉致灾的可能性较大；路基高填方区因阻挡地表降水，有利于地表降水汇集、入渗而将给多年冻土输入较大热能而加剧冻胀融沉致灾的可能性较大；公路沥青路面的铺筑改变了地表与大气间的热交换关系，导致路面温度升高，而传递至路基以下的冻土层中，致使地温升高，产生冻土融沉而致使道路翻浆、开裂、沉降形成橡皮路、波形路。

4 多年冻土沉陷防治措施

多年冻土区的工程治理、防护一直是工程界中的一大难题，而通过青海省内已修建、运行的共玉（共和-玉树）高速公路、S309线杂多至囊谦公路多年冻土分布段所采取的防护措施进行对比、总结，提出以下防治方案：

4.1 路基工程

（1）少冰、多冰路段：当路基填高H≥H1(路面结构层+80cm）时，不清表，直接填筑50cm砂砾，同时进行冲击碾压，顶面设置一层土工格栅；当路基填高H＜H1(路面结构层+80cm）时，首先视实际地表情况清表10～40cm，然后填筑50cm砂砾，同时进行重型碾压，顶面设置一层土工格栅。土工格栅采用双向塑料土工格栅（抗拉强度≥80KN/m，延伸率≤10%）。当路基为挖方路段时，路面结构层下换填厚度为80cm的碎石。

（2）富冰及饱冰路段：当路基填高H≥H1(路面结构层+80cm）时，采用片、块石通风路基进行处理。片、块石通风厚度为0.9m～1.5m，材质要求为弱风化或未风化的新鲜硬质岩石，具有较强的抗冻融能力。片石层顶面设置小碎石找平层，粒径为5～10cm（碎石找平层不计厚度），然后铺筑20cm砂砾整平、反滤层。片、块石层与砂砾层间铺设双向塑料土工格栅（抗拉强度≥80KN/m，延伸率≤10%）。当路基高度H＜H1(路面结构层+80cm）时，地表换填厚度为80～120cm的碎石。当路基为挖方路段时，路面结构层下换填厚度为120cm的碎石，并在上路床低部设置XPS板，宽度为路基宽度，XPS板厚度为6cm。

4.2 桥涵工程

（1）多年冻土地区桥梁墩台基础必须埋藏在冻土层上限以下，亦即基础底面必须在多年冻土层之中，基础的埋置深度建议考虑冻土上限深度随气温的变化增量确定。

（2）冻土区的涵洞优先采用钢波纹管涵，基底根据波纹管设计要求换填砂砾。