青藏公路冻土地区研究与展望

(重庆交通大学 重庆 400074)

青藏公路冻土地区研究与展望

舒曾华

(重庆交通大学重庆400074)

为了研究规划中青藏高速公路沿线多年冻土地质特征，首先对高含冰量冻土与地下冰分布规律、多年冻土地表辨识标志以及多年冻土上限的勘察与确定等内容进行论述，并进一步讨论了多年冻土区公路工程地质区划与评价、冻土温度场分析特征、冻土区划与冻土地温的关系、公路冻土综合分类标准及多年冻土在气候转暖背景下退化的预警预报。

道路工程；青藏公路；综述；工程地质；多年冻土

一、引言

40多年来，青藏公路科研组对于青藏公路冻土工程技术的研究目的在于：认识高原多年冻土、探索高原多年冻土的分布规律，研究多年冻土区的高含冰量冻土与地下冰分布规律及其地表识别标志，研究多年冻土区公路工程地质条件、冻土温度场分布特征、冻土区划与冻土温度的关系，从而为公路冻土综合分类标准及多年冻土在气温转暖情况下的退化预警预报、路基路面及桥涵设计与施工和青藏公路运营期间道路病害的整治提供基础数据和技术支持。其显著增加的路基宽度以及厚重路面结构层对多年冻土地基承载力提出了更高的要求。

二、地下冰分布规律与地表识别标志

(一)地下冰与高含冰量冻土的分布规律。我们可以从三个方面来进行分析其中的分布规律，一，根据地形坡面。坡度大、覆盖层薄、排水条件好的地方不利于地下冰的生长，而坡度小、覆盖层厚、水分充足、植被容易生长的地方有利于地下冰发育。二，根据岩土性质进行判断。在泥炭土中常有含土冰层形成，在基岩中则一般形成少冰和多冰冻土，只有在强烈破碎带和风化带，且有足够水分补充时才有可能形成高含冰量冻土。三，通过对地貌单元的研究，得出其中规律。青藏公路沿线多年冻土区的大地貌单元可大致分为中高山区、低山丘陵区和河谷平原区3类。当这3类地貌单元处在不同的冻土地温带时，其地下冰的发育程度会有差异。在其他条件相同时，处于年平均地温较低的河谷平原区的地下冰发育程度比处于较高年平均地温的好。

(二)高含冰量冻土的地表识别标志。识别标志通常分为6类，因此我们需要对其进行更深入的研究，才能更清楚的判别。一，通过植被分析其划分类型。植被生长又对多年冻土起到保温作用而有利于下部多年冻土和地下冰的发育，两者相辅相成，因此在岛状多年冻土地带，植被生 长 茂 盛 往 往 指 示 其 下 部 有 多 年 冻 土 层存在。二，根据融冻泥流的发生地带进行分析。融冻泥流的发生地带也是高含冰量多年冻土地表识别的标志。融冻泥流堆积同时也是为上限附近地下冰的重复分凝提供了细粒土、充足的水分和适宜的共生条件，因此往往融冻泥流堆积越厚，地下冰的厚度就越大。三，在地势平坦的阶地、高平原地区等高含冰地段，因人为或 自 然因素 的 影响，其地下冰融化时，在地表形成凹地，凹地积水形成湖塘。凹地和湖塘部位的地下冰一般已融化或减少甚至消失，但却能指示其周围有高含冰冻土存在。四，冻胀丘中不仅有厚层地下冰核存在，且不同类型的冻胀丘还能指示其周围地区地下冰的分布情况。五，串珠状水系为热融湖塘串通以后形成，往往指示周围有厚层地下冰存在，切割微弱、水系密集成树枝状或多支流同汇于浅洼地的串状水系反映该地段排水不良，有利于高含冰量冻土生成。六，沼泽化湿地中细粒土发育、植被茂盛、常有泥炭层存在、腐殖质含量高水分充足，是高含冰量冻土，特别是含土冰层存在的一个良好的判别标志。

三、多年冻土地温、区划及预报

(一)多年冻土地温影响因素。冻土路基温度场对路基稳定性的影响主要体现在冻土上限的变化和冻土地基的弱化现象。首先，冻土上限是很重要的一个因素，冻土路基的人为上限变化是自然温度场、水分场和地质情况与人为因素综合作用的结果。人为上限因各种因素的增深致使路基下冻土上限在横断面方向上形成盘状的凹陷部分，即融化盘(或融化夹层)。其次，冻土低温也有很大的影响。多年冻土年平均地温是影响冻土路基融化夹层形成及厚度大小的重要因素。低温多年冻土地区路段一般在公路沿线的高山地区，如昆仑山、风火山、唐古拉山、头二九山等。高温冻土地区一般在青藏公路跨越的高平原、山间凹地与河谷等地带。然后，褐色沥青路面吸热也应当考虑。路面吸热及气候效应的必然结果是多年冻土的上限下降及年平均地温的升高。最后，路基阴阳坡效应也是非常大的影响因素。由于左右路肩的太阳辐射、地表湍流等热交换条件的差异，使路基中的地温分布状态在左右路肩有较大差异，左路肩明显高于右路肩，这一现象无论在高温区还是低温区都存在，左右路肩地温年平均相对差值在2 ℃左右路基下的最大融深不再是路基中心，而是向阳面的公路左侧偏移，使公路左侧产生了新的热融病害问题。

(二)冻土区划。从2002年起开展的公路冻土工程区划研究中，开始考虑多年冻土地区的公路与多年冻土相互作用、工程病害的产生机理及其发展规律，并将冻土类型与冻土地温作为主要区划指标。为了便于工程应用，在一、二级区划的基础上，将冻土分为高含冰量冻土(富冰冻土、饱冰冻土与含土冰层)和低含冰量冻土(少冰冻土、多冰冻土)两类，提出三级区划。

(三)多年冻土地质工程评价。在多年冻土区划的基础上，考虑冻土的含冰量及冻土的融沉性和冻胀性等工程性质，对其工程地质评价可分为：①良好工程地质地段，一般在公路工程设计时可不考虑冻土地基的融化及冻胀问题；②较好工程地质地段，有一些路基的冻胀和融沉问题，只需采取一些简单的工程措施即可防治道路破坏；③不良工程地质地段，往往出现较大的融沉量，道路破坏严重，须采取特殊措施进行处理才能保持道路的稳定性。

(四)多年冻土的预警预报。根据青藏公路沿线年平均地温与海拔、纬度的关系，年平均气温与年平均地温间的关系，以及多年冻土的稳定性分类，采用英国 Hadley 气候预测与研究中心的海洋-大气耦 合型的 GCM 气候情景模型对青藏公路沿线地区的气候 变化趋势进行了预测。受气候转暖的影响，各地温带间正在发生转化：极稳定带向稳定带转化，稳定带向亚稳定带转化，亚稳定带向不稳定带转化，不稳定带处于长期的多年冻土退化阶段。

四、结束语

(一)为把握冻土工程技术研究的前沿，更好地服务于国民经济建设、国家安全的需要，进一步开展高等级公路需求下冻土工程地质的相关研究，是确保高寒高海拔地区公路畅通的重要需求。

(二)多年冻土地区高速公路路基下部季节活动层中的水热活动过程是需要重点关注的部位，除了需要控制冻土退化速度，对季节活动层的变形也需要开展相应的处治措施研究。

[1]汪双杰，霍明，周文锦.青藏公路多年路基病害[J].公路，2004(5):22-26.

舒曾华(1992-)，男，汉，重庆，研究生，重庆交通大学，工程管理。