高原多年冻土施工技术概论

青藏高原共玉公路花石峡段路基工程

施工技术研究

罗余良

（中铁十二局集团第一工程有限公司）

摘要：针对根据多年冻土的特殊工程地质性，结合共和至玉树公路多年冻土的实际地质情况，对冻土路基及桥梁的施工采取了灵活的处治原则。在冻土路基及桥梁施工中，处理技术的关键是尽量减少对冻土的扰动及破坏。

关键词：多年冻土路基工程桥梁工程施工技术

第一章工程概况

1．概述

共和至玉树（结古）公路改扩建工程，是G214线的重要组成部分，也是《青海省高速公路网规划》“3410网”中的一条南北纵线—“共和至多普玛高速公路”的重要组成部分，公路起点位于海南州共和县（与正在实施的京藏高速相接），终点位于玉树州结古镇（与结古镇至巴塘机场一级公路相连）。共和至玉树（结古）公路改扩建工程GYⅡ-SGC5标段，起点桩号：K336+000，终点桩号：K376+000，全线长40km，冻土路基段长28.2km。道路采用高速公路建设标准，设计速度80km/h，均为分离式路基，路基宽度10m。路线经苦海滩、醉马滩、红土坡垭口，地处海拔4100m～4290m之间。

主要路段划分情况：K336+000～K352+000苦海滩段，线路长16km，为平原区路段；K352+000～K364+000醉马滩段，线路长12km，为平原区路段；K364+000～K370+000红土坡路段，线路长12km，为丘岭路段。

主要工程数量有：路基开挖土石方21.4万m3，路基填方134.1万m3（其中片石路基26.4万m3），路基基底处理50万m3，路面371161m2，中桥134m/2座，小桥115.5m/7座，涵洞951.11m/39道，通道182m/19道。

2 地理、水文气候情况

2.1地形地貌

花石峡过境线位于青海省果洛州玛多县花石峡镇内,沿线地形平坦,开阔,属

山前冰水-冲洪积扇平原地貌.其主要特征为:大河冲洪积物与支沟洪积物在盆地和山间谷地边缘形成了大小不一的山前冲洪积扇裙,地形平坦略有起伏,从山麓到盆地中心地形坡度由陡变缓,坡度为3～15度,分布高程海拔一般在4100～4500米之间,该区是岛状和连续多年冻土分布区,第四松散堆积物分布广泛,冰缘作用十分发育,热融湖塘,热融洼地,冰胀丘,冻土草沼等冰缘地貌较普遍.

2.2 气象

公路所在地属于阿尼玛卿山长江南坡,有显著的高寒缺氧,气温低,光辐射强,日照时间长,昼夜温差大等典型的高原大型性气候特点,冬长夏短,年内无明显四季之分,只有冷暖之别,通常把冷暖两季分别称为冬季和夏季,冬季寒冷多风雪,夏季短暂,多暴雨,冰雹,自然条件极为严酷,风向多为西风,易受北方和西北方的寒流影响.受海拔影响,区内氧气含量仅为内地的60%.

本项目所在地区属高原大陆性气候,冬长夏短,寒冷变化急剧,无明显的四季之分,冬季寒冷多风雪,夏秋季虽短,却多暴雨冰雹,洪水.年平均气温在零度以下,昼夜温差大,无绝对无霜期,年平均降水量312～429.4毫米,降水期多集中在6～9月份,风向多西风,平均风速2.1～3.4m/s

本地区属黄河水系,沿线河流众多,雨雪多,地表水丰富,并且海拔高,气候寒冷且多变,施工期较短的气候特征将对工程实施产生不利影响.

太阳辐射:地处青藏高原腹地,大气稀薄,太阳辐射较强,其年太阳辐射总量约140～150千卡/厘米2.年,年时照数为2400～2600小时.

气温:区内年平均气温低于2.0℃,月平均气温最高在7月,达7～8℃,月平均气温最低在1月,约-15～-17℃,年极端最高气温为24℃,年极端最低气温为-40℃,年气温较差约为22～25℃.

降水量:勘察区内年平均降水量约为400～500毫米,降水量月分配不均匀,降水量主要集中在6～9月份.

风向风速:勘察区内风向多为西风,平均风速为2.1～3.4米/秒.

2.3 水文

区内水系以巴颜客拉山脉为界,以北均为黄河流域水系,其支流水系呈树枝发育,以南为长江流域水系,其支流水系由西向东,由北向南,汇入通天河;本项目花石峡过境线所属地段为黄河水系,其主要河流为花石峡河.

花石峡河发源于阿尼玛卿雪山南缘,源头距桥址约41km,汇水面积F=1600(km)2,汇水区形状呈扇形,下游21公里处注入冬给措纳湖后满溢托索河,然

后经香日德河,流入柴达木盆地形地潜流,属于内陆河流.该河平时水流较小,冬季有时干枯无水.洪水期洪水暴涨暴落,洪峰持续时间较短,约1～2天即退.据调查,每年均出现两次洪峰,而且暴雨洪峰大于融雪洪峰.4～5月份为融雪期,7～9月份为暴雨期.因该河属于季节性河道,淤冰情况变化不定.当丰水年时,上游水流较多,则淤冰较严重.当枯水年时,则淤冰很少,甚至无淤冰情况发生.一般情况下,在11月份冰封河道,次年4月份消冰开河,游冰最厚0.6～1.0m不等.但因河床宽浅,沙洲及浅槽较多,因而河槽淤冰较厚,沙洲处淤冰较薄有时甚至无淤冰情况发生.

2.4 地质构造及地震

共各至结古公路横跨青藏高原强烈隆起区东南部,按大地构造单元划分为三个构造体系,从北向南依次是秦岭-昆仑纬向构造体系,巴颜喀拉-松潘弧形构造带,青藏滇缅歹字型构造体系头部.

本项目花石峡过境线属巴颜喀拉-松潘弧形构造带,其地址构造主要特征为: 该地质构造西起昆仑山口,东至巴颜喀拉山,呈西窄东宽支契形,NW-SE向展布,线路区北起红土坡,南至巴颜喀拉山查龙穷,北部玛多-红土坡带内为下二叠系和三叠系组成复向斜褶皱,和夹持其间的新生界槽地,盆地,断裂多集中分布,断裂及褶皱呈NWW,NW向展布,多倾向NE,倾角较陡.

生成于海西期,定型于印支晚期,北与秦岭-昆仑纬向构造体系斜接,重接复合,南与青藏滇缅歹字型构造体系头部外围褶皱带平行分野,东段受SN向构造干扰.

第二章冻土的类型

1.冻土的类型划分

土是复杂的多相体系，由固、液和气三相物质组成。未冻土或融土中的固相

物质常包括矿物质和有机质、液相物质（水溶液）和气相物质（空气）等。固相物质组成了土的基本骨架，通常称为基质。液相和气相物充填在土骨架的空隙中。冻土中则增添了一种新的固相物质——冰。冻土，一般指温度在0℃或0℃以下，并含有冰的各种岩土和土壤。

按土的冻结状态保持的时间长短，冻土一般又可分为短时冻土（数小时、数日以至半月）、季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）三种类型。

多年冻土主要分布在青藏高原、帕米尔、西部高山（包括祁连山、阿尔金山、天山、西准噶尔山地和阿尔泰山等）、东北大小兴安岭以及东部地区一些高山顶部。其中，大小兴安岭的多年冻土又称高纬多年冻土，其余地区的多年冻土又称为高山多年冻土。

按土的特殊工程性质（主要根据冻土的粒度成分及总含量并考虑冻土的融沉特性）进行划分可分为：少冰冻土、多冻冻土、富冰冻土、饱冰冻土、含土冰层等五种类型。其中少冰、多冰冻土统称为低含冰量冻土，富冰冻土、饱冰冻土和

含土冰层又统称为高含冰量冻土。

2.各种类型冻土的特点

根据冻土的粒度成分及总含量并考虑冻土的融沉特性划分的冻土类型在工程上具有很强的指导意义：在含土冰层和饱冰冻土地段，应采取保护多年冻土的原则；在含水量大的富冰冻土地段，宜采取保护多年冻土的原则；在含水量小的富冰冻土地段，允许采用破坏多年冻土的原则；在少冰和多冰冻土地段，允许破坏多年冻土，并按一般路基进行设计和施工。

多年冻土地区公路建设最主要的工程地质问题是冻土的融化下沉问题，而冻土地基的热稳定性是多年冻土地区路基稳定性的核心，公路路基产生沉降变形的本质是路基下多年冻土热稳定性的丧失。各类冻土的融沉特性见下表。

多年冻土工程分级