(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

青藏公路凍土地區(qū)研究與展望

舒曾華

(重慶交通大學(xué)重慶400074)

為了研究規(guī)劃中青藏高速公路沿線多年凍土地質(zhì)特征，首先對高含冰量凍土與地下冰分布規(guī)律、多年凍土地表辨識(shí)標(biāo)志以及多年凍土上限的勘察與確定等內(nèi)容進(jìn)行論述，并進(jìn)一步討論了多年凍土區(qū)公路工程地質(zhì)區(qū)劃與評價(jià)、凍土溫度場分析特征、凍土區(qū)劃與凍土地溫的關(guān)系、公路凍土綜合分類標(biāo)準(zhǔn)及多年凍土在氣候轉(zhuǎn)暖背景下退化的預(yù)警預(yù)報(bào)。

道路工程；青藏公路；綜述；工程地質(zhì)；多年凍土

一、引言

40多年來，青藏公路科研組對于青藏公路凍土工程技術(shù)的研究目的在于：認(rèn)識(shí)高原多年凍土、探索高原多年凍土的分布規(guī)律，研究多年凍土區(qū)的高含冰量凍土與地下冰分布規(guī)律及其地表識(shí)別標(biāo)志，研究多年凍土區(qū)公路工程地質(zhì)條件、凍土溫度場分布特征、凍土區(qū)劃與凍土溫度的關(guān)系，從而為公路凍土綜合分類標(biāo)準(zhǔn)及多年凍土在氣溫轉(zhuǎn)暖情況下的退化預(yù)警預(yù)報(bào)、路基路面及橋涵設(shè)計(jì)與施工和青藏公路運(yùn)營期間道路病害的整治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。其顯著增加的路基寬度以及厚重路面結(jié)構(gòu)層對多年凍土地基承載力提出了更高的要求。

二、地下冰分布規(guī)律與地表識(shí)別標(biāo)志

(一)地下冰與高含冰量凍土的分布規(guī)律。我們可以從三個(gè)方面來進(jìn)行分析其中的分布規(guī)律，一，根據(jù)地形坡面。坡度大、覆蓋層薄、排水條件好的地方不利于地下冰的生長，而坡度小、覆蓋層厚、水分充足、植被容易生長的地方有利于地下冰發(fā)育。二，根據(jù)巖土性質(zhì)進(jìn)行判斷。在泥炭土中常有含土冰層形成，在基巖中則一般形成少冰和多冰凍土，只有在強(qiáng)烈破碎帶和風(fēng)化帶，且有足夠水分補(bǔ)充時(shí)才有可能形成高含冰量凍土。三，通過對地貌單元的研究，得出其中規(guī)律。青藏公路沿線多年凍土區(qū)的大地貌單元可大致分為中高山區(qū)、低山丘陵區(qū)和河谷平原區(qū)3類。當(dāng)這3類地貌單元處在不同的凍土地溫帶時(shí)，其地下冰的發(fā)育程度會(huì)有差異。在其他條件相同時(shí)，處于年平均地溫較低的河谷平原區(qū)的地下冰發(fā)育程度比處于較高年平均地溫的好。

(二)高含冰量凍土的地表識(shí)別標(biāo)志。識(shí)別標(biāo)志通常分為6類，因此我們需要對其進(jìn)行更深入的研究，才能更清楚的判別。一，通過植被分析其劃分類型。植被生長又對多年凍土起到保溫作用而有利于下部多年凍土和地下冰的發(fā)育，兩者相輔相成，因此在島狀多年凍土地帶，植被生 長 茂 盛 往 往 指 示 其 下 部 有 多 年 凍 土 層存在。二，根據(jù)融凍泥流的發(fā)生地帶進(jìn)行分析。融凍泥流的發(fā)生地帶也是高含冰量多年凍土地表識(shí)別的標(biāo)志。融凍泥流堆積同時(shí)也是為上限附近地下冰的重復(fù)分凝提供了細(xì)粒土、充足的水分和適宜的共生條件，因此往往融凍泥流堆積越厚，地下冰的厚度就越大。三，在地勢平坦的階地、高平原地區(qū)等高含冰地段，因人為或 自 然因素 的 影響，其地下冰融化時(shí)，在地表形成凹地，凹地積水形成湖塘。凹地和湖塘部位的地下冰一般已融化或減少甚至消失，但卻能指示其周圍有高含冰凍土存在。四，凍脹丘中不僅有厚層地下冰核存在，且不同類型的凍脹丘還能指示其周圍地區(qū)地下冰的分布情況。五，串珠狀水系為熱融湖塘串通以后形成，往往指示周圍有厚層地下冰存在，切割微弱、水系密集成樹枝狀或多支流同匯于淺洼地的串狀水系反映該地段排水不良，有利于高含冰量凍土生成。六，沼澤化濕地中細(xì)粒土發(fā)育、植被茂盛、常有泥炭層存在、腐殖質(zhì)含量高水分充足，是高含冰量凍土，特別是含土冰層存在的一個(gè)良好的判別標(biāo)志。

三、多年凍土地溫、區(qū)劃及預(yù)報(bào)

(一)多年凍土地溫影響因素。凍土路基溫度場對路基穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在凍土上限的變化和凍土地基的弱化現(xiàn)象。首先，凍土上限是很重要的一個(gè)因素，凍土路基的人為上限變化是自然溫度場、水分場和地質(zhì)情況與人為因素綜合作用的結(jié)果。人為上限因各種因素的增深致使路基下凍土上限在橫斷面方向上形成盤狀的凹陷部分，即融化盤(或融化夾層)。其次，凍土低溫也有很大的影響。多年凍土年平均地溫是影響凍土路基融化夾層形成及厚度大小的重要因素。低溫多年凍土地區(qū)路段一般在公路沿線的高山地區(qū)，如昆侖山、風(fēng)火山、唐古拉山、頭二九山等。高溫凍土地區(qū)一般在青藏公路跨越的高平原、山間凹地與河谷等地帶。然后，褐色瀝青路面吸熱也應(yīng)當(dāng)考慮。路面吸熱及氣候效應(yīng)的必然結(jié)果是多年凍土的上限下降及年平均地溫的升高。最后，路基陰陽坡效應(yīng)也是非常大的影響因素。由于左右路肩的太陽輻射、地表湍流等熱交換條件的差異，使路基中的地溫分布狀態(tài)在左右路肩有較大差異，左路肩明顯高于右路肩，這一現(xiàn)象無論在高溫區(qū)還是低溫區(qū)都存在，左右路肩地溫年平均相對差值在2 ℃左右路基下的最大融深不再是路基中心，而是向陽面的公路左側(cè)偏移，使公路左側(cè)產(chǎn)生了新的熱融病害問題。

(二)凍土區(qū)劃。從2002年起開展的公路凍土工程區(qū)劃研究中，開始考慮多年凍土地區(qū)的公路與多年凍土相互作用、工程病害的產(chǎn)生機(jī)理及其發(fā)展規(guī)律，并將凍土類型與凍土地溫作為主要區(qū)劃指標(biāo)。為了便于工程應(yīng)用，在一、二級(jí)區(qū)劃的基礎(chǔ)上，將凍土分為高含冰量凍土(富冰凍土、飽冰凍土與含土冰層)和低含冰量凍土(少冰凍土、多冰凍土)兩類，提出三級(jí)區(qū)劃。

(三)多年凍土地質(zhì)工程評價(jià)。在多年凍土區(qū)劃的基礎(chǔ)上，考慮凍土的含冰量及凍土的融沉性和凍脹性等工程性質(zhì)，對其工程地質(zhì)評價(jià)可分為：①良好工程地質(zhì)地段，一般在公路工程設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮凍土地基的融化及凍脹問題；②較好工程地質(zhì)地段，有一些路基的凍脹和融沉問題，只需采取一些簡單的工程措施即可防治道路破壞；③不良工程地質(zhì)地段，往往出現(xiàn)較大的融沉量，道路破壞嚴(yán)重，須采取特殊措施進(jìn)行處理才能保持道路的穩(wěn)定性。

(四)多年凍土的預(yù)警預(yù)報(bào)。根據(jù)青藏公路沿線年平均地溫與海拔、緯度的關(guān)系，年平均氣溫與年平均地溫間的關(guān)系，以及多年凍土的穩(wěn)定性分類，采用英國 Hadley 氣候預(yù)測與研究中心的海洋-大氣耦 合型的 GCM 氣候情景模型對青藏公路沿線地區(qū)的氣候 變化趨勢進(jìn)行了預(yù)測。受氣候轉(zhuǎn)暖的影響，各地溫帶間正在發(fā)生轉(zhuǎn)化：極穩(wěn)定帶向穩(wěn)定帶轉(zhuǎn)化，穩(wěn)定帶向亞穩(wěn)定帶轉(zhuǎn)化，亞穩(wěn)定帶向不穩(wěn)定帶轉(zhuǎn)化，不穩(wěn)定帶處于長期的多年凍土退化階段。

四、結(jié)束語

(一)為把握凍土工程技術(shù)研究的前沿，更好地服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國家安全的需要，進(jìn)一步開展高等級(jí)公路需求下凍土工程地質(zhì)的相關(guān)研究，是確保高寒高海拔地區(qū)公路暢通的重要需求。

(二)多年凍土地區(qū)高速公路路基下部季節(jié)活動(dòng)層中的水熱活動(dòng)過程是需要重點(diǎn)關(guān)注的部位，除了需要控制凍土退化速度，對季節(jié)活動(dòng)層的變形也需要開展相應(yīng)的處治措施研究。

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

舒曾華(1992-)，男，漢，重慶，研究生，重慶交通大學(xué)，工程管理。