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。
多年冻土工程分级注：1 总含水率为冰和未冻水的总质量与骨架质量之比；2 Wp——塑性含水率；3 盐渍化冻土、泥炭化冻土、腐殖土、高塑性黏土不在表列。
3.本工程研究的意义共和至结古高速公路穿越青藏高原东部边缘的高原冻土区、高山冻土区，其多年冻土环境具有以下特点：1）青藏高原东部边缘的多年冻土目前处于退化状态，抗热干扰能力低，热稳定性差。
大多属于不稳定多年冻土。
2）公路沿线融区较多，融区与多年冻土区过渡地带的多年冻土，年平均地温高，抗热干扰能力低，热稳定性差。
3）气候严寒，公路沿线冷生过程和冷生现象发育。
4）海拔高，空气稀薄，含氧量低。
5）环境脆弱，抗热干扰能力差，扰动后恢复困难，一经破坏，难以恢复，有的甚至永远无法恢复。
本段多年冻土地温在-0.3～-1.5℃，具有地温高、退化速率快、对热干扰更敏感、热稳定性更差等特点，具有强烈的垂直地带性。
主要为岛状不连续多年冻土和大片连续多年冻土，冻土类型以少冰、少冰-多冰冻土和富冰-饱冰冻土为主。
在多年冻土区，许多严重的工程问题，都是由高含冰量多年冻土的退化和融化引起的。
尽量少改变现存地表的状态（植被覆盖、水体分布、沼泽湿地分布、裸露地表的岩性成分和密实度等），尽量减少对地基多年冻土的热干扰，是维持多年冻土和冻土工程稳定的重要方法。
缺少对多年冻土环境和多年冻土工程特性的充分认识，将导致极高的施工和养护费用，有时甚至使冻土工程毁坏而不得不废弃重建。
多年冻土区土木工程的设计和施工，其核心问题是维持和改善多年冻土的地温场，以确保建筑物地基多年冻土的稳定。
在很多情况下，都是通过维持地基的冻结状态和控制地热状态变化在一个可接受的限度内，来解决多年冻土上建筑物基础的稳定问题的。
尽量维持多年冻土区自然环境不变是保障冻土工程稳定的正确途径。
共和至玉树（结古）高速公路是我国第一条穿越多年冻土区的高速公路，公路修筑等级高，技术难度大，对设计、施工质量，服务水平和服务功能提出了更高的要求。
第三章多冰、少冰路基施工技术研究1.工程概述本多冰、少冰地区海拔高，气候寒冷，年平均最低气温-10.3℃～-6.1℃，地区海拔位于4132～4320m之间。
据相关试验资料的研究分析，该地区多年冻土地温在-0.3℃～-1.5℃具有冻土地温高、退化速率快、对热干扰更敏感、冻土热稳定性更差等特点，具有强烈的垂直地带性。
多冰、少冰冻土冻结深度约2.0～3.0m，融化等级为I～II级，不融沉或弱融沉。
本合同段多年冻土分布总长28.2km，基中少冰、多冰冻土段长16.8km。
具体里程段及路基形式见下表：少冰、多冰冻土路段分布表本标段少冰、多冰冻土段路基土石方数量大，挖方较多，借土填方多，路基施工采用机械化作业，充分考虑工期要求与气候条件影响，配足设备，加快施工进度，确保工期。
路基施工以机械化施工为主，并满足高效、快速的施工原则，在设备选型上，充分考虑高原缺氧和气压低造成的功率损失等因素，尽可能先用功率大、效率高的机械。
数量上根据理论计算与实际相结合，并按效率降低50%－60%进行配备，确保生产能力大于进度指标要求，满足施工需要。
根据不同类型冻土路基施工的特点：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。
2.路基清表及草皮移植技术青藏高原海拔高，空气稀薄，气候寒冷、干旱，动植物种类少、生长期短、生物量低、生物链简单，生态系统中物质循环和能量的转换过程缓慢，至使本地区生态环境十分脆弱、敏感。