青藏高原多年冻土特征及处理措施研究

青藏高原多年冻土特征及处理措施研究

赵恒、张子阳

中交一公局第六工程有限公司  天津300451

摘要：青藏高原是我国重要组成部分，尤其数千米的海拔高度，并受到地势高度影响，使得青藏高原地区长期处于冻土状态。受到青藏高原多年冻土因素的影响，在地区建设等多个方面，同样带来了不同程度的影响。因此，要求重点做好青藏高原地区多年冻土的分析，把握其特征，提出针对性的处理措施，在科学处置的基础上，实现良好发展建设目标。

关键词：青藏高原；多年冻土；特征；处理措施

引言

青藏高原多年冻土具有明显的特殊性，但同时也有着一定的规律性。针对青藏高原多年冻土特征进行分析，以及整理处理措施的，需要人员采取科学有效的勘测方式进行综合勘探。同时，完善相应处理措施，可选择借鉴国外和青藏高原公路建设经验，对青藏高原多年冻土工程问题进行处理。

一、青藏高原自然地理概述与气象特征

第一，自然地理概述。对青藏高原地区自然地理环境进行分析，西起帕米尔高原，北起昆仑上，并分别向东侧与西侧延伸至川西、滇北横断山和喜马拉雅山。整理青藏高原面积，能够达到200万平方公里，并在南北走向上跨越了10个纬度。同时，对青藏高原的平均海拔进行分析，能够在4500m以上，是我国的第一台阶（如图1）。

第二，气候特征。对青藏高原气候特征进行分析，其线路穿过的地区多身处于大陆的内部，与海洋有着较远的距离。其中，虽然部分地区能够受到海洋性气候影响，如唐古拉山以南地区。但更多地区仍然是受到内陆干旱气候的影响。同时，青藏高原多为高原腹地，其本身也表现出了十分独特的冰缘干寒气候特征。青藏高原由于海拔非常高，其气候分布也呈现出垂直特点，有着气候多变、四季不分明、空隙稀薄、气压低等多项特点。分析显示，我国青藏高原地区从每年9月到次年4、5月会进入到长达9个月的冻结期。受到此种气候因素的影响，青藏高原也有着非常大的蒸发量，并明显超过降水量。青藏高原地区降水主要以雪和冰雹为主。其中，大约60-90%的降水集中在青藏高原的正温季节中[1]。

图1 项目地理位置

二、青藏高原多年冻土特征

针对我国青藏高原地区的多年冻土进行分析，多年冻土在平面表现上，呈现出了十分明显的连续整体分布特点（如图2）。其中，呈现出岛状融区特点的区域更多是大湖区域、深层温泉区域和大河区域。对多年冻土的垂直方向进行分析，多表现为衔接方式，然后在多年冻土发育和分布的过程中，明显受到了三向地带的控制影响。具体来看，青藏高原地区多年冻土的垂直性地带性更多是受到了热量因素和水分因素在海拔升高作用下的影响。青藏高原地区多年冻土的纬度地带性主要是受到了热量因素和南北差异因素的影响。青藏高原地区多年冻土的平面地带性主要是受到了大气环流因素和距离海洋远近因素的影响。

对青藏高原地区的多年冻土进行分析，其分布主要表现为多年冻土的分布界面以南。从造成这一情况的原因来看，更多是因为青藏高原地区受到了海拔高度因素的影响。在高海拔的作用下，促进了青藏高原地区多年冻土的长期发展。同时，青藏高原地区由于受到南北纬度差异化因素的影响，同样也在很大程度上决定了青藏高原地区多年冻土发育过程中的下界海拔高度。

对青藏高原地区多年冻土进行分析，在受到了海拔高度因素影响的同时，其本身也呈现着纬度的地带性规律。其中，随着纬度向南推移1°，青藏高原地区多年冻土在温度方面和厚度方面，便会表现出对高度与纬度地带性规律的服从[2]。

图2 平面优化设计示意图

三、青藏高原多年冻土处理措施

（一）路基工程

路基工程是青藏高原地区多年冻土处理的主要措施之一。其中，分别从低温稳定区、低温基本不稳定区、高温不稳定区、高温极不稳定区四个方面切入。在进行前两个方面处理时，主要采取多年冻土保护设计方式。在针对后两个区域进行处理时，主要采取延续融化速率的多年冻土设计方式。

具体来看，相关部门在开展青藏高原低温稳定区和低温基本稳定区的多年冻土处理工作期间，进行路基工程建设需要重点保证工程中路堤高度的合理性。同时，在面对低温基本稳定区多年冻土进行处理时，也需要针对存在于路基两边坡的散热面积进行适当增大。如此一来，便可以使区域内的多年冻土在整体上限不变，或者是上升的基础上，保证多年冻土路基的稳定性。

针对多年冻土区域的年平均地温进行分析，对比高温不稳定多年冻土的年平均地温和高温极不稳定多年冻土地区的年平均地温，前者为-1.0℃，后者为-0.5℃亲着明显高于后者。因此，针对这一情况，如果仅仅是对路面的高度进行调节，则很难保证多年冻土的稳定性。对此，这就需要工作人员能够把握好所处地质的不同条件，然后对与之对应的综合技术进行合理应用。

针对多年冻土区域中的内融区进行分析，往往同深季节冻土有着一定的相似性。工作人员在进行该区域处理时，需要对换填砂砾方式进行应用，然后一并做好土工膜隔断层的科学设置。同时，结合实际情况，同步做好保温处理。

在面对多年冻土沼泽区域和湿地区域进行处理的过程中，要求做好地基的处理。其中，针对其中表层的草皮一般不进行铲除，用土工格室内填砂砾或抛填片石。在操作中设置明确高度数值，一般为1m。在对其上部进行操作时，可对普通土进行填制，然后面向其二者之间，对复合土工隔膜断层进行设置。最后，针对路堤的两侧位置对互道进行设置。

针对多年冻土区域中的冰椎路基做好处理，对多年冻土区域中的冻胀丘做好处理。在实际处理过程中，工作人员选择应用砂砾来作为路堤的填料，并同步做好排水处理。之后，结合实际情况进行分析考量，可选择对档冰堤进行增设，对积冰沟进行增设。通过采取此种方式，有效实现融化水流的截排。

针对多年冻土区域的热融湖地段和路基进行处理。针对多年冻土区域的地基抛填片石进行处理。其中，对基底的下沉量做好预留，并同时选择在路堤的两侧位置对保温护道进行设置[3]。

（二）桥梁工程

在采用桥梁工程方式进行多年冻土处理的过程中，需要工作人员先行针对区域内的真实工程地质条件进行分析，然后结合分析的结果对基础的类型进行选择。其中，如果多年冻土具有高含冰量的特点，工作人员可选择对桩基础进行应用。然后设定多年冻土上线，安排上线之下的深度，将其设置与桥基上，从而保证桥梁工程达到良好的安全性与可靠性。

针对当前多年冻土中桥梁工程施工建设中存在的问题进行分析，更多是在桥台的后填土中出现了膨胀变形破坏问题，然后观察桥台的冻胀变形问题，其与路基融化下沉变形问题之间也表现出了平顺地过渡。因此，工作人员在开展设计工作期间，需要针对冻胀变形做好检算，针对融化下沉变形做好检算，从而确保桥梁工程能够得到更为平顺地过渡[4]。

桥梁工程建设中可选用钻孔灌注桩施工技术，以此来避免冻胀力产生。其中，实际嵌入的深度需要在冻土上限值或者是最大冻结深度之下，然后保证埋入护筒的深度大于冻土极限值。在完成成桩作业后，不得进行拆除，以此来对桩体表面的沁水性进行降低。实践中，如果面临更为严重的土体冻结，由于是土壤中含有较大冰体积，很容易加剧土壤硬度。因此，结合这一情况对钻孔方法进行应用，需要强化桥梁工程安全检查。施工人员可选择对地系梁底部高度和桥梁承台高度进行科学设置，使其能够高出地面0.3m以上。如此一来，在开展结构施工中，可有效控制土体冻胀力。

完成桥梁工程建设后，仍然需要面对高寒环境。因此，为保证桥梁工程的持久性，需要重点完善抗寒措施，可选择在桥梁工程结束施工后采取抗冰冻措施，如对油渣进行涂抹。其中，结合区域的特殊环境特点，要求确定油渣的正确涂抹位置，一般选择桥梁工程桥墩位置、承台两端位置同冻土发生接触的部位进行油渣涂抹，并以桥梁工程设计周期为指导，确定涂抹的厚度[5]。

（三）涵洞工程

涵洞工程是多年冻土处理中基础性工程。其中，对涵体进行分析，往往每一年都会受到反复冻融的影响。其中，冻结带来的变形影响和融化带来的变形影响彼此之间往往是双向的，并有着不完全可逆变形的特点。其中，针对涵洞工程中的防冻胀措施和融沉措施进行分析，主要体现在以下几个方面。

第一，针对适合的基础类型进行选择，针对施工的基础埋深进行选择。其中，可结合实际情况选择适当增大涵洞工程的基础埋深。通过适当增大涵洞工程的基础埋深，更有利于针对因为融沉所引起的变形问题进行有效处理。同时，从涵洞工程的轴向规律融深变化进行分析，在此基础上进行分段，并结合不同的分段对不同的基础埋深进行应用。

第二，设置保温层。在对保温层进行设置的过程中，需要具体分析埋深情况，结合埋深的实际情况来确定。其中，在进行涵洞工程的涵口处理时，对其深度进行设置，一般要在0.8m以上。在进出口段位置进行设置时，一般要在0.7m左右。同时，对埋置的宽度进行设置，需要保证埋置宽度同基础宽度的一致性。

第三，做好积水管理。实践中，重点是要防止在涵洞工程的进出口位置上出现积水。因此，可选择针对涵洞工程的轴向坡度进行适当增大，对涵洞的孔径进行适当增大，从而实现过水的畅通。

第四，关注涵洞工程建设中的不稳定地段。其中，尤其是要把握好一些有着大径流期的地段和大净流量的地段[6]。

结束语

综上所述，多年冻土是我国青藏高原地区表现出的自然特征。在对青藏高原多年冻土问题进行处理时，需要把握好其中特征，在此基础上制定科学合理的针对性处理方案，可采用路基工程、桥梁工程、涵洞工程、隧道工程等处理方式，实现理想处理目标。

参考文献：

[1] 谢梅珍,赵林,吴晓东等.青藏高原多年冻土区两种高寒草地生态系统土壤氮季节变化及其与环境因子的关系[J].冰川冻土,2022,44(05):1631-1639.

[2] 刘金科,姚济敏,谷良雷等.青藏高原多年冻土区地表能量收支过程及其对活动层影响的初步分析[J].冰川冻土,2022,44(06):1773-1783.

[3] 张宏刚,汪启龙.青藏高原多年冻土区露天煤矿边坡地温预测模型研究[J].中国安全生产科学技术,2023,19(04):56-63.

[4] 张方园,常娟,刘健等.青藏高原多年冻土区不同海拔土壤含水量对气候变化的响应——基于ELM模型[J].冰川冻土,2023,45(03):915-929.

[5] 殷路辉,赵林,胡国杰等.青藏高原工程走廊3个监测点多年冻土温度序列重建[J].科学通报,2023,68(15):1985-2000.

[6] 胡佳怡,赵林,王翀等.CLDAS地表温度产品在青藏高原多年冻土区的适用性评估与校正[J/OL].气候变化研究进展:1-17[2023-11-11].