青藏高寒地区公路涎流冰病害的成因及防治

2022-09-11

涎流冰, 是我国高寒地区一种特殊的工程地质现象, 是山区公路一种常见的工程地质病害, 在工程地质学中称为冰椎。近几年来在青藏高寒地区公路的建设中, 不同程度出现有涎流冰产生的公路病害, 影响了正常的交通运输。

1 涎流冰的类型及形成条件

1.1 涎流冰的类型

青藏高寒地区公路涎流冰分布十分广泛, 种类也多种多样。按涎流冰的形成位置划分主要有两种类型:一类系山坡涎流冰, 另一类系河谷涎流冰。

1.2 涎流冰的形成条件

公路涎流冰的形成有其特定的条件。主要决定于特殊水文地质构造下, 密闭水体的冻结—压力作用、地下水、负气温、地形地貌等等。此外, 多年冻土、季节性冻土及覆盖层等, 也是形成涎流冰的主要因素。

1.2.1 特殊的水文地质构造

涎流冰一般都出现在地势低洼、沟口及山麓地带, 以山坡涎流冰为主要特征。由涎流冰地带典型水文地质剖面图 (见图1) 可以看出, 其上为透水性好的腐殖土、碎石土 (或砂砾) 层, 中间为蓄水能力强的含水层, 而下面为不透水的岩层或多年冻土层。而在公路建设中, 含水层经常遭到人为的破坏而使地下水出露, 或使含水层发生其他局部扰动变化, 形成一种人为特殊地质构造—扰动三层体, 成为公路涎流冰得以形成的结构条件。此密闭水体在负温下冻结时, 将产生巨大的密闭水体的冻结—压力作用。当其水压超过薄弱处的强度极限, 薄弱处出现开裂, 地下水溢出, 并冻结形成涎流冰。可见, 密闭水体的冻结—压力作用, 是公路涎流冰形成最重要的原因和条件。

1.2.2 水源条件

水是形成涎流冰的主要因素。形成涎流冰的水源主要为浅层地下水, 在多年冻土区称为冻结层上水, 主要通过大气降水补给。地下水的存在与多寡, 是决定涎流冰形成及规模的重要条件。

1.2.3 寒冷的气候条件

恶劣的气候条件也是形成涎流冰的重要因素。青藏高寒地区属于高原大陆型气候, 长冬无夏, 寒冷季节长, 气候变化急剧, 冬季寒冷多风雪, 夏秋短多暴雨冰雹。尤其是秋末降雨水多, 补给涎流冰丰富的水源;再加上寒冷的冬季气温, 负温度持续时间长, 为涎流冰的形成提供了客观条件。

1.2.4 地形地貌特征

地形地貌是地下水形成的重要因素, 也是涎流冰形成的重要条件。青藏高寒区涎流冰发育地区, 其地形均属马蹄形, 三面环山, 一面开口的簸箕形山前斜地, 有较大的汇水面积, 有利于大气降水的汇集和渗入, 为涎流冰的形成提供了充足的水源。

1.2.5 多年冻土层和季节冻融层

海拔高度是控制多年冻土层厚度分布的主要因素, 青藏高寒地区平均海拔均在4000米以上。多年冻土层是良好的隔水底板, 夏季形成冻结层上水, 储存于融化层中, 冬季随着表层土壤冻结而形成承压水盆地或斜地, 使地下水由高水压处向低水压处流动, 有利于地下水的形成和聚集。季节冻融层决定着含水层的范围、地下水的运动规模和形式, 使地下水的动力特征发生周期性变化, 这是形成涎流冰非常重要的因素。

1.2.6 覆盖层条件

植被、积雪等覆盖层是天然的拦水、蓄水构造物, 植被层厚的地方阻碍地表径流, 有利于地表水渗入, 补给浅层地下水。

2 涎流冰的防治

涎流冰的类型及成因多种多样, 在道路设计、施工前, 对涎流冰的地点、类型、规模、成因及当地的气象资料等都要详细调查。本着预防为主, 防治结合的原则, 特提出以下五种涎流冰病害的防治措施。

2.1 绕避

在设计过程中, 只要技术上可行, 经济上合理, 应尽量绕避涎流冰地带。否则, 就必须对其进行防治。

2.2 尽量多填少挖, 提高路基高度

在涎流冰地区路基设计时, 尽量提高路基高度, 防止涎流冰上路, 并尽可能浅挖或不挖路基, 避免切割含水层。这种方法主要适用于河谷涎流冰和涎流冰规模不大的路段, 是防止涎流冰上路的一种简便易行、比较经济也较为有效的措施。路基高度一般至少保证高于涎流冰最高时的顶面高度0.5米, 同时筑路材料应选用透水性比较好的碎砾石土, 防止地下水上升而浸湿路基。

2.3 修建桥涵

地下水出露点距路线较近, 又较集中, 有明显的切割水沟槽, 修建桥涵可以得到有效的治理。桥涵孔径除按最大洪水量进行设计外, 还需以历年最高涎流冰水位进行验算, 并考虑可能的雍冰高度, 一般尺寸须加大一些。另外还可采用加深和清理河道等辅助措施。涵洞一般不易设为圆管涵, 易设为箱涵, 以利养护。这种方法最重要的是正确选择桥涵的位置, 使之既可冬季排冰, 又可在雨季泄洪, 达到一举两得的功效。