共和至结古公路沿线地下水相对丰富，埋深普遍较浅，部分地下水为下降泉排泄于地势低洼处，形成水草沼泽地。同时，沿线地表水也很丰富，主要分布于山前平原湖塘及山坡麓地带，一般表面覆盖水草，形成沼泽地，与地下水相互补给。相对丰富的地表水、地下水在多年冻土所在区域形成了大量的冻土草甸、热融湖塘、冻土沼泽等特殊的地貌条件，对公路路基的地基处理造成了严重的影响。表3—13为共和至结古公路二期玛多至清水河段多年冻土长度及水草地长度统计表。

表3—13　共和至结古公路二期玛多至清水河段多年冻土区水草地长度表

从表中可以看到，该段落长度181 km，其中多年冻土长度111.268 km，多年冻土占该段长度的60.49%。该段落内多年冻土发育，地形地貌复杂，公路线位翻越海拔4 700 m以上的巴颜喀拉山，雨季时间长，地表水及冻土层上水发育，在多年冻土段形成了大量的水草地、冻土草甸及少量的热融湖塘。根据调查资料显示，该段落内有水草地及冻土草甸44.048 km，占该段冻土长度的40.23%。

多年冻土因其发育特征，天然地表多发育有高原草甸或水草地，该类地表腐殖层较厚，腐殖层内泥炭含量较高，饱水性好。冬季冻结时强度较高，在地温升高融化后较为软弱，必然产生较大的变形。共和至结古公路地表层除了有较厚的腐殖层外，地表水发育特征明显，形成了大量的水草地、冻土草甸。如何处理此类特殊地表，对多年冻土路基的稳定性有着重要的影响。

为了研究清表及不清表两种方案对多年冻土造成的热干扰情况，开展了清表及不清表两种工况下冻土路基地温特征的数值仿真模拟计算分析。

1）模型的建立

计算模型如图3—33所示，其中S1部分为路堤填土层，S2为清表或不清表部分，S3为含卵中细砂层，S4为含砾亚黏土层，S5为强风化泥岩层。清表或回填的施工季节为7月份，回填土体的温度为3℃左右，清表深度为2 m。首先在未清除S2部分以前，将7月份地温场作为初始温度场，然后将S1、S2土体温度设为3℃（忽略施工过程中土体温度的变化），最后分别在AB、BC、AH、CD、GH上施加含气候变暖的路面、边坡以及天然地表的温度边界。下伏多年冻土含冰量为多冰冻土，年平均地温为－1.5℃。

图3—33　路基温度场计算几何模型

由于青藏高原测温孔基本上都是从表面以下0.5 m处开始布设，因此根据青藏高原多年来的观测资料综合考虑附面层原理，将温度变化可简化成三角函数表达式：

式中　Ts——附面层底的初始年平均温度，Ts＝T0＋ΔT，T0为初始年平均气温，ΔT为附面层总温度增量；

　　　g（t）＝R0t，R0为全球气候变暖引起的表面地温增温率，R0＝0.052℃/年；

　　　A——表面地温振幅；

　　　B——初始计算相位；

　　　t——时间。

根据岩芯干密度及含水量的测试结果，结合有关参考资料，将计算中所需各土层的热物理参数归纳为表3—14。

表3—14　各土层的热物理参数(www.daowen.com)

2）结果分析

（1）温度场分布特征分析

图3—34为清基及不清基工况下，路基在施工后12个月内的温度场特征图。该图分别计算了清基及不清基工况下，路基1个月、6个月、9个月及12个月的温度场分布特征。

从图3—34a中可以看到，在路基进行清表施工的一个月后，路基下4 m内形成了一个较大的正温区，而同期的不清表路基（图3—34b），正温影响范围只有路基下2 m左右。这主要是由于清表后由于回填土体的残余温度引起的，同时由于路基的开挖也带入了大量的热量。另外，清表部分的温度梯度也明显大于未清表的路基，并且热流方向均指向下伏多年冻土层，这主要是因为清表后回填土体的温度高于周围土体，随着时间增加，土体内所储藏的热量将不断向下伏土层散发，致使多年冻土地温有所增加，在施工初期还会造成多年冻土上限下移。

从图3—34e 中可以看到，清表后的路基在经过一个冷季的回冻后，路基中形成了融化核，且厚度较大，厚度大约有3.5 m，而同期不清表路基（图3—34f）下虽然也有融化核，但融化核的温度和面积要远远小于清表后的路基。并且这种影响随着时间持续增大，如图3—34i 所示，在施工完成后的33 个月后，路中的融化核呈现出加速向下扩散的趋势，而同时期的未清表路基，融化核的只是缓慢的增长。融化核的产生会对路基稳定性产生严重的影响。

（2）上限特征分析

图3—34　清基与不清基地温场分布特征图

清表后回填土体将热量带入路基内部，在改变了路基温度场的同时，也对路中人为上限产生了很大的影响。图3—35绘制了清表与未清表路段人为上限随时间的变化关系。从图中可以看出，清表回填后第一年的路中人为上限较大，达到4 m，这主要是由于回填土体的初始温度使下伏多年冻土迅速融化。随后路基下人为上限在5年内迅速下降，从4 m下降至8 m左右的位置，此阶段人为上限的变化则主要受年平均地温升温的影响。比较同期不清表路基下人为上限的变化可以发现，该工况下人为上限在处于一种持续下降的趋势，从地表下2 m持续下降至7 m左右位置。因此，研究认为清表对路中人为上限的扰动影响主要发生在施工完成后的5年内，在此期间人为上限变化较大，且下降速率较快。但随着时间的增长，未清表路基与清表路基下人为上限的差别会逐渐减少。

然而从总体上来看，清表段路中人为上限明显大于未清表段，即表明在暖季施工的清基处理措施对路基的热稳定性是不利的。图3—36中描述了清表与未清表段人为上限的差值随时间的变化关系，从图中可以看出，两者差值在道路修筑后的5年内变化较大，即从第一年的2 m在5年内增加到4 m，此后的5年间两者的差值则逐渐降低恢复到2 m以内。也就是说，清表不仅在施工完成的最初5年内对路中人为上限的扰动较大，而且其长期的影响结果也是不容忽略的。

根据以上分析，清表在路基施工完成后的5年时间内，会加大人为上限的深度，而且也会在路基中间形成融化核，对路基的稳定性造成不利的影响。而不清表路基虽然人为上限也会随着时间下降，但整体趋势平缓，路基的稳定性要好于清表后的路基。

图3—35　人为上限随时间的变化关系

图3—36　人为上限的差值随时间的变化关系