凍土冷生現(xiàn)象的工程影響及其處理方法總結(jié)

1、凍土冷生現(xiàn)象的工程影響及其處理方法總結(jié)凍土冷生現(xiàn)象的工程影響及其處理方法總結(jié)凍土冷生現(xiàn)象的工程影響及其處理方法總結(jié)凍土冷生現(xiàn)象的工程影響及其處理方法總結(jié)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址： 電話：傳真: 郵編:凍土冷生現(xiàn)象的工程影響及其處理方法總結(jié)摘要：凍土冷生現(xiàn)象對工程安全有著極大影響，主要包括：熱融滑坍、厚層地下冰、冰丘、熱融湖(塘)、冰椎、沼澤化多年凍土等。本文對目前國內(nèi)外凍土冷生現(xiàn)象處理技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，以供有針對性地解決這類工程地質(zhì)問題。關(guān)鍵詞：冷生現(xiàn)象；工程影響；處理方法。1 概述具有零溫或負(fù)溫并含有冰的土體或巖石稱為凍土，凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時間在2年或2年以上土(巖)稱為多年凍土。多

2、年凍土地區(qū)的主要工程地質(zhì)問題是凍土冷生現(xiàn)象，對工程安全有著極大影響。這些現(xiàn)象主要包括：熱融滑坍、厚層地下冰、冰丘、熱融湖(塘)、冰椎、沼澤化多年凍土等。本文對目前國內(nèi)外凍土冷生現(xiàn)象處理技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，以供有針對性地解決這類工程地質(zhì)問題。2 一般工程處理原則(1) 在多年凍土地區(qū)修建工程，首先要判明工程所處位置的多年凍土的穩(wěn)定程度。一般在多年凍土層厚度大、年平均地溫低的相對穩(wěn)定地帶，多采用保持多年凍土凍結(jié)的設(shè)計原則。在凍土層較薄的，相對不穩(wěn)定的邊緣地帶，一般宜采用挖除或部分挖除多年凍土的措施。(2) 當(dāng)?shù)鼗翞閮雒浶酝翆訒r，要注意保護好建筑物周圍天然地表狀態(tài)。防止地表水的滲透作用及人為活動

3、而破壞地表熱平衡，導(dǎo)致上限下降，釀成病害。因此，建筑物周圍一定范圍內(nèi)的天然覆蓋層要切實加以保護。過水建筑宜盡量利用原有溝槽，不另開渠道，不破壞天然地表。建筑物基礎(chǔ)宜放在基巖面或埋在人為上限以下，這樣不但可以得到較大的地基承載力，同時可以充分利用凍土的凍結(jié)力來抵消凍脹力。(3) 在多年凍土地區(qū)，一般凍結(jié)深度大于融化深度。所以在相對穩(wěn)定的多年凍土地帶，當(dāng)路堤修筑后，凍土上限能隨之上升。其上升幅度與填土高度和填料性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)青藏高原觀測資料，填土高度超過 時，上限就會上升，當(dāng)這種人為上限因填土而上升至地表或地表以上時，天然地基可以不作工程處理。(4) 路塹工程，由于天然地表的改變，多年凍土上限則將

4、隨之下降。因此，當(dāng)邊坡或基底土為飽冰凍土，富冰凍土或含土冰層時，基底土應(yīng)進行全部或部分挖除換填，邊坡應(yīng)采取保溫措施，并做好排水工程。（5）多年凍土地區(qū)工程用保溫材料，要求有較低的導(dǎo)熱性能、良好的防水性和一定的抗壓強度。預(yù)制的輕質(zhì)材料具有良好的保溫隔熱性能和需要的抗壓強度，但在目前因成品價格高，運送不便以及施工工藝要求高等原因，故在工程中尚未普遍使用。除預(yù)制的輕質(zhì)材料外，草皮、泥炭、爐碴、含水量較小的砂粘土等也可以作為保溫材料使用，其保溫性能雖不及預(yù)制的輕質(zhì)材料，但只要加大必要的保溫層厚度也能滿足需要，且具有就地取材減少運輸，降低造價，方便施工的優(yōu)點。所以，盡量利用當(dāng)?shù)靥烊徊牧献鳛楸夭牧希瑧?yīng)作

5、為多年凍土地區(qū)的一項設(shè)計原則。 3不良地質(zhì)現(xiàn)象防治措施多年凍土上工程的穩(wěn)定性取決于基底多年凍土的穩(wěn)定性和基礎(chǔ)周圍環(huán)境，因此，在施工和運營中，都應(yīng)特別注意保護多年凍土環(huán)境，盡量減少對多年凍土的熱干擾，防止多年凍土衰退和融化。做到以下兩點，凍土工程的穩(wěn)定性是有保證的：一是在施工和運營期確保基底多年凍土的溫度維持在設(shè)計溫度；二是在施工和運營期確保作用于工程基礎(chǔ)的凍脹力不超過允許值。為達(dá)上述目標(biāo)，針對不同的凍土冷生現(xiàn)象應(yīng)采用一些特殊結(jié)構(gòu)和防護措施。(1) 厚層地下冰和熱融滑坍可采用基底換填、邊坡防護措施。表1 厚層地下冰和熱熔滑坍地區(qū)邊坡防護措施類型邊坡一般坡度適用范圍,h為防護措施高度(m)h33h

6、6h6保溫措施單層草皮護坡1:11:2適用適用多層草皮護坡1:1:適用適用粘性土護坡同一般地區(qū)粘性土邊坡要求適用適用結(jié)構(gòu)措施擋墻同一般地區(qū)適用綜合措施護坡與擋墻結(jié)合適用管道、線路等通過地下冰地段，為防止修筑后凍土上限下降，造成管道及線路路堤的熱融下沉，填筑最小高度應(yīng)不小于。(2) 熱融湖(塘)通過季節(jié)性有水或常年有水的熱融湖(塘)的路堤，其水下部分的填料，必須以滲水性土填筑。滲水性土的填筑高程至少應(yīng)高出最高水位。通過季節(jié)性有水或常年有水的熱融湖(塘)的路堤，在預(yù)留沉落量時，必須結(jié)合熱融湖(塘)的基底土質(zhì)情況、地下冰情況、上限深度等因素，綜合考慮基底的下沉量。(3) 冰椎、冰丘冰錐、冰丘常用處理

7、措施如下表：表2 冰錐、冰丘常用處理措施類別措施的名稱特征評價地下排水法盲溝排水法將地下水經(jīng)由盲溝中的管路排至路基以外。要注意勿使盲溝凍結(jié)，出口堵塞整治效果徹底，但造價高。適用于地下水量大，基巖裂隙水發(fā)育的深的巖石路塹及不能采取其他積冰措施的路堤路基外側(cè)積冰法擴大并加深天溝積冰法地下水天溝凍結(jié)，此法還可起到凍結(jié)溝的作用適用于地下水位高，水量稍大的挖方地段擴大側(cè)溝積冰法在地下水出露較低的路塹中使用，將冰積于側(cè)溝中在確知地下水量小時，可以采用，否則容易積冰阻道路堤上方設(shè)積冰坑適用于整治泉水冰錐以及洪積扇上的冰錐。施工簡單但不徹底，挖方數(shù)量較大冰結(jié)溝法開挖一溝渠，夏季起排水作用，冬季滲透的季節(jié)性融化

8、層與多年凍土層銜接后，形成封閉的擋水隔墻造價低，效果顯著(4) 沼澤化多年凍土通過沼澤化凍土的路堤的主要病害是熱融沉陷及熱融滑坍。這種病害的產(chǎn)生是由于熱的傳導(dǎo)降低了多年凍土上限。泥炭及下部粘性土含有大量冰或夾純冰層，融化后成稀釋狀造成路堤沉陷；如果人為上限向一側(cè)傾斜，往往造成路堤滑動。防止這種病害的設(shè)計原則一般是：若沼澤化凍土泥炭堆積物薄，以下為砂卵石等，施工期間即可為填土所壓實，預(yù)加沉落量即可，不一定要挖除。當(dāng)通過的沼澤化凍土泥炭和粘性土較厚，含冰多，在路堤較高的條件下，宜采用換填措施，以減少不均勻凍脹與熱融沉陷。路堤基底的草皮、腐植質(zhì)土和泥炭均應(yīng)挖除，換填以滲水土。換填高程應(yīng)高出原地面。4

9、 特殊結(jié)構(gòu)防護措施(1) 多年凍土區(qū)的路堤在多年凍土區(qū)填筑3-6m 高的路堤，在未來的人為上限以下的下部可以利用含水量小于液限的粘性土或凍土塊填筑，并在填筑時適當(dāng)夯實即可；而其余部分對填料的要求，應(yīng)與非多年凍土地區(qū)的要求相同，其夯實密度應(yīng)達(dá)到最佳密度的85%-90%。(2) 橋涵地基的凍脹及融沉是多年凍土區(qū)橋涵變形的主要原因。在多年凍土區(qū)，當(dāng)橋涵地基為融區(qū)，不凍脹土和不融沉土?xí)r，可按非多年凍土區(qū)的有關(guān)規(guī)定進行設(shè)計。當(dāng)橋涵地基為凍脹土和融沉土，且位于多年凍土相對穩(wěn)定地帶時，可采用“保持凍結(jié)”原則進行設(shè)計，并盡量采用各種樁基，在寒季施工；當(dāng)其位于多年凍土的不穩(wěn)定地帶時，則應(yīng)采用“容許融化”原則進行

10、設(shè)計。在多年凍土區(qū)，不宜采用長大截水導(dǎo)流工程合并設(shè)置橋涵，而以原溝單獨設(shè)置為宜。橋涵的上、下游盡可能接原溝，減少改溝長度及溝底開挖，以避免出現(xiàn)新的冰椎，冰丘及熱融滑坍現(xiàn)象。當(dāng)過水建筑物上游有泉水或熱融滑坍，可能產(chǎn)生冰椎、冰幔，堵塞過水建筑物或危害其正常使用時，以設(shè)橋為宜，并對滑坍體作適當(dāng)處理。橋涵孔徑及橋下凈空，除應(yīng)滿足水文及交通的要求外，還應(yīng)考慮較嚴(yán)重的冰椎、冰丘、冰幔及融凍泥流現(xiàn)象的可能影響。(3) 隧道在多年凍土區(qū)，隧道(尤其是洞口)宜避開各種不良地質(zhì)體，選在不受凍害影響的堅固地層上；越嶺隧道則宜盡量選在無斷裂，少裂隙的完整巖石地段。隧道洞口仰坡應(yīng)盡可能少地擾動原地面；當(dāng)仰坡范圍內(nèi)有地下

11、水、厚層地下冰或凍脹土?xí)r，應(yīng)采取接長明洞、坡腳以擋墻支擋等辦法處理。開挖后的多年凍土，暴露時間不宜過長，進洞前必須先修好洞門，并作好洞口邊坡、仰坡的處理(包括支擋、保溫及排水工程等)。在多年凍土中，洞身開挖后，由于氣溫等外界條件的影響，襯砌背后的多年凍土自然形成融化圈，融化圈的厚度大致等于天然上限深度。考慮到襯砌背后的地下水與某些圍巖可能形成凍脹病害，以及融化圈內(nèi)的圍巖經(jīng)凍融循環(huán)作用而強度降低，在設(shè)計時，可采用將圍巖降一級作特殊設(shè)計的方法確定襯砌斷面。多年凍土區(qū)的隧道襯砌，應(yīng)采用混凝土或鋼筋混凝土整體灌筑，當(dāng)圍巖類別為類及以下時，應(yīng)采用曲墻仰拱的封閉斷面。洞口地段及凍融交界處的襯砌應(yīng)加強，并應(yīng)

12、適當(dāng)設(shè)置沉降縫。多年凍土區(qū)的隧道，除確認(rèn)為干燥無水者外，均應(yīng)采用防水混凝土，并對工作縫、伸縮縫、沉降縫作好防水處理，以增強襯砌的密實性和不透水性，防止圍巖的水滲入隧道，造成病害。當(dāng)隧道在多年凍土中通過并遇有層間水或較集中的未凍水時，應(yīng)在襯砌背后設(shè)環(huán)向和縱向盲溝并與雙側(cè)防寒水溝或保溫水管連通，集中排泄；當(dāng)隧道在多年凍土下限以下通過并遇有地下水時，也應(yīng)在襯砌背后設(shè)置環(huán)向和縱向盲溝并與防寒水溝或泄水洞連通，進行排水。若有條件時，可在洞口設(shè)防寒門，并定時向洞內(nèi)送蒸氣，保持洞內(nèi)氣溫在0以上，以防洞內(nèi)掛冰和水溝凍結(jié)。(4) 房屋建筑在多年凍土區(qū)，采暖房屋破壞的主要原因是不均勻熱融下沉和不均勻凍脹。因此，房屋設(shè)計，特別是生產(chǎn)用房和建筑群的設(shè)計，必須優(yōu)先考慮選址，使建筑場地盡可能放在完整的基巖、不融沉土及弱融沉土地基上。決不能片面地強調(diào)距離站舍及線路的遠(yuǎn)近。否則，將會因采取設(shè)防措施而增加大量不必要的投資。建筑場地的選擇還應(yīng)考慮生活及生產(chǎn)用水的來源，有利于地表水及生產(chǎn)、生活污水的排除。在多年凍土區(qū)，宜對采暖房屋的熱源采用架空隔熱處理，或酌情采取如下措施，以減少地基土的融化深度，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。采用高填土地基；采用地面式鋼筋混凝土圈梁基礎(chǔ)；采用架空式或樁基礎(chǔ)。(5) 輸油管線工程在多年凍土地區(qū)進行管道設(shè)計施工，管道埋深應(yīng)考慮以下