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)摘要：凍土冷生現(xiàn)象對(duì)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(duì)目前國(guó)內(nèi)外凍土冷生 現(xiàn)象處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，以供有針對(duì)性地解決這類(lèi)工程地質(zhì)問(wèn)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(chēng)為凍土，凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間在2年或2年以上土(巖)稱(chēng)為多年凍土。多年凍土地區(qū)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是凍土冷 生現(xiàn)象，對(duì)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(duì)目前國(guó)內(nèi)外凍土冷生現(xiàn)象 處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的

2、研究，以供有針對(duì)性地解決這類(lèi)工程地質(zhì)問(wèn)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(duì)穩(wěn)定地帶，多采用保持多 年凍土凍結(jié)的設(shè)計(jì)原則。在凍土層較薄的，相對(duì)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(shí)，要注意保護(hù)好建筑物周?chē)烊坏乇頎顟B(tài)。防 止地表水的滲透作用及人為活動(dòng)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?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的天然覆蓋層要切實(shí)加以保護(hù)。過(guò)水建筑宜盡量利用原有溝槽，不另開(kāi)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，

3、這樣不但可以得到較大的地 基承載力，同時(shí)可以充分利用凍土的凍結(jié)力來(lái)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(duì)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(cè)資料，填土高度超過(guò) 時(shí)，上限就會(huì)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(shí)，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(shí)，基底土應(yīng)進(jìn)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

4、好的防水 性和一定的抗壓強(qiáng)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(qiáng) 度，但在目前因成品價(jià)格高，運(yùn)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、爐磴、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(yùn)輸，降低造價(jià)，方便施工 的優(yōu)點(diǎn)。所以，盡量利用當(dāng)?shù)靥烊徊牧献鳛楸夭牧希?應(yīng)作為多年凍土地區(qū)的一 項(xiàng)設(shè)計(jì)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?chē)h(huán)境，因此，在施工和運(yùn)營(yíng)中，都應(yīng)特別注意保護(hù)多年凍土環(huán)境，盡

5、量減少對(duì)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(diǎn)，凍土工程的穩(wěn)定性是有保證的：一是在施工和運(yùn)營(yíng)期確保基 底多年凍土的溫度維持在設(shè)計(jì)溫度；二是在施工和運(yùn)營(yíng)期確保作用于工程基礎(chǔ)的 凍脹力不超過(guò)允許值。為達(dá)上述目標(biāo)，針對(duì)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(hù)措施。(1)厚層地下冰和熱融滑坍可采用基底換填、邊坡防護(hù)措施。表1厚層地下冰和熱熔滑坍地區(qū)邊坡防護(hù)措施邊坡一般坡度適用范圍，h為防護(hù)措施高度(m)h<33<h<6h>6保溫措施單層茸皮護(hù)坡1:1 1:2適用 適用多層草皮護(hù)坡1:1:適用適用粘性土護(hù)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

6、區(qū)適用綜合措施護(hù)坡與擋墻結(jié)合適用管道、線路等通過(guò)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 0.5m。（2）熱融湖（塘）通過(guò)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(guò)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(shí)，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、冰丘常用處理措施如下表:表2冰錐、冰丘常用處理措施類(lèi)別措施的名稱(chēng)特征評(píng)價(jià)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。

7、要注意勿使 盲溝凍結(jié)，出口堵塞整治效果徹底，但造價(jià)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(kuò)大并加深 大溝積冰法地下水大溝凍結(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(kuò)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(shí)，可以 采用，否則容易積冰阻道路堤上方設(shè) 積冰坑在路堤上方開(kāi)挖大的積冰坑， 以容納冰體，并將棄土填于靠 近線路上側(cè)，筑成擋冰堤適用于整治泉水冰錐以及洪 積扇上的冰錐。施工簡(jiǎn)單但 不徹底，挖力數(shù)量較大冰結(jié)溝法開(kāi)挖一溝渠，夏季起排水作 用，冬季滲透的季節(jié)性融化 層與

8、多年凍土層銜接后，形 成封閉的擋水隔墻造價(jià)低，效果顯著（4）沼澤化多年凍土通過(guò)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(dòng)。防止這種病害的設(shè)計(jì)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(shí)，預(yù)加沉落量即可，不一定要挖除。當(dāng)通過(guò)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

9、出原地面。4特殊結(jié)構(gòu)防護(hù)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(lái)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(shí)適當(dāng)夯實(shí)即可；而其余部分 對(duì)填料的要求，應(yīng)與非多年凍土地區(qū)的要求相同，其夯實(shí)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(jìn)行設(shè)計(jì)。 當(dāng)橋涵地基為凍脹土和融沉土，且位于多年凍土相對(duì)穩(wěn)定地帶時(shí)，可采用“保持 凍結(jié)”原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)，則應(yīng)采用“容許

10、融化”原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。在多年凍土區(qū)，不宜采用長(zhǎng)大截水導(dǎo)流工程合并設(shè)置橋涵， 而以原溝單獨(dú)設(shè) 置為宜。橋涵的上、下游盡可能接原溝，減少改溝長(zhǎng)度及溝底開(kāi)挖，以避免出現(xiàn) 新的冰椎，冰丘及熱融滑坍現(xiàn)象。當(dāng)過(guò)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(guò)水建筑 物或危害其正常使用時(shí)，以設(shè)橋?yàn)橐?，并?duì)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。隧道在多年凍土區(qū)，隧道(尤其是洞口)宜避開(kāi)各種不良地質(zhì)體，選在不受凍害影響的堅(jiān)固地層上；越嶺隧道則宜盡量選在無(wú)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?cái)_動(dòng)原地面；

11、當(dāng)仰坡范圍內(nèi)有地下水、厚層地下冰或凍脹 土?xí)r，應(yīng)采取接長(zhǎng)明洞、坡腳以擋墻支擋等辦法處理。開(kāi)挖后的多年凍土，暴露 時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，進(jìn)洞前必須先修好洞門(mén)，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(kāi)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(qiáng) 度降低，在設(shè)計(jì)時(shí)，可采用將圍巖降一級(jí)作特殊設(shè)計(jì)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(lèi)別為田類(lèi)及 以下時(shí)，應(yīng)采用曲墻仰拱的封閉斷面。洞

12、口地段及凍融交界處的襯砌應(yīng)加強(qiáng)， 并 應(yīng)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(wú)水者外，均應(yīng)采用防水混凝土，并對(duì)工 作縫、伸縮縫、沉降縫作好防水處理，以增強(qiáng)襯砌的密實(shí)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(guò)并遇有層間水或較集中的 未凍水時(shí)，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(guò)并遇有地下水時(shí)，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(jìn)行排水。若有條件時(shí)，可在洞 口設(shè)防寒門(mén)，并定時(shí)向洞內(nèi)送蒸氣，保持洞內(nèi)氣溫在 0c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

13、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(jì)，特別是生產(chǎn)用房和建筑群的設(shè)計(jì)，必須優(yōu)先考慮選址，使建筑 場(chǎng)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(qiáng)調(diào)距 離站舍及線路的遠(yuǎn)近。否則，將會(huì)因采取設(shè)防措施而增加大量不必要的投資。 建 筑場(chǎng)地的選擇還應(yīng)考慮生活及生產(chǎn)用水的來(lái)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(duì)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； 采用通風(fēng)(或局部通風(fēng))冷基礎(chǔ)，也可設(shè)置暖季通風(fēng)，寒季不通風(fēng)的冷基礎(chǔ)； 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(jìn)行管道設(shè)計(jì)施工，管道埋深應(yīng)考慮以