含易溶鹽凍土的物相組成和強度試驗研究

1、第一部分第一部分 厚層地下冰地段厚層地下冰地段 拼裝式涵洞地基溫度狀況拼裝式涵洞地基溫度狀況 1.1 試驗場地地質(zhì)情況和凍土條件試驗場地地質(zhì)情況和凍土條件DK1137+488涵位地層上部為棕紅色細砂，厚度0.5m；以下為棕紅色粘土，厚度1.7m；深度2.2m以下為強-全風化泥巖。試驗場地天然多年凍土勘察上限為2.2 m。2.2-3.6m為含土冰層；3.6-6.5m為富冰凍土；以下為少冰凍土。年平均地溫-0.6，屬高溫不穩(wěn)定多年凍土厚層地下冰地段。 DK1139+987涵位地層上部為黃色細砂，厚度1.2m；1.2-4.1m為灰色全風化泥巖；4.1-9.5m以下灰白色為強風化砂巖；9.5m以下為全

2、風化棕紅色泥巖。試驗場地天然多年凍土勘察上限為2.4 m。2.4-4.1m為含土冰層；4.1-9.5m為少冰凍土；9.5-11.2m為含土冰層；11.2-13.8m為富冰凍土；以下為含土冰層。年平均地溫-0.6，屬高溫不穩(wěn)定多年凍土厚層地下冰地段。 1.2 試驗工程施工概況試驗工程施工概況兩座試驗涵洞均采用拼裝結構?；A采用預制塊拼裝施工。DK1137+488為鋼筋混凝土矩形涵，DK1139+987為鋼筋混凝土圓管涵。DK1137+488涵進出口段基礎埋置深度為2.5m，中段為1. 5m； DK1139+987涵進出口段基礎埋置為2.5m ，過渡段為2m，中間段為1.5m。DK1137+488

3、涵2001年10月17日開始施工，11月中旬完成涵身填土，2002年6月10日澆筑翼墻，6月下旬完成進出口鋪砌。DK1139+987涵2001年11月下旬開始施工，12月中旬完成基礎拼裝和管節(jié)吊裝，2002年5月完成涵身填土，6月25日澆筑翼墻，7月下旬完成進出口鋪砌。2 測試結果及分析測試結果及分析圖2 DK1137+488涵進口地基溫度（2002.4.30-2002.10.19）-4.00-2.000.002.004.006.008.0010.0002468101214深度，m溫度，4月3 0日5月9 日5月2 0日5月3 0日6月1 0日6月2 0日6月3 0日7月9 日7月1 9日7月

4、2 9日8月9 日8月1 9日8月2 9日9月9 日9月1 9日9月2 9日10月9 日10月1 9日200年5月至10月涵洞基礎下多年凍土上限隨時間變化進程圖1 2 2002年 5 月至 1 0 月D K11 3 7+488涵 洞 基 礎 下 多年凍土上限隨時間的變化進程-4-3-2-102002-5-202002-5-272002-6-32002-6-102002-6-172002-6-242002-7-12002-7-82002-7-152002-7-222002-7-292002-8-52002-8-122002-8-192002-8-262002-9-22002-9-92002-9-

5、162002-9-232002-9-302002-10-72002-10-14時間，y-m-d深度，m涵洞進口多年凍土上限涵洞中部多年凍土上限涵洞出口多年凍土上限涵洞進口基礎深度- 2 . 5 m涵洞中部基礎深度- 1 . 5 m涵洞出口基礎深度- 2 . 5 m2001年9 月 施工前涵位多年凍土天然上限- 2 . 5 m2002年9 月 天然地表多年凍土上限- 2 . 0 -2.5m圖13 2002年5月至10月DK1139+987涵洞基礎下多年凍土上限隨時間的變化進程-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.5002-4-3002-5-702-5-1402-5-2102-5-2802-6

6、-402-6-1102-6-1802-6-2502-7-202-7-902-7-1602-7-2302-7-3002-8-602-8-1302-8-2002-8-2702-9-302-9-1002-9-1702-9-2402-10-102-10-802-10-15時間，y-m-d深度，m涵洞進口多年凍土上限涵洞出口多年凍土上限涵洞進出口基礎深度-2.5m涵洞過渡段基礎深度-2.0m涵洞中部基礎深度- 1 . 5 m2001年9 月 施工前涵位多年凍土天然上限- 2 . 2 5 m2002年9 月 天然地表多年凍土上限- 2 . 0 m從圖1至3可以看到，涵洞出口凍土地基融化早于進口，而進口又早

7、于中部。這是由于涵洞各部分所接受的太陽輻射量存在差異造成的。進出水口雖然融化進程存在差異，但是最終達到的最大融化深度基本相同（圖12和13）。DK1137+488涵進出水口最大融化深度為3.25m，中部為2.75m；DK1139+987涵進出水口最大融化深度為2 .75-2.9m。 DK1137+488涵多年凍土天然上限為2.0-2.5m，涵洞建成后，經(jīng)第一個融化期進出口地基多年凍土上限下降0.75m；中部下降0.25m。DK1139+987涵多年凍土天然上限為2.25m，涵洞建成后，經(jīng)第一個融化期進出口地基多年凍土上限下降0.5-0.65m。2.2 涵洞變形結果涵洞變形結果圖14 DK113

8、7+488涵2002年6月30日至10月22日沉降縫處涵節(jié)之間相對位移量沿涵軸方向分布01020304050607080901234567891011沉降縫編號（自進口按水流方向）相對位移，mm自2002年6月下旬涵節(jié)沉降縫處發(fā)生明顯錯動和開裂。至10月22日基礎沉降相對位移最大達83mm。從圖5可以看到，涵洞最大相對位移發(fā)生在進出口翼墻基礎與首管節(jié)之間。涵洞中部涵節(jié)之間的相對位移量很小。2.3 涵洞變形原因分析涵洞變形原因分析1) 涵洞的修筑引起多年凍土天然上限下降。由于混凝土的導熱系數(shù)大于天然土層的導熱系數(shù)，導致混凝土基礎下的土層升溫速度加快。增加了凍土的融化深度?；A及周圍土體滲水加速了

9、地基凍土的融化。施工中由于對涵洞上游來水實施了攔截處理，這樣就在涵前形成了大量的積水。而寒季進行基礎拼裝時基礎拼塊之間僅用干水泥砂混合材料進行找平，難以起到連接和防水的作用。因而砌塊找平層和換填的粗粒土共同為滲流提供了良好的通道。形成的涵前積水經(jīng)日照升溫，在水頭壓力作用下，攜帶著熱量直接作用于凍土表面，致使凍土迅速升溫融化。2002年7月30日至8月15日曾對DK1139+987涵附近積水滲流水溫變化情況進行了測試。測試結果表明，中午14時滲出水的溫度較積水溫度低7-12?？梢姖B流在地基內(nèi)部發(fā)生了強烈的熱交換。 1) 基礎墊層融化壓密?；A墊層在寒季施工，壓實難以達到標準。因此隨著基礎和上部結

10、構的安裝，必然會產(chǎn)生一定的壓密沉降。 沉陷的不均勻性和不同步性產(chǎn)生原因在于地基不同部位融化的進程和幅度不同以及荷載大小的差異。3 工程措施的討論工程措施的討論3.1 基礎埋置深度基礎埋置深度臧恩穆、吳紫旺等（臧恩穆、吳紫旺等（1999）曾提出青藏高原多年凍土區(qū)涵洞基礎的合理埋深。在）曾提出青藏高原多年凍土區(qū)涵洞基礎的合理埋深。在保護凍土原則下，間歇性徑流涵洞的保護凍土原則下，間歇性徑流涵洞的進出口段基礎埋置應為進出口段基礎埋置應為1.1-1.2倍天然上限倍天然上限的的深度，深度，過渡段為過渡段為0.7-0.8倍天然上限的深度，中段為倍天然上限的深度，中段為0.5-0.6倍天然上限的深度倍天然上

11、限的深度；如；如果暖季有小徑流或間斷徑流的涵洞，進出口段基礎埋置應為果暖季有小徑流或間斷徑流的涵洞，進出口段基礎埋置應為1.1-1.2倍天然上限的倍天然上限的深度，過渡段為深度，過渡段為1.0-1.1倍天然上限的深度，中間段為倍天然上限的深度，中間段為0.7-0.8倍天然上限的深度。倍天然上限的深度。鐵道部鐵道部青藏鐵路多年凍土區(qū)工程設計暫行規(guī)定青藏鐵路多年凍土區(qū)工程設計暫行規(guī)定（2001）制定中采用了上述設）制定中采用了上述設計參數(shù)。計參數(shù)。 在多年凍土天然上限為2.25-2.50m的高含冰凍土地段采用2.5m的基礎埋深偏淺。3.2 防沖滲措施防沖滲措施 盡管青藏高原降水總量較小，但降水時間

12、相對集中于暖季6、7、8三個月。涵前積水下滲以及集中水流的沖刷均會影響到構筑物的穩(wěn)定性。 建議。1）暖季涵洞施工應做好對上游來水的排放和疏通，采取攔截和疏導相結合的原則快速施工。嚴禁在涵前單純攔截和長期蓄水。涵洞施工完成后還應做好涵洞進出口、涵洞內(nèi)部以及河道、邊構、排水溝的疏通工作，避免留下長期隱患。 2）改進涵洞結構防水設計。砌塊式抑水墻砌筑砂漿縫質(zhì)量難以控制，不能真正起到防沖滲的作用。建議采用整體的土工合成材料，如止水板等。進口防沖滲結構的設置范圍不但應包括進口鋪砌的前緣，還應包括鋪砌的兩側。 第二部分 鉆孔灌注樁施工對凍土地基溫度狀況的影響及地基回凍過程1.1 試驗場地和工程概況試驗場地

13、和工程概況 試驗工程位于風火山北麓，北麓河盆地南部， 設計里程DK1140+792。試驗場地地層上部為棕紅色細砂，厚度0.7m； 以下為棕紅色粘土，厚度3.3m； 深度4m處為強風化泥巖，厚度 12.7m； 深度14.1m以下為砂巖。 天然多年凍土上限2.1 m。2.3-2.8m為含土冰層；2.8-3.4m為多冰凍土；以下為少冰凍土。年平均地溫-0.77，屬高溫不穩(wěn)定多年凍土厚層地下冰地段。 試驗工程為1孔18m小橋，橋臺基礎設計為低承臺群樁， 各橋臺下6根鉆孔灌注樁，樁徑1m。 試樁位于小河北岸格臺北側4根工程樁的中心。 DK1140+792橋格臺灌注樁2001年9月下旬開始施工，11月末格

14、臺灌樁結束。橋臺承臺基坑于2002年5月下旬開挖。基坑開挖之前，樁周土體溫度已逐漸回凍到-0.5至-0.2。基坑開挖后地基溫度隨氣溫的轉暖而逐漸升高。加載期間樁周土體溫度回升至零度左右。1.2 測溫探頭布設4個測溫斷面：樁中 樁側面1# 樁側面2# 樁周地基（距樁側0.5m） 測溫探頭布設 1.3 觀測結果分析地溫分布曲線隨時間的變化-1.20-1.00-0.80-0.60-0.40-0.200.003456789101112131415161718深度/ m溫度，9月1 7日9月2 7日9月2 9日9月3 0日10月1 日10月2 日10月3 日10月4 日10月5 日10月6 日10月7

15、日10月8 日10月9 日10月1 0日10月1 1日10月1 2日10月1 3日10月1 4日10月1 5日10月1 6日10月1 7日10月1 8日10月1 9日10月2 0日10月2 1日10月2 2日10月2 3日10月2 4日11月1 日11月2 日11月3 日11月4 日11月5 日11月6 日11月7 日11月8 日11月9 日11月1 0日11月1 1日11月1 2日11月1 3日11月1 4日11月1 5日11月1 6日11月1 7日11月1 8日11月1 9日11月2 0日11月2 1日11月2 2日11月2 3日11月2 3日11月2 4日11月2 4日11月2 5日11

16、月2 6日11月2 6日11月2 7日11月2 7日11月2 7日11月2 7日11月2 8日11月2 8日11月2 8日11月2 8日11月2 8日11月2 9日11月2 9日11月3 0日12月1 日12月2 日12月3 日12月4 日12月5 日12月6 日12月7 日12月8 日12月1 0日12月1 5日12月2 1日12月3 0日1月1 0日1月2 1日1月3 0日2月9 日2月1 9日2月2 7日3月9 日3月2 0日3月3 0日4月9 日4月2 0日4月3 0日5月2 0日5月3 0日6月1 0日6月2 0日6月3 0日7月2 0日7月2 9日8月1 0日8月1 1日8月1 2

17、日8月1 3日8月1 4日8月1 5日8月1 7日8月1 9日8月2 4日天然年平均地溫-0.77施工擾動造成凍土地基整體升溫0.6至1.0施工對凍土地基的熱擾動范圍，垂直方向超出樁底以下3m；不同深度地溫隨時間的變化-1.30-1.20-1.10-1.00-0.90-0.80-0.70-0.60-0.50-0.40-0.30-0.20-0.100.008月27日9月6日9月16日9月26日10月6日10月16日10月26日11月5日11月15日11月25日12月5日12月15日12月25日1月4日1月14日1月24日2月3日2月13日2月23日3月5日3月15日3月25日4月4日4月14日4月24日5月4日5月14日5月24日6月3日6月13日6月23日7月3日7月13日7月23日8月2日8月12日8月22日9月1日9月11日時間深度/ m3455.57891011121313.515161718凍土地基溫度在群樁施工過程的綜合影響下，地面下18m深度處，初始地溫-0.77，施工中增溫迅速，10d上升0.4；而上層4m處，初始地溫-1.01，施工中溫度上升較慢，40d上升0.4。施工進行30d后，地面下18m深度處地溫上升到最大值0.1，溫度保持恒定50d后降低。高溫多年凍土地段鉆孔灌注樁群樁樁基周圍土體和樁側溫度