多年凍土的特征及多年凍土地區(qū)地基的設(shè)計

1、<p>　　多年凍土的特征及多年凍土地區(qū)地基的設(shè)計</p><p>　　【摘要】論述了多年凍土地區(qū)凍土的特性，常見的工程地質(zhì)問題， 介紹了多年凍土地區(qū)建筑物地基設(shè)計應(yīng)針對凍土的地溫特點和凍土的工程性質(zhì)采用不同的設(shè)計原則. </p><p>　　【關(guān)鍵詞】凍土；特性分析；地基設(shè)計 </p><p>　　1.多年凍土的特性分析 </p><

2、p>　　所謂多年凍土是指數(shù)年（至少三年）甚至更長時間，土溫保持等于或低于零度且含有水的土（石）。我國多年凍土分布的地區(qū)很廣，均占全國總面積的五分之一，較集中地區(qū)是東北大小興安嶺和青藏高原。在凍土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，就必須深入研究凍土的特性，以確保凍土地基上工程建筑物的穩(wěn)定性。 </p><p>　　凍土區(qū)別于常規(guī)融土的最本質(zhì)的特征是冰的存在，也就是說，通常情況下融土是三相體系，而凍土是四相體系。值得指出的是，

3、即使土在較低的溫度下，仍然有一部分未凍水存在。多年凍土中由于冰和未凍水的存在，它既具有一般土類的共性，又是因冰膠結(jié)具有較大強(qiáng)度而熱力學(xué)又極不穩(wěn)定，在受荷條件下的變形具有強(qiáng)烈的流變特性的特殊性巖土。在特定溫度下，凍土在未受力時，未凍水與冰之間處于動態(tài)平衡狀態(tài)；而在受力變形過程中，未凍水含量會增大，因此凍土的力學(xué)性質(zhì)遠(yuǎn)比融土復(fù)雜。 </p><p>　　1.1.凍土的抗壓和抗拉強(qiáng)度 </p><p

4、>　　凍土的抗壓強(qiáng)度極為明顯地依賴于負(fù)溫，溫度越低其抗壓強(qiáng)度越高。此外，加壓時間越短，抗壓強(qiáng)度越高。瞬間加壓，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)30～40MPa，若長期加壓，其抗壓強(qiáng)度要小1/10～1/15。凍土的抗拉強(qiáng)度明顯地小于抗壓強(qiáng)度。此外，凍結(jié)粘性土的長期抗拉強(qiáng)度大于凍結(jié)砂土的長期抗拉強(qiáng)度。 </p><p>　　1.2.凍脹力和凍脹量 </p><p>　　凍脹力和凍脹量的大小取決于水分和負(fù)溫

5、。只有含水量達(dá)到一定程度后，土中孔隙不足以滿足冰晶的生長，土中水的凍結(jié)才造成土的凍脹。作用于建筑物上的凍脹力，可分為垂直向上作用于基礎(chǔ)底面的法向凍脹力和土層沿基礎(chǔ)側(cè)面向上作用的切向凍脹力。法向凍脹力受很多因素的影響，包括建筑所產(chǎn)生的外壓力，但這一數(shù)值一般很大。因此位于凍脹土中的建筑物基礎(chǔ)必須置于人為上限以下，避免基底產(chǎn)生法向凍脹力 </p><p>　　1.3 土的抗剪強(qiáng)度 </p><p&g

6、t;　　多年凍土的粘聚力在大多數(shù)情況下決定著抗剪強(qiáng)度的數(shù)值。因為它在總的抗剪強(qiáng)度中占有重要的地位。 </p><p>　　2.多年凍土地區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象 </p><p><b>　　2.1厚層地下冰 </b></p><p>　　當(dāng)凍結(jié)層上部地下水較發(fā)育， 其上季節(jié)融化層達(dá)到最大融化深度時， 下部多呈飽和狀態(tài)。在凍結(jié)過程中， 水分向凍土上限附近

7、聚流， 伴隨著上限位置逐漸上升， 在土層中就會形成厚度很大的地下析出冰， 稱為厚層地下冰。厚層地下冰多分布在含水量較大的粘土地段。 </p><p>　　2.2凍脹丘與冰堆 </p><p>　　在冬季凍結(jié)層上的地下水， 由于土層自上而下凍結(jié)， 使其過水?dāng)嗝鏈p小， 形成承壓水。當(dāng)承壓水壓力增加到大于上覆土層的強(qiáng)度時， 地表便發(fā)生隆起，形成圓錐形丘狀隆起的土丘， 稱為凍脹丘， 有時也稱為冰丘

8、。凍脹丘突破上覆土層， 冰結(jié)堆積于地表， 則為冰堆。建筑物附近凍脹丘、冰堆多半是由于工程建筑攔截了地下水的通路， 使該處排水不暢所引起的。 </p><p><b>　　2.3熱融沉陷 </b></p><p>　　由于自然營力或人為活動， 改變了地面的溫度狀況， 破壞了有厚層地下冰分布的多年凍土的熱平衡狀態(tài)引起融化深度加大， 使多年冰土層發(fā)生局部融化， 導(dǎo)致融化土層

9、在土體自重和外壓力作用產(chǎn)生沉陷， 所形成的洼地或積水洼地， 稱為熱融沉陷或熱融湖塘。熱融沉陷與人類活動有著十分密切的關(guān)系。在多年凍土地區(qū)幾乎每一項工程都可能因有關(guān)問題處理不當(dāng)而引起熱融沉陷。 </p><p><b>　　2.4熱融滑坍 </b></p><p>　　由于自然因素或人為活動， 破壞了斜坡的熱平衡狀態(tài)， 土體在重力作用下沿融凍界面向下滑移， 形成滑坍，

10、稱為熱融滑坍。熱融滑坍主要分布在山岳和丘陵地區(qū)有厚層地下冰分布的斜坡上。熱融滑坍的形成， 始自切割暴露了地下冰， 在融季地下冰融化， 使其上部的土層坍落， 坍落的物質(zhì)掩蓋了下部暴露冰層， 使上方又有新的地下冰暴露。地下冰再次融化， 又產(chǎn)生新的坍落。如此反復(fù)進(jìn)行， 一直向上發(fā)展， 直到地下冰分布范圍的邊緣。 </p><p><b>　　2.5凍脹 </b></p><p&

11、gt;　　土層凍結(jié)時， 由于所含水分凍結(jié)成冰， 而造成土層體積膨脹， 使地面隆起成丘， 即所謂凍脹。土層發(fā)生凍脹的原因， 一方面是由于土層中水分凍結(jié)成冰時其體積增大9%， 另一方面是由于土層冰結(jié)時，周 </p><p>　　圍未凍結(jié)區(qū)土中的水分會向凍結(jié)區(qū)迂移集聚， 使凍結(jié)區(qū)土層中水分增加， 凍結(jié)后的冰晶體不斷增大， 土體積也隨之發(fā)生膨脹隆起。 </p><p>　　3.多年凍土地區(qū)地基的設(shè)

12、計 </p><p>　　一般而言， 多年凍土區(qū)建筑物地基設(shè)計原則有： 保護(hù)凍土原則――多年凍土地基在建設(shè)過程和建筑物營運的整個時期保持凍結(jié)狀態(tài)； 允許融化原則―― 控制多年凍土地基在營運過程中按允許的速率融化； 預(yù)先融化原則――預(yù)先融化凍土或挖除換填。保護(hù)多年凍土原則是寒區(qū)工程中應(yīng)用最為廣泛的一個方法。依照此原則， 不但可以克服凍土的融化下沉， 還可利用凍土強(qiáng)度高于融土的特性修建多年凍土區(qū)建筑物。 </p

13、><p>　　3.1多年凍土地區(qū)的路基路面設(shè)計， 需根據(jù)凍土溫度， 凍土類型、道路等級、路面要求以及施工期限等情況， 要區(qū)別對待， 采用不同的設(shè)計原則： </p><p>　?。?） 凍土溫度低、穩(wěn)定， 宜于采取保護(hù)多年凍土的原則； 凍土溫度高、不穩(wěn)定， 融沉又不大時， 可考慮采取破壞多年凍土的原則。 </p><p>　?。?） 富冰凍土地區(qū)， 當(dāng)含水量較大， 或公路

14、等級較高時， 宜采取保護(hù)多年凍土的原則； 當(dāng)含水量較小， 或公路等級較低時， 也可按破壞多年凍土的原則設(shè)計。 </p><p>　　（3）在厚層地下冰地段， 一般應(yīng)采取保護(hù)多年凍土的原則； 在少冰凍土和多冰凍土地段， 一般可采取破壞多年凍土的原則。 </p><p>　　3.2 多年凍土地區(qū)的路基高度， 應(yīng)滿足防止翻漿和凍脹的要求。在采取保護(hù)多年凍土和限制多年凍土融化深度的地段， 除滿足防

15、止翻漿和凍脹的要求外， 應(yīng)同時滿足防止熱融及控制熱融沉陷的要求。 </p><p>　　3.3 為保護(hù)多年凍土不致融化， 除需滿足路基高度的要求外， 還必須做好 路基排水工程， 并保護(hù)好路基附近的植被。 </p><p>　　3.4多年凍土路塹的邊坡或基底， 由于地下冰發(fā)育， 融化后呈流塑狀態(tài)者， 基底土應(yīng)進(jìn)行全部或部分挖除換填， 邊坡應(yīng)做好保溫， 加固及排水等措施。 </p>

16、<p>　　3.5在富冰凍土、飽冰凍土、熱融滑坍、熱融沉陷、冰丘與冰堆、凍土沼澤及低填， 淺挖、零斷面等地帶，應(yīng)根據(jù)具體情況， 進(jìn)行個別設(shè)計。 </p><p>　　總之在進(jìn)行多年凍土地區(qū)路基時，應(yīng)針對凍土的地溫特點和凍土的工程性質(zhì)采用不同的設(shè)計原則，采取合理的斷面形式以及有效的防熱融措施和防排水措施。取土坑應(yīng)遵循遠(yuǎn)離路基主體、集中取土的原則，盡量移挖作填，充分利用棄土和保護(hù)地表植被；不適當(dāng)?shù)娜藶榛?/p>

17、動引起凍土環(huán)境的局部影響是劇烈的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 馬東濤，張金山，王蒙，趙杰，高巍.新藏公路新疆段多年凍土特征及其災(zāi)害初探[J]. 山地學(xué)報. 2004（05） </p><p>　　[2] 李永強(qiáng)，韓利民.青藏鐵路多年凍土工程地質(zhì)特征及其評價[J].工程地質(zhì)學(xué)報. 2008（02

18、） </p><p>　　[3] 章金釗，李祝龍，武??民，喻文學(xué).青藏公路凍土路基設(shè)計研究[J]. 公路. 2000（02） </p><p>　　[4] 黃?Z，黃晶，徐飛飛.淺析多年凍土地區(qū)地基[J]. 中國科技信息. 2008（09） </p><p>　　[5] 李玉生，趙永輝.淺析多年凍土地區(qū)地基的設(shè)計[J].民營科技. 2009（02） </p&