東北凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)研究

李立+周憲偉+邢姣秀

摘要：凍土是具有負(fù)溫或零溫度并含有冰的土（巖）。我國(guó)東北地區(qū)凍土分布范圍廣泛，在工作中涉及凍土地區(qū)的工程地質(zhì)勘察問題較多。本文通過對(duì)凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察的主要工作內(nèi)容進(jìn)行分析，從凍土工程地質(zhì)區(qū)劃原則及凍土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)等方面探析凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：凍土地區(qū)；工作內(nèi)容；工程地質(zhì)評(píng)價(jià)；勘察要點(diǎn)

凍結(jié)的巖土作為凍土工程地質(zhì)的主要研究對(duì)象，與常規(guī)巖土相比其具有更獨(dú)特的性質(zhì)。凍土的工程特質(zhì)主要受巖土體內(nèi)溫度的變化、水分的變化以及未凍水的動(dòng)態(tài)變化影響。因此，凍土地區(qū)的工程地質(zhì)勘察更注重地溫與含水、冰量。在勘察工作中應(yīng)側(cè)重考慮凍結(jié)巖土具有的敏感性、特殊性、脆弱性和復(fù)雜性；勘察成果評(píng)價(jià)中應(yīng)該考慮到人類工程活動(dòng)對(duì)凍土工程地質(zhì)條件變化的預(yù)測(cè)及環(huán)境保護(hù)的方案；為充分考慮建筑物的穩(wěn)定和安全，針對(duì)重要的工程必須跟蹤監(jiān)測(cè)，以觀察凍土工程地質(zhì)條件的不斷變化。

1 凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容分析

凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察主要包含搜集擬建工程的基礎(chǔ)資料和設(shè)計(jì)、施工的特殊要求；搜集、整理、分析凍土區(qū)內(nèi)周邊已有勘察資料和科研文獻(xiàn)等，根據(jù)凍土的可能隨時(shí)間和人類工程活動(dòng)而變化的特點(diǎn)確定勘察方法；通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘、調(diào)查與測(cè)繪了解凍土工程地質(zhì)條件及主要的凍土工程地質(zhì)問題；依據(jù)勘察資料判斷分析評(píng)價(jià)凍土工程地質(zhì)條件，提出防治處理及環(huán)境保護(hù)方案，預(yù)測(cè)建設(shè)后凍土工程地質(zhì)條件的變化趨勢(shì)。

凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察的工作內(nèi)容主要取決于以下三個(gè)方面：凍土工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度；凍土地區(qū)對(duì)地基基礎(chǔ)的特殊要求；凍土地區(qū)工程地質(zhì)條件受建設(shè)前及建設(shè)后的人類工程活動(dòng)的影響。以上三個(gè)方面對(duì)確定凍土工程地質(zhì)勘察的工作內(nèi)容、工作方法及工程量有著密不可分的關(guān)系，因此在進(jìn)行凍土工程地質(zhì)勘察之前，應(yīng)該比一般巖土投入更多精力去搜集勘察區(qū)及周邊凍土地區(qū)的相關(guān)基礎(chǔ)資料，主要包含區(qū)域性的氣象水文、科研文獻(xiàn)、凍土資料和以往勘察試驗(yàn)的方法。在編制凍土地區(qū)勘察大綱時(shí)，應(yīng)明確該勘察區(qū)的主要凍土工程地質(zhì)問題，確定取樣位置及應(yīng)測(cè)試的參數(shù)，給出試驗(yàn)參數(shù)的溫度和環(huán)境條件。因?yàn)閮鐾凉こ痰刭|(zhì)問題及設(shè)計(jì)參數(shù)受凍土溫度和環(huán)境條件的影響，且變化較大，在勘察報(bào)告中應(yīng)特別說明。

2 凍土地區(qū)勘察工作注意事項(xiàng)

2.1地基復(fù)雜程度的劃分

凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察中地基復(fù)雜程度主要取決于年平均地溫和凍土的條件。年平均地溫直接影響和決定著多年凍土工程地質(zhì)條件的穩(wěn)定狀態(tài)，我國(guó)北方地區(qū)多年凍土年平均地溫可劃分為極不穩(wěn)定狀態(tài)、不穩(wěn)定狀態(tài)、基本穩(wěn)定狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)四類，每種狀態(tài)下的凍土工程地質(zhì)條件穩(wěn)定性相差較大，對(duì)自然條件、地質(zhì)條件、生態(tài)環(huán)境及人類工程活動(dòng)的敏感程度各有不同。凍土條件的改變直接影響著凍土工程地質(zhì)條件的改變，凍土的條件應(yīng)主要考慮凍土的分布及工程類型；季節(jié)凍深及融化深度；凍土的溫度與含冰量；地表植被等覆蓋情況。因此在地基復(fù)雜程度劃分時(shí)應(yīng)充分考慮凍土條件及年平均地溫的影響因素。

2.2凍土地區(qū)巖土工程勘察等級(jí)劃分

依據(jù)凍土地區(qū)工程重要性等級(jí)、場(chǎng)地復(fù)雜程度等級(jí)和地基復(fù)雜程度等級(jí)，可將凍土地區(qū)勘察等級(jí)劃分為甲、乙兩個(gè)等級(jí)，根據(jù)勘察等級(jí)明確凍土勘察任務(wù)及工作內(nèi)容。

2.3勘探工作布置

勘探點(diǎn)可分為控制性勘探點(diǎn)和一般性勘探點(diǎn)，控制性勘探點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)少于總勘探點(diǎn)數(shù)的1/3，勘探點(diǎn)間距和勘探線布置根據(jù)不同行業(yè)、不同階段及地基復(fù)雜程度等級(jí)詳細(xì)確定。鉆探工作應(yīng)采用干鉆鉆進(jìn)，凍土試樣必須進(jìn)行含水率及密度試驗(yàn)。

多年凍土地區(qū)工程地質(zhì)勘察應(yīng)設(shè)置地溫觀測(cè)孔并進(jìn)行地溫觀測(cè)，對(duì)于重大工程應(yīng)設(shè)置定位觀測(cè)點(diǎn)。

2.4凍土試驗(yàn)及參數(shù)選用

凍土試驗(yàn)是凍土工程地質(zhì)勘察工作主要內(nèi)容之一，主要包括凍土物理力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)與測(cè)試，關(guān)于凍土試驗(yàn)指標(biāo)的選用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）在計(jì)算場(chǎng)地和地基土天然凍結(jié)或融化深度、溫度場(chǎng)和力學(xué)強(qiáng)度等指標(biāo)時(shí)，應(yīng)注意總含水率的瞬時(shí)測(cè)定值與平均值的關(guān)系，特別是地表以下0.5m深度內(nèi)含水率變化較大時(shí)，瞬時(shí)值不能代表平均值；（2）計(jì)算相變時(shí)所用的總含水率指標(biāo)，應(yīng)以春融前的測(cè)定值為準(zhǔn)，未凍水量的計(jì)算應(yīng)以凍結(jié)期土體達(dá)到的最低溫度為準(zhǔn)；（3）在確定凍土地基強(qiáng)度所需的溫度值時(shí)均以基礎(chǔ)下持力層范圍內(nèi)建筑物使用期間的最高溫度為準(zhǔn)；（4）在計(jì)算凍土地基的融化下沉?xí)r所需的含水率及容重，應(yīng)以基礎(chǔ)下持力層范圍內(nèi)土體凍結(jié)期達(dá)到最低溫度時(shí)的凍土含水率及干密度為準(zhǔn)。

3 凍土工程地質(zhì)區(qū)劃要點(diǎn)

凍土工程地質(zhì)區(qū)劃的基本要求為能夠反映凍土地區(qū)的工程地質(zhì)條件，首先，應(yīng)反映勘察區(qū)內(nèi)多年凍土或季節(jié)凍土分布的區(qū)域性和地帶性特征；其次，在常規(guī)巖土工程地質(zhì)區(qū)劃原則的基礎(chǔ)上，按地質(zhì)構(gòu)造、地貌特征、結(jié)合凍土地溫的地帶性和主要基本特征，再作分區(qū)；最后，依據(jù)凍土工程地質(zhì)條件、主要物理力學(xué)、熱學(xué)特征，地下冰及凍土現(xiàn)象的分布，再進(jìn)一步分區(qū)。凍土工程地質(zhì)區(qū)劃原則上應(yīng)分三級(jí)進(jìn)行，考慮區(qū)劃內(nèi)容的主要因素有：

（1）地貌單元，是表征多年凍土的形成條件和現(xiàn)階段的存在條件。每一種地貌都反映了一定氣候和地質(zhì)條件作用下土的共生或后生凍結(jié)、多年凍土的形成與厚度變化、多年凍土的冷生組構(gòu)、氣候轉(zhuǎn)暖和變冷時(shí)多年凍土的局部或全部消融與凍結(jié)等特征；

（2）凍結(jié)沉積物的成因，決定了沉積物的成分、空間分布的不均勻性、組構(gòu)、埋藏條件及石化程度，也決定著沉積物的共生或后生凍結(jié)類型及相應(yīng)的冷生組構(gòu)；

（3）土的成分，決定著凍土工程地質(zhì)性質(zhì)及凍結(jié)過程的重要特征；

（4）冰包裹體的性質(zhì)及分布，決定著凍土的冷生組構(gòu)，各種成因和構(gòu)造不僅可以評(píng)價(jià)凍土的工程性質(zhì)，還可以表征凍土融化時(shí)的狀況和熱融下沉量、凍土的強(qiáng)度特征及凍結(jié)過程中的有關(guān)現(xiàn)象；

（5）多年凍土的年平均地溫，是表征凍土穩(wěn)定性的最重要的指標(biāo)，它決定了土的熱交換動(dòng)態(tài)，以及凍結(jié)過程的特點(diǎn)，并影響凍土的物理力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)；endprint

（6）凍土厚度，區(qū)劃要考慮凍土地溫帶所特有的厚度變化范圍，也要考慮建筑物熱作用下的厚度變化特點(diǎn)；

（7）凍土的埋藏條件，反映在20m深度內(nèi)有無融化夾層、融區(qū)及季節(jié)融化層與下臥多年凍土層的銜接關(guān)系，如無融化夾層時(shí)可視為凍結(jié)地基，若不銜接和局部融區(qū)的多年凍土可視為凍結(jié)或融化地基。

4 凍土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)要點(diǎn)

凍土對(duì)自然條件改變、地表擾動(dòng)、溫度變化、地表水流侵蝕以及人類工程活動(dòng)等影響表現(xiàn)出強(qiáng)烈的敏感性和脆弱性，其賦存環(huán)境受到外界因素的影響和制約，表征出工程和環(huán)境的不穩(wěn)定性。因此，凍土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)主要包括凍土地區(qū)的工程地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)以及自然條件的變化、人類工程活動(dòng)導(dǎo)致的工程地質(zhì)條件和環(huán)境變化的評(píng)價(jià)兩個(gè)方面內(nèi)容，評(píng)價(jià)要點(diǎn)如下：

（1）由于凍土的特殊性所致，凍土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容必須與凍土工程地質(zhì)區(qū)劃的內(nèi)容相對(duì)應(yīng)；

（2）凍土的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)中必須提出相應(yīng)的保護(hù)凍土工程地質(zhì)條件以及預(yù)測(cè)其變化時(shí)應(yīng)作出的及時(shí)或超前的防治措施；

（3）對(duì)因工程修建后改變凍土工程地質(zhì)條件引起新生的凍土現(xiàn)象作出預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施建議。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)東北大小興安嶺地區(qū)廣泛分布有高緯度多年凍土，工程建設(shè)中設(shè)計(jì)和施工對(duì)凍土問題的關(guān)注度較高，因此凍土地區(qū)的工程地質(zhì)勘察工作尤為重要，其中主要的勘察內(nèi)容、注意事項(xiàng)、工程地質(zhì)區(qū)劃及評(píng)價(jià)是凍土地區(qū)工程建設(shè)的基礎(chǔ)條件，決定著凍土地區(qū)勘察精度與質(zhì)量。因此，我們?cè)趦鐾恋貐^(qū)工程地質(zhì)勘察工作中應(yīng)抓住勘察要點(diǎn)并以此為指導(dǎo)完成勘察工作，為凍土地區(qū)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)和施工提供準(zhǔn)確依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.凍土工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50324-2014）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[2]馬雙杰，賈男，康凱.小興安嶺凍土工程地質(zhì)性質(zhì)及勘察要點(diǎn)[J].林業(yè)科技情報(bào)，2014，46（3）：98-99.

[3]史元科.工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)若干問題的探討[J].江西建材，2014（3）：231.

[4]黃佳寧.工業(yè)與民用建筑凍土工程地質(zhì)勘察的質(zhì)量控制[J].建筑工程設(shè)計(jì)與技術(shù)，2016，（28）.

[5]呂玉蘭，冷毅飛，姜龍，張喜發(fā)，多年凍土融沉性分類研究[J].冰川凍土，2011（33）：4.

[6]郝秋娟.多年凍土專項(xiàng)工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)[J].科技傳播，2012，（14）.

[7]劉爭(zhēng)平.青藏鐵路多年凍土區(qū)工程地質(zhì)勘察技術(shù)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008，（8）.endprint