不同土壤結(jié)構(gòu)對凍土深度影響探討

汪 峰

(深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518172)

不同土壤結(jié)構(gòu)對凍土深度影響探討

汪 峰

(深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518172)

根據(jù)我國北方某大型工程廠區(qū)內(nèi)不同位置實(shí)測的12月至翌年3月的逐日凍土深度資料情況，證實(shí)了土壤結(jié)構(gòu)對凍土深度有較大影響，并通過進(jìn)一步分析，得到最大凍深在不同土壤結(jié)構(gòu)中的影響系數(shù)。該影響系數(shù)可供工程設(shè)計(jì)人員參考使用，按不同土壤結(jié)構(gòu)情況合理修正最大凍深值。

土壤；不同結(jié)構(gòu)；凍土深度；最大凍深；凍深系數(shù)；影響

目前，各行業(yè)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行輸水管線埋深設(shè)計(jì)時(shí)，主要根據(jù)工程附近的氣象站多年實(shí)測最大凍深來確定。一般來說，凍土深度在不同土壤結(jié)構(gòu)條件下會有較大差別，而在《地面氣象觀測規(guī)范》(QX/T45—2007)中，對氣象觀測場的土壤類別卻沒有明確要求，工程所在地與氣象觀測站的土質(zhì)情況可能差別很大，如果直接采用周邊氣象站的最大凍深數(shù)據(jù)作設(shè)計(jì)，會有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)有的凍土深度研究主要針對凍土地基處理、凍土深度與氣候條件變化的關(guān)系以及簡單的區(qū)分有無覆蓋物來考慮凍深折減系數(shù)等，還沒有專門針對土壤結(jié)構(gòu)與最大凍深關(guān)系的研究。為獲得不同土壤結(jié)構(gòu)條件下的凍土深度定量差別，進(jìn)行了一個(gè)觀測實(shí)驗(yàn)，以期為修正氣象站最大凍深到工程處提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料來源

在北方某大型工程廠區(qū)內(nèi)的不同位置進(jìn)行了為期4個(gè)月(12月至翌年3月)的凍土深度觀測，獲得了所需的不同土壤結(jié)構(gòu)下凍土深度觀測值。

整個(gè)工程廠區(qū)面積較大，場地土質(zhì)較為復(fù)雜，符合實(shí)驗(yàn)要求。根據(jù)工程總平面布置，為了解不同土質(zhì)情況下凍土深度的情況，選擇了廠區(qū)內(nèi)3個(gè)不同位置進(jìn)行了一個(gè)冬季的凍土觀測。在選擇觀測點(diǎn)時(shí)充分考慮了代表性問題，為此，在工程西南角，工程東北角及工程專用氣象站內(nèi)分別設(shè)置了觀測點(diǎn)。為盡量避免其他因素對凍深造成影響，各觀測點(diǎn)均選擇在開闊、平坦、不受地下水位影響的位置，觀測點(diǎn)選址、儀器安裝及觀測、記錄工作符合地面氣象觀測規(guī)范的相關(guān)要求[1]。

借助廠區(qū)內(nèi)豐富的鉆孔資料，得以了解觀測點(diǎn)附近的土質(zhì)情況。海邊測點(diǎn)位于填方區(qū)，基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)(地下1.5～2 m)地層主要由強(qiáng)風(fēng)化花崗巖碎屑、中等風(fēng)化花崗巖碎塊和第四系組成，局部夾雜的中等風(fēng)化花崗巖塊，粒徑相差較大，成分復(fù)雜，現(xiàn)場重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)離散性較大，說明該地段回填層極不均勻。觀測場觀測點(diǎn)和東北觀測點(diǎn)均坐落于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上，分布連續(xù)均勻，中細(xì)粒、花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，質(zhì)地均勻。

1.2 研究方法

將3個(gè)不同位置觀測到的逐日凍土深度值繪制曲線，分析不同土壤結(jié)構(gòu)條件下凍土深度的發(fā)展過程，重點(diǎn)對最大凍土深度進(jìn)行研究分析。采用比值法分析3個(gè)觀測點(diǎn)位的過程最大凍深，研究確定其比例系數(shù)[2]。

2 結(jié)果與分析

將3個(gè)觀測點(diǎn)位的4個(gè)月逐日凍深值整理出來，繪制了逐日凍深過程線，見圖1。

圖1 各觀測點(diǎn)逐日凍深過程線

從得到的3個(gè)觀測點(diǎn)位逐日凍深過程線來看，從12月初開始，3個(gè)觀測點(diǎn)位幾乎同時(shí)開始觀測到出現(xiàn)凍結(jié)，隨著逐漸進(jìn)入深冬，凍結(jié)深度穩(wěn)步增大。凍深過程線在12月中旬開始出現(xiàn)不同的走向，海邊觀測點(diǎn)位置凍深最深。在土質(zhì)情況接近的東北角觀測點(diǎn)及觀測場觀測點(diǎn)，雖凍深過程有差別，但最大凍土深度值一致，而海邊觀測點(diǎn)，因其位于極不均勻的回填區(qū)，最大凍土深度值最大。整個(gè)觀測期內(nèi)，海邊觀測點(diǎn)觀測到的最大凍土深度為87cm，東北角觀測點(diǎn)及觀測場觀測點(diǎn)觀測到的最大凍土深度均為70 cm。各觀測點(diǎn)最大凍深與觀測場觀測點(diǎn)最大凍深的比值見表1。

表1 各觀測點(diǎn)最大凍深比值表

在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)中針對地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)凍深(標(biāo)準(zhǔn)凍深指非凍脹黏性土,地表平坦、裸露、城市之外的空曠場地中,不少于10 a實(shí)測最大凍深的平均值)，給出了土質(zhì)類別對標(biāo)準(zhǔn)凍深的影響系數(shù)，如表2所示：

表2 不同土壤結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)凍深系數(shù)

從鉆孔資料分析各觀測點(diǎn)的土壤結(jié)構(gòu)情況，觀測場觀測點(diǎn)、東北角觀測點(diǎn)均為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，分布連續(xù)均勻，可歸為黏性土一類；而海邊觀測點(diǎn)為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖碎屑、中等風(fēng)化花崗巖碎塊和第四系組成，局部夾雜的中等風(fēng)化花崗巖塊，可歸為中、粗礫砂和粉土的混合物。從本次各觀測點(diǎn)實(shí)測的最大凍深情況來看，其凍深表現(xiàn)與表2基本一致。可見，最大凍深在不同土壤結(jié)構(gòu)下的修正系數(shù)可參考使用標(biāo)準(zhǔn)凍深的修正系數(shù)。

3 結(jié)論與討論

從本次實(shí)際觀測成果分析來看，各種土壤結(jié)構(gòu)下的最大凍深的比值系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)凍深比值系數(shù)相似，在沒有工程處實(shí)測凍深數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)附近氣象站及工程處土壤結(jié)構(gòu)情況選取合適的修正系數(shù)，將氣象站處的最大凍深修正至工程處，再調(diào)查當(dāng)?shù)匾延休斔芫€的埋深及歷史運(yùn)行情況，以保證選取最大凍深的合理性。由于條件所限，本次僅根據(jù)1 a實(shí)測成果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，有一定的局限性，以后有了多年資料后，將繼續(xù)對此進(jìn)行深入研究。

[1]徐學(xué)祖，王家澄，張新立.凍土物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2001：39-42.

[2]李超，劉建軍，程建田，徐峰.季節(jié)性凍土地區(qū)土壤凍結(jié)深度的研究[J].低溫建筑技術(shù)，2009(10)：81-83.

Influence Discussion of Different Soil Structure on Frozen Soil Depth

WANG Feng

(Shenzheng China Guangdong Nuclear Engineering Design Ltd.，Shenzhen 518172，China)

According to the real observed data of depth of frozen soil which was measured daily in a large project in northern China，from December to next March，it was confirmed that the soil structure had a great influence on the depth of frozen soil，and through further analysis，influence coefficients for the maximum frozen soil depth in different soil structure is obtained.The coefficients can be used for engineering design，and then the maximum frozen depth value can be adjusted reasonably according to the different soil structure.

soil；different structure；depth of frozen soil；maximum depth of frozen soil；frozen depth coefficient；influence

1007-7596(2015)01-0009-02

2014-04-12

汪峰(1981-)，男，湖南常德人，工程師，從事核電水文氣象工程設(shè)計(jì)工作。

P461

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