東北凍土地區工程地質勘察要點研究

李立+周憲偉+邢姣秀

摘要：凍土是具有負溫或零溫度并含有冰的土（巖）。我國東北地區凍土分布范圍廣泛，在工作中涉及凍土地區的工程地質勘察問題較多。本文通過對凍土地區工程地質勘察的主要工作內容進行分析，從凍土工程地質區劃原則及凍土工程地質評價等方面探析凍土地區工程地質勘察要點。

關鍵詞：凍土地區；工作內容；工程地質評價；勘察要點

凍結的巖土作為凍土工程地質的主要研究對象，與常規巖土相比其具有更獨特的性質。凍土的工程特質主要受巖土體內溫度的變化、水分的變化以及未凍水的動態變化影響。因此，凍土地區的工程地質勘察更注重地溫與含水、冰量。在勘察工作中應側重考慮凍結巖土具有的敏感性、特殊性、脆弱性和復雜性；勘察成果評價中應該考慮到人類工程活動對凍土工程地質條件變化的預測及環境保護的方案；為充分考慮建筑物的穩定和安全，針對重要的工程必須跟蹤監測，以觀察凍土工程地質條件的不斷變化。

1 凍土地區工程地質勘察的主要內容分析

凍土地區工程地質勘察主要包含搜集擬建工程的基礎資料和設計、施工的特殊要求；搜集、整理、分析凍土區內周邊已有勘察資料和科研文獻等，根據凍土的可能隨時間和人類工程活動而變化的特點確定勘察方法；通過現場踏勘、調查與測繪了解凍土工程地質條件及主要的凍土工程地質問題；依據勘察資料判斷分析評價凍土工程地質條件，提出防治處理及環境保護方案，預測建設后凍土工程地質條件的變化趨勢。

凍土地區工程地質勘察的工作內容主要取決于以下三個方面：凍土工程地質條件的復雜程度；凍土地區對地基基礎的特殊要求；凍土地區工程地質條件受建設前及建設后的人類工程活動的影響。以上三個方面對確定凍土工程地質勘察的工作內容、工作方法及工程量有著密不可分的關系，因此在進行凍土工程地質勘察之前，應該比一般巖土投入更多精力去搜集勘察區及周邊凍土地區的相關基礎資料，主要包含區域性的氣象水文、科研文獻、凍土資料和以往勘察試驗的方法。在編制凍土地區勘察大綱時，應明確該勘察區的主要凍土工程地質問題，確定取樣位置及應測試的參數，給出試驗參數的溫度和環境條件。因為凍土工程地質問題及設計參數受凍土溫度和環境條件的影響，且變化較大，在勘察報告中應特別說明。

2 凍土地區勘察工作注意事項

2.1地基復雜程度的劃分

凍土地區工程地質勘察中地基復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條件的穩定狀態，我國北方地區多年凍土年平均地溫可劃分為極不穩定狀態、不穩定狀態、基本穩定狀態和穩定狀態四類，每種狀態下的凍土工程地質條件穩定性相差較大，對自然條件、地質條件、生態環境及人類工程活動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條件的改變，凍土的條件應主要考慮凍土的分布及工程類型；季節凍深及融化深度；凍土的溫度與含冰量；地表植被等覆蓋情況。因此在地基復雜程度劃分時應充分考慮凍土條件及年平均地溫的影響因素。

2.2凍土地區巖土工程勘察等級劃分

依據凍土地區工程重要性等級、場地復雜程度等級和地基復雜程度等級，可將凍土地區勘察等級劃分為甲、乙兩個等級，根據勘察等級明確凍土勘察任務及工作內容。

2.3勘探工作布置

勘探點可分為控制性勘探點和一般性勘探點，控制性勘探點的數量不應少于總勘探點數的1/3，勘探點間距和勘探線布置根據不同行業、不同階段及地基復雜程度等級詳細確定。鉆探工作應采用干鉆鉆進，凍土試樣必須進行含水率及密度試驗。

多年凍土地區工程地質勘察應設置地溫觀測孔并進行地溫觀測，對于重大工程應設置定位觀測點。

2.4凍土試驗及參數選用

凍土試驗是凍土工程地質勘察工作主要內容之一，主要包括凍土物理力學和熱學性質的試驗與測試，關于凍土試驗指標的選用時應注意以下幾點：（1）在計算場地和地基土天然凍結或融化深度、溫度場和力學強度等指標時，應注意總含水率的瞬時測定值與平均值的關系，特別是地表以下0.5m深度內含水率變化較大時，瞬時值不能代表平均值；（2）計算相變時所用的總含水率指標，應以春融前的測定值為準，未凍水量的計算應以凍結期土體達到的最低溫度為準；（3）在確定凍土地基強度所需的溫度值時均以基礎下持力層范圍內建筑物使用期間的最高溫度為準；（4）在計算凍土地基的融化下沉時所需的含水率及容重，應以基礎下持力層范圍內土體凍結期達到最低溫度時的凍土含水率及干密度為準。

3 凍土工程地質區劃要點

凍土工程地質區劃的基本要求為能夠反映凍土地區的工程地質條件，首先，應反映勘察區內多年凍土或季節凍土分布的區域性和地帶性特征；其次，在常規巖土工程地質區劃原則的基礎上，按地質構造、地貌特征、結合凍土地溫的地帶性和主要基本特征，再作分區；最后，依據凍土工程地質條件、主要物理力學、熱學特征，地下冰及凍土現象的分布，再進一步分區。凍土工程地質區劃原則上應分三級進行，考慮區劃內容的主要因素有：

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

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

（3）土的成分，決定著凍土工程地質性質及凍結過程的重要特征；

（4）冰包裹體的性質及分布，決定著凍土的冷生組構，各種成因和構造不僅可以評價凍土的工程性質，還可以表征凍土融化時的狀況和熱融下沉量、凍土的強度特征及凍結過程中的有關現象；

（5）多年凍土的年平均地溫，是表征凍土穩定性的最重要的指標，它決定了土的熱交換動態，以及凍結過程的特點，并影響凍土的物理力學和熱學性質；endprint

（6）凍土厚度，區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；

（7）凍土的埋藏條件，反映在20m深度內有無融化夾層、融區及季節融化層與下臥多年凍土層的銜接關系，如無融化夾層時可視為凍結地基，若不銜接和局部融區的多年凍土可視為凍結或融化地基。

4 凍土工程地質評價要點

凍土對自然條件改變、地表擾動、溫度變化、地表水流侵蝕以及人類工程活動等影響表現出強烈的敏感性和脆弱性，其賦存環境受到外界因素的影響和制約，表征出工程和環境的不穩定性。因此，凍土工程地質評價主要包括凍土地區的工程地質條件的評價以及自然條件的變化、人類工程活動導致的工程地質條件和環境變化的評價兩個方面內容，評價要點如下：

（1）由于凍土的特殊性所致，凍土工程地質評價的內容必須與凍土工程地質區劃的內容相對應；

（2）凍土的工程地質評價中必須提出相應的保護凍土工程地質條件以及預測其變化時應作出的及時或超前的防治措施；

（3）對因工程修建后改變凍土工程地質條件引起新生的凍土現象作出預測和評價，并提出相應的環境保護措施建議。

5 結語

我國東北大小興安嶺地區廣泛分布有高緯度多年凍土，工程建設中設計和施工對凍土問題的關注度較高，因此凍土地區的工程地質勘察工作尤為重要，其中主要的勘察內容、注意事項、工程地質區劃及評價是凍土地區工程建設的基礎條件，決定著凍土地區勘察精度與質量。因此，我們在凍土地區工程地質勘察工作中應抓住勘察要點并以此為指導完成勘察工作，為凍土地區工程建設的設計和施工提供準確依據。

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