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1、震后交通基础设施重建技术系列指南之八震后交通基础设施重建技术系列指南之八 多年冻土地区公路病害防治技术指南多年冻土地区公路病害防治技术指南 目目 录录 1 总则总则 1 2 术语 符号术语 符号 1 2 1 术语 1 2 2 符号 3 3 冻土和冻土工程中的基本规定冻土和冻土工程中的基本规定 4 4 公路沿线多年冻土勘查公路沿线多年冻土勘查 5 4 1 公路沿线多年冻土勘察的基本要求 5 4 2 公路沿线冻土工程地质调查 6 4 3 公路沿线冻土工程地质勘探 9 4 4 冻土温度的确定 11 4 5 冻土物理和力学参数的测试 11 5 多年冻土地区公路病害多年冻土地区公路病害 11 5 1 多
2、年冻土地区公路病害类型和特征 12 5 2 多年冻土区公路病害分级 14 5 3 多年冻土区公路病害调查 17 5 4 多年冻土地区公路病害机理 19 6 多年冻土地区公路病害防治概述多年冻土地区公路病害防治概述 24 6 1 多年冻土地区公路病害防治的目的和原则 24 6 2 防治的内容 25 6 3 防治的方法 25 6 4 防治的五个阶段 26 6 5 多年冻土区公路病害防治的标准 26 7 多年冻土地区公路路基设计多年冻土地区公路路基设计 27 7 1 冻土路基设计的一般规定 27 7 2 少冰 多冰冻土地段的路基 29 7 3 高含冰量冻土地段路基 29 7 4 冰锥 冻胀丘地段路基
3、 31 7 5 热融滑塌地段路基 32 7 6 热融湖 塘 地段路基 32 7 7 冻土沼泽 沼泽化湿地 地段路基 33 7 8 支挡建筑物 33 7 9 路基排水 34 7 10 取土场 弃土堆 35 8 多年冻土地区公路路基施工多年冻土地区公路路基施工 36 9 多年冻土地区公路病害防治措施多年冻土地区公路病害防治措施 38 9 1 预防措施一 保温路基 38 9 2 预防措施二 通风管路基 40 9 3 预防措施三 低架旱桥 42 9 4 治理措施一 遮阳板护坡 43 9 5 治理措施二 碎石护坡 45 9 6 病害治理措施的养护 47 多年冻土地区公路病害防治技术指南 1 1 总则总则
4、 1 0 1 本指南主要根据青藏公路 214 国道等研究较为深入的多年冻 土区公路的观测资料分析总结并结合仿真分析研究而编制 对于其 它多年冻土区公路的适用性还需要考虑当地气候 冻土环境的特殊 性 1 0 2 本指南主要内容为多年冻土区路基工程方面的病害 1 0 3 本指南涉及多年冻土区公路路基设计一般原则 公路沿线多年 冻土勘察 多年冻土区公路路基主要病害类型 病害形成机理 多 年冻土区冻土工程地质条件稳定性评价 多年冻土区公路路基病害 防治对策等方面的内容 2 术语 符号术语 符号 2 1 术语术语 2 1 1 多年冻土多年冻土 冻结状态持续二年或二年以上的土 岩 冻结状态下的多年冻 土强
5、度较高 但是由于其内部常常含有冰 冻土融化后往往发生融 沉和融化压缩变形 强度大大降低 继而危害上部工程建筑物的稳 定性 2 1 2 融区融区 指多年冻土区内由于热力作用形成的非多年冻土地段 2 1 3 地温年较差地温年较差 某一深度处地温在一年中最高与最低温度的差值 一般按一年 中最热月与最冷月的月平均温度计算 2 1 4 年平均地温年平均地温 指年温度较差为零深度处的地温 年零较差的深度称为地温年 变化深度 2 1 5 季节冻结层季节冻结层 多年冻土地区公路病害防治技术指南 2 每年寒季冻结 暖季融化 其年平均低温高于 0 的地表层 其下卧层为非冻结层或不衔接多年冻土层 2 1 6 季节融
6、化层季节融化层 每年寒季冻结 暖季融化 其年平均低温低于 0 的地表层 其下卧层为多年冻土层 2 1 7 多年冻土天然上限多年冻土天然上限 天然条件下 多年冻土层顶面的埋藏深度 2 1 8 多年冻土人为上限多年冻土人为上限 人为条件影响下 多年冻土层顶面的埋藏深度 对多年冻土地 区的公路工程而言 路基下人为上限等于路面到路基下多年冻土层 顶面的距离 2 1 9 多年冻土下限多年冻土下限 指多年冻土层下界面的埋藏深度 2 1 10 衔接多年冻土衔接多年冻土 直接位于季节融化层之下的多年冻土 2 1 11 不衔接多年冻土不衔接多年冻土 季节冻结层的冻结深度浅于天然上限的多年冻土 2 1 12 融沉
7、系数融沉系数 冻土在融化过程中 在自重作用下产生的下沉量与融化前相应 厚度之比值 2 1 13 融化压缩系数融化压缩系数 指冻土在融化后 在单位荷载作用下产生的相对压缩变形量 2 1 14 冻胀率冻胀率 指单位冻结深度的冻胀量 即在某一冻结深度范围内的冻胀量 与响应的冻结深度之比值 2 1 15 冰椎冰椎 多年冻土地区地下水在寒季流出地表冻结所形成的冰体 河流 中形成的冰椎也叫冰幔 多年冻土地区公路病害防治技术指南 3 2 1 16 冻土沼泽冻土沼泽 在多年冻土地区 由于地表水 地下水的影响 地面长期潮湿 生长喜湿和喜水植物 并有泥炭堆积的山前斜坡或山间洼地 2 1 17 冻胀丘冻胀丘 由土的
8、差异冻胀作用所形成的丘状地形 2 1 18 热状 热管桩 热状 热管桩 内部采用对流原理制作的汽 液两相或者单相液体工作的管状 换热装置 2 1 19 融化盘融化盘 在工程作用下 多年冻结地基土的一部分发生融化 形如盘 盆状 故称融化盘 2 1 20 冻土核冻土核 指在天然地面上的工程填土内 残留或发育形成的冻土体 2 1 21 不良冻土现象不良冻土现象 又称不良冷生现象 指土体的冻结和融化作用产生的对工程有 不利影响的新形成物及中小型地形 如冰椎 冻胀丘 融冻泥流 热融滑坍和热融湖塘等现象 2 2 符号符号 2 2 1 冻土物理力学性质指标冻土物理力学性质指标 1 冻土总含水率 A W 2
9、冻土相对含冰率 c I 3 冻土体积含冰率 v I 4 冻土天然密度 Kg m3 5 冻土骨架密度 Kg m3 a 6 冻土干密度 Kg m3 d 7 冻土塑性指数 p I 8 冻土孔隙比 e 9 冻土融化下沉系数 0 10 冻土层的平均冻胀率 11 冻土未冻含水率 u W 多年冻土地区公路病害防治技术指南 4 12 土的液性指数 L I 2 2 2 冻土热学性质指标冻土热学性质指标 1 冻土 未冻土导热系数 W m K f u 2 冻土 未冻土体积热容量 J m3 K f C u C 3 冻 融土的相变潜热 J Q 2 2 3 冻土季节冻结 融化层数冻土季节冻结 融化层数 1 多年冻土天然上
10、限 m t H 2 多年冻土人为上限 m r H 3 年平均地温 cP T 3 冻土和冻土工程中的基本规定冻土和冻土工程中的基本规定 3 0 1 多年冻土具有融化下沉性 根据土的融化下沉系数的大小 0 可以划分为不融沉 弱融沉 融沉 强融沉和融陷五级 参见附录 A 3 0 2 多年冻土按含冰类型可分为少冰冻土 多冰冻土 富冰冻土 饱冰冻土和含土冰层等五类 其中富冰冻土 饱冰冻土和含土冰层 又统称为高含冰量冻土 各种含冰类型冻土的判别依据参见附录 B 3 0 3 高原多年冻土的低温分区 按多年冻土年平均气温 Tep 可分 为以下四类 1 多年冻土年平均低温 0 5 时 属高温极不稳定冻土区 cp
11、 T 2 多年冻土年平均低温 1 5 0 5 时 属高温不稳定 cp T 冻土区 3 多年冻土年平均低温 3 0 1 5 时 属低温基本稳 cp T 定冻土区 多年冻土地区公路病害防治技术指南 5 4 多年冻土年平均低温2L S 较大 稳定 排泄带每年均 有冻胀丘产生 大大 冻土 层上水 谷 盆地 河流阶地 季节性 一般 6 10 月 较小 1L S 间歇性 不稳定 偶尔有融冻滑 塌产生 一般暖季 4 2 3 现有工程建筑物的调查是冻土工程地质调查的重要内容 尤其 是青藏高原多年冻土地区 现有工程的一些工程作用与现象可以作 为是否存在多年冻土的指示 对现有工程基础的稳定性分析可以帮 助判断冻土
12、的工程地质条件 同时工程的病害与成功案例可以为新 的类似工程直接提供借鉴 青藏高原东部多年冻土区主要的工程建 筑是道路工程 路基与桥涵 和居民住房 对这些工程的调查应侧 重如下内容 路基病害 确定路基基底的冻土工程地质类型 冻结基底的土 层性质与物理性质 填土路堤的结构 成分与高度 道路建成运行 时间 道路运行稳定性特征及病害特点 病害发生时间 病害类型 病害原因 涵洞病害 确定涵洞结构类型 基础埋深 基础土质类型与含 冰性质 涵洞过水状况 冰塞现象 涵洞病害情况 涵洞病害的原 多年冻土地区公路病害防治技术指南 8 因分析 桥墩台病害 调查桥墩台所处的冻土工程地质条件 土质条件 冻土条件 水文
13、条件 墩台病害特征等 房屋病害 调查房屋地基土性质 冻土条件 基础类型与基础 埋深 病害特征 墙壁热融沉断里 屋内热融下沉 冻胀 融化差 异引起的墙壁裂缝 倾斜等 若是连续发生屋内及强体下沉现象 一般可以判断为多年冻土地基 4 2 4 融区调查 融区调查大致分为两大类 其一是分布于大片连续多年冻土区 中的早期融区 其二是分布于多年冻土下界附近 近期冻土退化形 成的融区 前者分布往往成线状和带状 后者为片状 正确确定融 区有助于寻找良好的工程地质地段 以降低工程造价 确定居民点 位置和供水水源地 在地面调查阶段确定融区主要的依据是 常年 径流或者径流期长的大中江河的河槽 河漫滩阶地等 地下水活动
14、 或直接作为排泄带的构造断裂破碎带 包括山前断裂 河谷断裂等 大部分存在融区 这种融区类型除了地形标志外 地下水 泉 常 年排泄 寒季冰椎的产生均可以作为判断依据 这是可以进一步通 过测定浅层低温以判断其宽度与分布范围 活动型冻胀丘多数是因 周围多年冻土作为个水曾 融区含水层受季节冻结层作用 受压 而形成的 据此不但可以判断有稳定融区分布 而且可以判别其周 围有多年冻土存在 常年性给水水井 这也是融区存在的标志 如 214 过道上的温泉 黄河沿 玛多等地的水井和 109 国道上不冻泉 水井 沱沱河沿水井均具有融区的标志作用 冻土区内一些居民点 基础稳定 多年使用仍完好 一般多属融区 道路工程
15、随填土高 度较低 但经多年运行 路基稳定 极少有病害 这些路段也可能 是融区 4 2 5 多年冻土的指示标志 在 109 国道唐古拉山以北 214 国道巴颜喀拉山以北地区 海 拔在 4400m 以上的均属多年冻土分布去 这些地段年平均气温一般 低于 3 5 根据海拔来判断这些地段属多年冻土是容易的 较难识 别的是大山系间的河流 谷盆低洼地以及高山多年冻土分布下界附 近的冻土岛 而判别这些冻土岛是工图工程地质调查阶段的主要任 务之一 据以下标志可以初步判断多年冻土是否存在 1 永久性冻胀丘和热融滑坍 热融崩塌等不良冻土现象是指 示多年冻土存在的重要标志 2 每年 7 9 月间的道路热融深翻浆和民
16、房基础多年连续热 多年冻土地区公路病害防治技术指南 9 融下沉等工程病害也是多年冻土存在的重要标识 下列现象可以作为冻土是否存在的参考指标 残留小型冻胀丘 群分布既可能表示冻土已退化消融 同时也往往可能指示有少量冻 土岛存在 在普遍较干燥地段分布相对发育的 植被岛 及山前平 缓台地 山间低洼的 植被岛 同时表示此处赋存多年冻土 有些 活动性小冻胀丘分布的沼泽湿地 平缓干燥地段上的 湿地岛 在 暖季雨后更潮湿 等 4 3 公路沿线冻土工程地质勘探公路沿线冻土工程地质勘探 公路沿线冻土工程地质勘探应在工程地质调查基础上进行 勘 探点的布设应坚持点 线 面相结合 特别是在线路勘探中不搞勘 探电平均布设 工程地质条件单一 简单的地段 原工作程度较高 地段和有可靠实践经验可借鉴的地段等可以减少勘探点和勘探工作 量 在下列地段则应增大勘探密度 增加勘探工作量 厚层地下冰 地段 沼泽湿地发育地段 低填浅挖地段 岛状冻土分布地段 融 区与冻土过渡地段 典型工点和重点工程地段 冻土工程地质勘探 应采用综合勘探技术手段 特别要重视高技术的应用 以钻探为主 导 以坑探为补充 以物探为联系及扩充 统一布置 互
