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1、读书报告 对特殊性土的工程性质的认识对特殊性土的工程性质的认识浅谈季节性冻土对工程的影响及防范措施浅谈季节性冻土对工程的影响及防范措施院系：院系：勘查与测绘学院勘查与测绘学院 班级：班级：勘查勘查 09410941 姓名：姓名：肖敏肖敏 学号：学号：3030 对特殊性土的工程性质的认识浅谈季节性冻土对工程的影响及防范措施长春工程学院 勘查 0941 肖敏摘摘要要：季节性冻土 【seasonal frozen soil】指的是冬季冻结春季融化的土层 。自地表面至冻结层底面的厚度称冻结深度。 季节性冻土是受季节性的影响，冬季冻结、夏 季全部融化。 我国季节性冻土区面积大约 513.7 万平方千米，
2、占国土面积的 53.5%。季节性 冻土的冻胀性、融沉性等特性对工程影响重大。所以在季节性冻土地区的工程建筑或项目应 特别注意考虑季节性冻土对工程的影响及防范措施。本文对季节性冻土的影响因素、分类、 各种工程的影响及防范措施作了简要概述。关键字关键字：季节性冻土 冻胀因素 冻胀危害 融沉 防治影响土的冻胀性因素影响土的冻胀性因素影响土的冻胀性因素很多,如土的颗粒组成、土的矿物成分、含水量、土体密度、土中 温度及梯度等,但归纳起来主要有三个方面,即通常所说的土、水、温三大要素。 1 土中含水量对冻胀的影响 国内很多资料表明,土中冻前含水量对冻胀有一定影响,但不是全部水分,而是超出起始冻胀含 水量的
3、水分,其关系式用下式表达:=(W - Wp ) (1) 式中:冻胀率( %) ;W 冻土层内冻前平均含水量( %) ; Wp 起始冻胀(相当塑限) 含水量( %) ; 系数。 关于系数,目前各家取值不一。如中国科学院兰州冰川冻土研究所、哈尔滨建筑工程学院 和黑龙江省寒地建筑科学研究院等是根据理论计算给值,即考虑粘土在封闭系统情况下最大 可能产生的平均冻胀率:=1.09d(W - Wp ) /2W 0.8 (W - Wp ) 式中:d 土的干容重(1500kg/m3 ) ;W 水容重。 2 地下水对冻胀的影响 如前所述,地下水埋藏深浅对土的冻胀影响很大,对于这方面许多文献作过很好论述。为定量 分
4、析地下水与桥涵基土的冻胀关系,我们对庆安冻土科学试验站多年的试验资料(包括粘性土 数据159 组、细砂数据51 组) 进行分析。粘性土的冻胀率与地下水位的关系如下: Kd = aexp bz = 35.1 e - 0.019z R = 0.88 F = 410.74 F0.01 = 6.81 细砂的冻胀率与地下水位的关系,可用下 式表示: Kd = a + blnz = 24.2 - 5.2lnz R = 0.87 F = 391.62 F0.01 = 7.2式中: z 为冻前地下水位(cm) ;其它符号意义同上。季节性冻土对砖木结构起脊房屋的危害分析季节性冻土对砖木结构起脊房屋的危害分析寒冷
5、及严寒地区,季节性冻土冻结时膨胀强度高(或承载力大) ,解冻时融陷强度低(或承载 力小) ,对冬期和春融期施工增添了一定的难度和复杂性。如考虑不周或不加重视,就会酿成 不同程度的工程质量事故。某卫生所工程,建筑面积667 m2 ,系一层砖木结构起脊房屋,M5 水泥砂浆砌块石基础,石 基础下部设置250 mm 厚钢筋混凝土板式基础。该工程在1 月份开挖基槽,春节期间施工队 伍放假停工,基槽敞底没有采取覆盖保温措施。过完春节半月以后,清理完基槽就浇筑钢筋混 凝土板式基础,接着在其上砌筑块石基础。当时槽底冻胀地基土的冻结深度已超过1 m ,但施 工者对槽底土的继续下冻拱起未引起注意,从而没有挖探坑检
6、查冻胀地基土的厚度。到6 月 份地基土开始融陷,该房屋墙体普遍开裂,最大裂缝达50 mm ,只好拆除砖墙重建。 为了避免这类事故的发生,在冬期进行地基基础施工时,除了在砌筑砂浆或混凝土中掺防 冻剂外,还应做到随挖基槽,随砌筑基础,随回填土方。按采暖设计的房屋基础顶面和两侧做好 覆盖保温工作。季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施路基冻害的分类路基冻害的分类 根据铁路沿线季节性冻土地区所出现的铁路路基冻害现象，进行归类总结，主要形成了冻胀、 融沉、翻浆冒泥等三种路基病害。 1 冻胀冻胀是指由于土的冻结作用而造成的体积膨胀现象，这是季节性冻土区常常遇见的铁路
7、病害。冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀两类，原位冻胀是指冻结锋面前进过程和已冻土继续 降温过程中，正冻土中的孔隙水或已冻土中的未冻水原位冻结，造成体积增大9 ；而当土 体冻结以后，由于土颗粒表面能的作用，土中始终存在未冻结的薄膜水。在温度梯度的诱导 下，薄膜水会从温度高处向温度低处迁移，正是由于水的抽吸作用使水分集聚在前进的冻结 锋面后方并冻结，分凝成冰透镜体，这一过程称为分凝冻胀，分凝冻胀过程造成体积增大 109倍 。通过对发生病害处路肩挖探、铲探及钎探，发生冻害处的铁路路基土质以粉土为 主，局部为粉质黏土、黏土。天然含水量为125 一335 ，土层冻胀等级及类别为 V级强冻胀。铁路局管内发生的
8、大部分铁路路基冻害是该类型冻胀，京包线 K614+010K781+670间尤为突出，出现不均匀胀高，每年冬季冻起高度达40 mm，轨道道钉 和扣件难以保持轨距，严重影响行车安全。冻胀本身不仅引起基床破坏，还可引起桥梁、涵 洞基础的冻害。 2 融沉季节性冻土融化时，冰晶和冰膜融化成水，土层在重力和上覆荷载的作用下，路基及基 床会产生不同程度的沉降，即融沉。融沉一般有两个特性_2 j：其一，由于自然营力和人为 因素及土体各方面的差异，融沉在空间上具有不连续性，厚度上具有不均匀性。有的路段在 以较慢的速度连续下沉一段时间，有的路段突发大量地沉陷，并使周围部分土体隆起。这是 因为冻路基土融化后处于饱和
9、状态，其承载力几乎为零，在外部荷载作用下，基床瞬间产生 大幅度沉陷并有大量积水冒出。其二，融沉多发生在低路堤地段。由于路堤高度、坡向、填 料类 别、保温设施，以及施工季节和施工后形成的地表特征、水文特征及冻土介质特征等因素的 综合影响，土体中各土层的散热和吸热有极大差异。当基底土层的散热超过吸热时，地温上升，冻土融化，人为上限下降，路堤就会产生融沉病害。路堤越低，意味着在从上界流向地 中的传热过程中，热阻减小。路堤自身的储热能力变小，不利于热稳定，从而易导致路基发 生融沉。 3 翻浆冒泥由于铁路局管内独特的地质、地理环境，导致在某些路段冻结时间长，解冻缓慢，加之 大量的积雪融化后雪水下渗，这样
10、就在解冻层和未解冻层之间形成自由水。这部分自由水不 能及时排出，造成土基软弱，强度急剧降低，在列车荷载作用下，路基面发生鼓包、唧泥现 象，即为翻浆。这种冻害主要发生在河漫滩地貌单元、山前冲洪积平原、坡地的下坡部位、 冬前路沟积满水的地段。翻浆冒泥导致道床下沉，轨道状态不良，几何尺寸变化频繁，需要 不断进行紧急整修。翻浆冒泥引起钢轨水平差较大，导致钢筋混凝土轨枕产生纵横裂纹。无 论冬季的线路冻害或是春融期的翻浆冒泥的威胁，致使每年列车通过减速，甚至不得不封锁 线路 处理。例如，京包线K681+400处翻浆冒泥比较严重，但是路局内路基冻害中翻浆冒泥现象较 少见。 冻胀病害的整治措施及其原理冻胀病害
11、的整治措施及其原理 1 换填基床土国内外的工程实践表明，用较纯净的砂砾或中、粗砂换填季节性冻土，是削减地基土冻害的 理想方法之一。铁路距离大青山等山脉较近，山前有大量的坡积碎石土及全风化碎石土，以及在河流、河谷地区有大量的中粗砂等，这为线路提供了丰富的抗冻建材。在平面和纵断面受 到限制的情况下，如岔区路基冻害及特大桥、大桥两端的路基冻害主要采用换填整治的方法。充分利用成组更换道岔这一有利时机，利用封锁施工的方案对岔区冻害予以整治，适当延长封锁时 间，将道床下部分粉土、粉质黏土、黏土进行换填，换填厚度约80160 cm，以增加道床的 整体排水性。换填非冻胀土并进行压实处理，铺底碴后，将已组装好的
12、成组道岔推进，整修 后开通线路。岔区冻害实行分线分段换填，有交叉渡线的取消渡线，将正线道岔更换为普通线路。 并适当增加道床石碴厚度，以便于调节由冻胀引起局部小变形。利用封锁进行换填，其优点 是行车的安全有保障且换填彻底，缺点是封锁次数增加，对运输的影响较大。另外，还采用扣轨或D型梁架线路，限速45 krnh，对冻害严重地段进行换填。其优点是换填彻底，缺点是对运输 影响大，工程造价高，换填的长度有限。 2 抬道整治路基冻害方案抬道方案整治路基冻害的适用范围主要是在平面和纵断面条件允许情况下的水浸路基的地段和冻害连续的地段。随着大型养路机械在呼和浩特铁路局的应用，使用大型养路机械进行抬道整治路 基
13、病害是确保行车安全，减少废弃工程，降低工程造价，工程得以顺利实施的最佳选择。抬 道整治路基病害范围内的桥梁要和线路抬道实施同步抬高；涵渠在抬道前要进行接长施工。 用多于2台的捣固车和2台稳定车，每天封锁180 min，上下行交替封锁抬道；平均每次封锁 抬道7 cm，沉落02 em，保持68 cm，整治上、下行累计长度在4 000 m的一处路基冻害，累计需要封锁时间约40d，抬道高度约可达12 in。线路每日封锁前到开通后列车速度为45 kmh。 3 无机结合料稳定土保温法地基采用石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土等无机结合料稳定土的整治方案。在已有的对 东北地区季节性冻土比较封闭和开敞系统中的原状土
14、、扰动土、石灰稳定土冻结试验中，发现石 灰稳定土是抑制路基冻害的有效措施。抑制冻害的最佳石灰含量约12 15。处于内蒙 古地区较多的火力发电厂有充足的粉煤灰、石灰等无机料。另外，采用这些无机结合料稳定 土能够使地基土具有良好的力学性能。其抗压、抗弯强度较高，而且强度与模量随龄期不断 增长，水稳定好，外力作用下变形小等，能很好的防止铁路冻害，现正处在试验探索阶段。4 人工盐化路基土溶于水中的盐类能使水溶液的冰点低于淡水，而且浓度越大，冰点越低。主要有挖轨枕 槽铺盐，打孔注盐，稀释注人和土盐拌和等几种施工方法。打孔注盐的深度至冻结深度的 80 ，盐化处理后的土应夯实，减少盐的流失。盐化处理易于施工
15、，成本较低，但只能减 小冻胀，不能根除冻害，应与其他办法结合使用，或在低温极值较高的病害轻微段使用，并 要根据线路的具体地质条件综合考虑，以防出现新的路基盐渍化病害。辽西季节性冻土地区道路冻害及其防治辽西季节性冻土地区道路冻害及其防治季节性冻土区、永久性冻土区存在大量的道路冻害, 这些道路冻害严重地制约着当地道 路的正常运营, 经济发展。目前, 很多专家和学者都正在进行研究这些冻害及探求解决这些冻害的措施, 并有很多优秀的成果 一。但是针对具体局部地区道路病害的存在现状, 防治冻害的具体措施, 还没有太多的文献报道。辽西地区, 道路冻害一直影响着道路的正常 使用, 同时由这些冻害导致的道路养护
16、维修费也大幅度增加。严重地制约着辽西地区道路的 建设发展, 影响其经济的增长和文化的交流。因此,针对辽西地区风积土冻胀、融沉、强度 弱化等特殊现象造成的道路大量翻浆冒泥、路面开裂等各种各样的工程地质问题进行具体研 究, 正确的认识有这些工程地质问题引发的道路冻害害, 采用有效的防治措施对于保障道路 正常使用、加快辽西地区建设发展具有极其重要的意义。 辽西季节性冻土地区常见的道路冻害现象有:冻胀、融沉、翻浆冒泥、开裂等。 道路冻害的防治道路冻害的防治 1.1.强夯加固地基强夯加固地基强夯的夯击能作用于地基土表面, 并以波的形式将能量传向土体, 在瞬间可将土体压缩 数厘米或数十厘米。在强夯法处理后, 地基土的性质将有很大改善, 并表现出密实度提高、含水量降低、渗透性降低、降低地下水位、构成地下隔水板、减小地基土的冻胀率降5 等 特点。辽西
