东北冻土地区工程地质勘察要点研究

李立+周宪伟+邢姣秀

摘要：冻土是具有负温或零温度并含有冰的土（岩）。我国东北地区冻土分布范围广泛，在工作中涉及冻土地区的工程地质勘察问题较多。本文通过对冻土地区工程地质勘察的主要工作内容进行分析，从冻土工程地质区划原则及冻土工程地质评价等方面探析冻土地区工程地质勘察要点。

关键词：冻土地区；工作内容；工程地质评价；勘察要点

冻结的岩土作为冻土工程地质的主要研究对象，与常规岩土相比其具有更独特的性质。冻土的工程特质主要受岩土体内温度的变化、水分的变化以及未冻水的动态变化影响。因此，冻土地区的工程地质勘察更注重地温与含水、冰量。在勘察工作中应侧重考虑冻结岩土具有的敏感性、特殊性、脆弱性和复杂性；勘察成果评价中应该考虑到人类工程活动对冻土工程地质条件变化的预测及环境保护的方案；为充分考虑建筑物的稳定和安全，针对重要的工程必须跟踪监测，以观察冻土工程地质条件的不断变化。

1 冻土地区工程地质勘察的主要内容分析

冻土地区工程地质勘察主要包含搜集拟建工程的基础资料和设计、施工的特殊要求；搜集、整理、分析冻土区内周边已有勘察资料和科研文献等，根据冻土的可能随时间和人类工程活动而变化的特点确定勘察方法；通过现场踏勘、调查与测绘了解冻土工程地质条件及主要的冻土工程地质问题；依据勘察资料判断分析评价冻土工程地质条件，提出防治处理及环境保护方案，预测建设后冻土工程地质条件的变化趋势。

冻土地区工程地质勘察的工作内容主要取决于以下三个方面：冻土工程地质条件的复杂程度；冻土地区对地基基础的特殊要求；冻土地区工程地质条件受建设前及建设后的人类工程活动的影响。以上三个方面对确定冻土工程地质勘察的工作内容、工作方法及工程量有着密不可分的关系，因此在进行冻土工程地质勘察之前，应该比一般岩土投入更多精力去搜集勘察区及周边冻土地区的相关基础资料，主要包含区域性的气象水文、科研文献、冻土资料和以往勘察试验的方法。在编制冻土地区勘察大纲时，应明确该勘察区的主要冻土工程地质问题，确定取样位置及应测试的参数，给出试验参数的温度和环境条件。因为冻土工程地质问题及设计参数受冻土温度和环境条件的影响，且变化较大，在勘察报告中应特别说明。

2 冻土地区勘察工作注意事项

2.1地基复杂程度的划分

冻土地区工程地质勘察中地基复杂程度主要取决于年平均地温和冻土的条件。年平均地温直接影响和决定着多年冻土工程地质条件的稳定状态，我国北方地区多年冻土年平均地温可划分为极不稳定状态、不稳定状态、基本稳定状态和稳定状态四类，每种状态下的冻土工程地质条件稳定性相差较大，对自然条件、地质条件、生态环境及人类工程活动的敏感程度各有不同。冻土条件的改变直接影响着冻土工程地质条件的改变，冻土的条件应主要考虑冻土的分布及工程类型；季节冻深及融化深度；冻土的温度与含冰量；地表植被等覆盖情况。因此在地基复杂程度划分时应充分考虑冻土条件及年平均地温的影响因素。

2.2冻土地区岩土工程勘察等级划分

依据冻土地区工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级，可将冻土地区勘察等级划分为甲、乙两个等级，根据勘察等级明确冻土勘察任务及工作内容。

2.3勘探工作布置

勘探点可分为控制性勘探点和一般性勘探点，控制性勘探点的数量不应少于总勘探点数的1/3，勘探点间距和勘探线布置根据不同行业、不同阶段及地基复杂程度等级详细确定。钻探工作应采用干钻钻进，冻土试样必须进行含水率及密度试验。

多年冻土地区工程地质勘察应设置地温观测孔并进行地温观测，对于重大工程应设置定位观测点。

2.4冻土试验及参数选用

冻土试验是冻土工程地质勘察工作主要内容之一，主要包括冻土物理力学和热学性质的试验与测试，关于冻土试验指标的选用时应注意以下几点：（1）在计算场地和地基土天然冻结或融化深度、温度场和力学强度等指标时，应注意总含水率的瞬时测定值与平均值的关系，特别是地表以下0.5m深度内含水率变化较大时，瞬时值不能代表平均值；（2）计算相变时所用的总含水率指标，应以春融前的测定值为准，未冻水量的计算应以冻结期土体达到的最低温度为准；（3）在确定冻土地基强度所需的温度值时均以基础下持力层范围内建筑物使用期间的最高温度为准；（4）在计算冻土地基的融化下沉时所需的含水率及容重，应以基础下持力层范围内土体冻结期达到最低温度时的冻土含水率及干密度為准。

3 冻土工程地质区划要点

冻土工程地质区划的基本要求为能够反映冻土地区的工程地质条件，首先，应反映勘察区内多年冻土或季节冻土分布的区域性和地带性特征；其次，在常规岩土工程地质区划原则的基础上，按地质构造、地貌特征、结合冻土地温的地带性和主要基本特征，再作分区；最后，依据冻土工程地质条件、主要物理力学、热学特征，地下冰及冻土现象的分布，再进一步分区。冻土工程地质区划原则上应分三级进行，考虑区划内容的主要因素有：

（1）地貌单元，是表征多年冻土的形成条件和现阶段的存在条件。每一种地貌都反映了一定气候和地质条件作用下土的共生或后生冻结、多年冻土的形成与厚度变化、多年冻土的冷生组构、气候转暖和变冷时多年冻土的局部或全部消融与冻结等特征；

（2）冻结沉积物的成因，决定了沉积物的成分、空间分布的不均匀性、组构、埋藏条件及石化程度，也决定着沉积物的共生或后生冻结类型及相应的冷生组构；

（3）土的成分，决定着冻土工程地质性质及冻结过程的重要特征；

（4）冰包裹体的性质及分布，决定着冻土的冷生组构，各种成因和构造不仅可以评价冻土的工程性质，还可以表征冻土融化时的状况和热融下沉量、冻土的强度特征及冻结过程中的有关现象；

（5）多年冻土的年平均地温，是表征冻土稳定性的最重要的指标，它决定了土的热交换动态，以及冻结过程的特点，并影响冻土的物理力学和热学性质；endprint

（6）冻土厚度，区划要考虑冻土地温带所特有的厚度变化范围，也要考虑建筑物热作用下的厚度变化特点；

（7）冻土的埋藏条件，反映在20m深度内有无融化夹层、融区及季节融化层与下卧多年冻土层的衔接关系，如无融化夹层时可视为冻结地基，若不衔接和局部融区的多年冻土可视为冻结或融化地基。

4 冻土工程地质评价要点

冻土对自然条件改变、地表扰动、温度变化、地表水流侵蚀以及人类工程活动等影响表现出强烈的敏感性和脆弱性，其赋存环境受到外界因素的影响和制约，表征出工程和环境的不稳定性。因此，冻土工程地质评价主要包括冻土地区的工程地质条件的评价以及自然条件的变化、人类工程活动导致的工程地质条件和环境变化的评价两个方面内容，评价要点如下：

（1）由于冻土的特殊性所致，冻土工程地质评价的内容必须与冻土工程地质区划的内容相对应；

（2）冻土的工程地质评价中必须提出相应的保护冻土工程地质条件以及预测其变化时应作出的及时或超前的防治措施；

（3）对因工程修建后改变冻土工程地质条件引起新生的冻土现象作出预测和评价，并提出相应的环境保护措施建议。

5 结语

我国东北大小兴安岭地区广泛分布有高纬度多年冻土，工程建设中设计和施工对冻土问题的关注度较高，因此冻土地区的工程地质勘察工作尤为重要，其中主要的勘察内容、注意事项、工程地质区划及评价是冻土地区工程建设的基础条件，决定着冻土地区勘察精度与质量。因此，我们在冻土地区工程地质勘察工作中应抓住勘察要点并以此为指导完成勘察工作，为冻土地区工程建设的设计和施工提供准确依据。

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