含易溶盐冻土的物相组成和强度试验研究

1、第一部分第一部分 厚层地下冰地段厚层地下冰地段 拼装式涵洞地基温度状况拼装式涵洞地基温度状况 1.1 试验场地地质情况和冻土条件试验场地地质情况和冻土条件DK1137+488涵位地层上部为棕红色细砂，厚度0.5m；以下为棕红色粘土，厚度1.7m；深度2.2m以下为强-全风化泥岩。试验场地天然多年冻土勘察上限为2.2 m。2.2-3.6m为含土冰层；3.6-6.5m为富冰冻土；以下为少冰冻土。年平均地温-0.6，属高温不稳定多年冻土厚层地下冰地段。 DK1139+987涵位地层上部为黄色细砂，厚度1.2m；1.2-4.1m为灰色全风化泥岩；4.1-9.5m以下灰白色为强风化砂岩；9.5m以下为全

2、风化棕红色泥岩。试验场地天然多年冻土勘察上限为2.4 m。2.4-4.1m为含土冰层；4.1-9.5m为少冰冻土；9.5-11.2m为含土冰层；11.2-13.8m为富冰冻土；以下为含土冰层。年平均地温-0.6，属高温不稳定多年冻土厚层地下冰地段。 1.2 试验工程施工概况试验工程施工概况两座试验涵洞均采用拼装结构。基础采用预制块拼装施工。DK1137+488为钢筋混凝土矩形涵，DK1139+987为钢筋混凝土圆管涵。DK1137+488涵进出口段基础埋置深度为2.5m，中段为1. 5m； DK1139+987涵进出口段基础埋置为2.5m ，过渡段为2m，中间段为1.5m。DK1137+488

3、涵2001年10月17日开始施工，11月中旬完成涵身填土，2002年6月10日浇筑翼墙，6月下旬完成进出口铺砌。DK1139+987涵2001年11月下旬开始施工，12月中旬完成基础拼装和管节吊装，2002年5月完成涵身填土，6月25日浇筑翼墙，7月下旬完成进出口铺砌。2 测试结果及分析测试结果及分析图2 DK1137+488涵进口地基温度（2002.4.30-2002.10.19）-4.00-2.000.002.004.006.008.0010.0002468101214深度，m温度，4月3 0日5月9 日5月2 0日5月3 0日6月1 0日6月2 0日6月3 0日7月9 日7月1 9日7月

4、2 9日8月9 日8月1 9日8月2 9日9月9 日9月1 9日9月2 9日10月9 日10月1 9日200年5月至10月涵洞基础下多年冻土上限随时间变化进程图1 2 2002年 5 月至 1 0 月D K11 3 7+488涵 洞 基 础 下 多年冻土上限随时间的变化进程-4-3-2-102002-5-202002-5-272002-6-32002-6-102002-6-172002-6-242002-7-12002-7-82002-7-152002-7-222002-7-292002-8-52002-8-122002-8-192002-8-262002-9-22002-9-92002-9-

5、162002-9-232002-9-302002-10-72002-10-14时间，y-m-d深度，m涵洞进口多年冻土上限涵洞中部多年冻土上限涵洞出口多年冻土上限涵洞进口基础深度- 2 . 5 m涵洞中部基础深度- 1 . 5 m涵洞出口基础深度- 2 . 5 m2001年9 月 施工前涵位多年冻土天然上限- 2 . 5 m2002年9 月 天然地表多年冻土上限- 2 . 0 -2.5m图13 2002年5月至10月DK1139+987涵洞基础下多年冻土上限随时间的变化进程-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.5002-4-3002-5-702-5-1402-5-2102-5-2802-6

6、-402-6-1102-6-1802-6-2502-7-202-7-902-7-1602-7-2302-7-3002-8-602-8-1302-8-2002-8-2702-9-302-9-1002-9-1702-9-2402-10-102-10-802-10-15时间，y-m-d深度，m涵洞进口多年冻土上限涵洞出口多年冻土上限涵洞进出口基础深度-2.5m涵洞过渡段基础深度-2.0m涵洞中部基础深度- 1 . 5 m2001年9 月 施工前涵位多年冻土天然上限- 2 . 2 5 m2002年9 月 天然地表多年冻土上限- 2 . 0 m从图1至3可以看到，涵洞出口冻土地基融化早于进口，而进口又早

7、于中部。这是由于涵洞各部分所接受的太阳辐射量存在差异造成的。进出水口虽然融化进程存在差异，但是最终达到的最大融化深度基本相同（图12和13）。DK1137+488涵进出水口最大融化深度为3.25m，中部为2.75m；DK1139+987涵进出水口最大融化深度为2 .75-2.9m。 DK1137+488涵多年冻土天然上限为2.0-2.5m，涵洞建成后，经第一个融化期进出口地基多年冻土上限下降0.75m；中部下降0.25m。DK1139+987涵多年冻土天然上限为2.25m，涵洞建成后，经第一个融化期进出口地基多年冻土上限下降0.5-0.65m。2.2 涵洞变形结果涵洞变形结果图14 DK113

8、7+488涵2002年6月30日至10月22日沉降缝处涵节之间相对位移量沿涵轴方向分布01020304050607080901234567891011沉降缝编号（自进口按水流方向）相对位移，mm自2002年6月下旬涵节沉降缝处发生明显错动和开裂。至10月22日基础沉降相对位移最大达83mm。从图5可以看到，涵洞最大相对位移发生在进出口翼墙基础与首管节之间。涵洞中部涵节之间的相对位移量很小。2.3 涵洞变形原因分析涵洞变形原因分析1) 涵洞的修筑引起多年冻土天然上限下降。由于混凝土的导热系数大于天然土层的导热系数，导致混凝土基础下的土层升温速度加快。增加了冻土的融化深度。基础及周围土体渗水加速了

9、地基冻土的融化。施工中由于对涵洞上游来水实施了拦截处理，这样就在涵前形成了大量的积水。而寒季进行基础拼装时基础拼块之间仅用干水泥砂混合材料进行找平，难以起到连接和防水的作用。因而砌块找平层和换填的粗粒土共同为渗流提供了良好的通道。形成的涵前积水经日照升温，在水头压力作用下，携带着热量直接作用于冻土表面，致使冻土迅速升温融化。2002年7月30日至8月15日曾对DK1139+987涵附近积水渗流水温变化情况进行了测试。测试结果表明，中午14时渗出水的温度较积水温度低7-12。可见渗流在地基内部发生了强烈的热交换。 1) 基础垫层融化压密。基础垫层在寒季施工，压实难以达到标准。因此随着基础和上部结

10、构的安装，必然会产生一定的压密沉降。 沉陷的不均匀性和不同步性产生原因在于地基不同部位融化的进程和幅度不同以及荷载大小的差异。3 工程措施的讨论工程措施的讨论3.1 基础埋置深度基础埋置深度臧恩穆、吴紫旺等（臧恩穆、吴紫旺等（1999）曾提出青藏高原多年冻土区涵洞基础的合理埋深。在）曾提出青藏高原多年冻土区涵洞基础的合理埋深。在保护冻土原则下，间歇性径流涵洞的保护冻土原则下，间歇性径流涵洞的进出口段基础埋置应为进出口段基础埋置应为1.1-1.2倍天然上限倍天然上限的的深度，深度，过渡段为过渡段为0.7-0.8倍天然上限的深度，中段为倍天然上限的深度，中段为0.5-0.6倍天然上限的深度倍天然上

11、限的深度；如；如果暖季有小径流或间断径流的涵洞，进出口段基础埋置应为果暖季有小径流或间断径流的涵洞，进出口段基础埋置应为1.1-1.2倍天然上限的倍天然上限的深度，过渡段为深度，过渡段为1.0-1.1倍天然上限的深度，中间段为倍天然上限的深度，中间段为0.7-0.8倍天然上限的深度。倍天然上限的深度。铁道部铁道部青藏铁路多年冻土区工程设计暂行规定青藏铁路多年冻土区工程设计暂行规定（2001）制定中采用了上述设）制定中采用了上述设计参数。计参数。 在多年冻土天然上限为2.25-2.50m的高含冰冻土地段采用2.5m的基础埋深偏浅。3.2 防冲渗措施防冲渗措施 尽管青藏高原降水总量较小，但降水时间

12、相对集中于暖季6、7、8三个月。涵前积水下渗以及集中水流的冲刷均会影响到构筑物的稳定性。 建议。1）暖季涵洞施工应做好对上游来水的排放和疏通，采取拦截和疏导相结合的原则快速施工。严禁在涵前单纯拦截和长期蓄水。涵洞施工完成后还应做好涵洞进出口、涵洞内部以及河道、边构、排水沟的疏通工作，避免留下长期隐患。 2）改进涵洞结构防水设计。砌块式抑水墙砌筑砂浆缝质量难以控制，不能真正起到防冲渗的作用。建议采用整体的土工合成材料，如止水板等。进口防冲渗结构的设置范围不但应包括进口铺砌的前缘，还应包括铺砌的两侧。 第二部分 钻孔灌注桩施工对冻土地基温度状况的影响及地基回冻过程1.1 试验场地和工程概况试验场地

13、和工程概况 试验工程位于风火山北麓，北麓河盆地南部， 设计里程DK1140+792。试验场地地层上部为棕红色细砂，厚度0.7m； 以下为棕红色粘土，厚度3.3m； 深度4m处为强风化泥岩，厚度 12.7m； 深度14.1m以下为砂岩。 天然多年冻土上限2.1 m。2.3-2.8m为含土冰层；2.8-3.4m为多冰冻土；以下为少冰冻土。年平均地温-0.77，属高温不稳定多年冻土厚层地下冰地段。 试验工程为1孔18m小桥，桥台基础设计为低承台群桩， 各桥台下6根钻孔灌注桩，桩径1m。 试桩位于小河北岸格台北侧4根工程桩的中心。 DK1140+792桥格台灌注桩2001年9月下旬开始施工，11月末格

14、台灌桩结束。桥台承台基坑于2002年5月下旬开挖。基坑开挖之前，桩周土体温度已逐渐回冻到-0.5至-0.2。基坑开挖后地基温度随气温的转暖而逐渐升高。加载期间桩周土体温度回升至零度左右。1.2 测温探头布设4个测温断面：桩中 桩侧面1# 桩侧面2# 桩周地基（距桩侧0.5m） 测温探头布设 1.3 观测结果分析1.3.1 地基温度变化过程地温分布曲线随时间的变化-1.20-1.00-0.80-0.60-0.40-0.200.003456789101112131415161718深度/ m温度，9月1 7日9月2 7日9月2 9日9月3 0日10月1 日10月2 日10月3 日10月4 日10月

15、5 日10月6 日10月7 日10月8 日10月9 日10月1 0日10月1 1日10月1 2日10月1 3日10月1 4日10月1 5日10月1 6日10月1 7日10月1 8日10月1 9日10月2 0日10月2 1日10月2 2日10月2 3日10月2 4日11月1 日11月2 日11月3 日11月4 日11月5 日11月6 日11月7 日11月8 日11月9 日11月1 0日11月1 1日11月1 2日11月1 3日11月1 4日11月1 5日11月1 6日11月1 7日11月1 8日11月1 9日11月2 0日11月2 1日11月2 2日11月2 3日11月2 3日11月2 4日11

16、月2 4日11月2 5日11月2 6日11月2 6日11月2 7日11月2 7日11月2 7日11月2 7日11月2 8日11月2 8日11月2 8日11月2 8日11月2 8日11月2 9日11月2 9日11月3 0日12月1 日12月2 日12月3 日12月4 日12月5 日12月6 日12月7 日12月8 日12月1 0日12月1 5日12月2 1日12月3 0日1月1 0日1月2 1日1月3 0日2月9 日2月1 9日2月2 7日3月9 日3月2 0日3月3 0日4月9 日4月2 0日4月3 0日5月2 0日5月3 0日6月1 0日6月2 0日6月3 0日7月2 0日7月2 9日8月1

17、 0日8月1 1日8月1 2日8月1 3日8月1 4日8月1 5日8月1 7日8月1 9日8月2 4日天然年平均地温-0.77施工扰动造成冻土地基整体升温0.6至1.0施工对冻土地基的热扰动范围，垂直方向超出桩底以下3m；不同深度地温随时间的变化-1.30-1.20-1.10-1.00-0.90-0.80-0.70-0.60-0.50-0.40-0.30-0.20-0.100.008月27日9月6日9月16日9月26日10月6日10月16日10月26日11月5日11月15日11月25日12月5日12月15日12月25日1月4日1月14日1月24日2月3日2月13日2月23日3月5日3月15日3

18、月25日4月4日4月14日4月24日5月4日5月14日5月24日6月3日6月13日6月23日7月3日7月13日7月23日8月2日8月12日8月22日9月1日9月11日时间深度/ m3455.57891011121313.515161718冻土地基温度在群桩施工过程的综合影响下，地面下18m深度处，初始地温-0.77，施工中增温迅速，10d上升0.4；而上层4m处，初始地温-1.01，施工中温度上升较慢，40d上升0.4。施工进行30d后，地面下18m深度处地温上升到最大值0.1，温度保持恒定50d后降低。高温多年冻土地段钻孔灌注桩群桩桩基周围土体和桩侧温度，在有限的施工期内（即使历经一个寒季）不能回冻到初始