【正文】 凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標準及質(zhì)量控制指南 25 附錄二：凍土物理、熱物理和力學參數(shù) 在一般的熱學工程計算中，凍土的未凍水量（ Wu）可以按下式計算 粘性土 Wu=WpK(t) 砂土 Wu=W[1i(t)] 式中： Wp —— 塑限含水量，以小數(shù)計； K(t) —— 溫度修正系數(shù)，以小數(shù)計； W —— 含水量，以小數(shù)計； i(t) —— 結(jié)水率，即冰量與總水量之比，為溫度的函數(shù)，以小數(shù)計。 （ 3） 凍土工程地質(zhì)圖 1:2020～ 1:10000。挖方段鉆孔間距以滿足編制詳細凍土工程地質(zhì)圖的需要為原則。 在調(diào)查與測繪的基礎(chǔ)上，提出凍土工程地質(zhì)條件變化的預(yù)報 ,其主要內(nèi)容包括 : （ 1） 土的季節(jié)融化和季節(jié)凍結(jié)深度的變化。 路基、橋梁、隧道、站場應(yīng)進行詳細的調(diào)查、勘察和試驗，查明各類建筑物施工設(shè)計所需闡明的凍土工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，提供施工設(shè)計所需的巖、土物理力學參數(shù)。 （ 5） 地溫觀測資料。 （ 3） 凍土現(xiàn)象分布地段和多年凍土區(qū)挖方路段的路基工點。 （ 2） 全線凍土工程地質(zhì)圖 1:10000～ 1:100000。 橋位區(qū)凍土工程地質(zhì)調(diào)查與測繪除應(yīng)符合現(xiàn)行國家有關(guān) 標準 (規(guī)范 )規(guī)定外，尚應(yīng)查明以下幾點內(nèi)容： 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標準及質(zhì)量控制指南 19 橋位區(qū)多年凍土的分布及物理力學特征。 一般路段每公里應(yīng)設(shè)勘探點 數(shù)量根據(jù) (～ 條 )確定 ，其位置應(yīng)選在地形特征點處。 （ 3） 觀測周期應(yīng)根據(jù)勘察大綱的有關(guān)技術(shù)要求而定。 初測階段凍土工程地質(zhì)勘察應(yīng)查明沿線凍土區(qū)域條件，區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對線路通過地區(qū)的凍土工程地質(zhì)條件作出 較深入 評價；初步查明對線路起控制作用的凍土現(xiàn)象的性質(zhì)、特征和范圍；根據(jù)凍土工程地質(zhì)條件，優(yōu)選線路方案。 除應(yīng)了解線路通過地區(qū)的工程地質(zhì)條件外，重點應(yīng)放在控制線路方案的越嶺地段、 長大隧道、大河橋渡和大型互通式立體交叉地段。 多年凍土地區(qū)的路基變形觀測兩種方法： 整體變形觀測：選取代表路段，沿路中線每隔一定距離的路面表面或在橫斷面方向的路中及路面兩側(cè)邊緣打入圓頭大鐵釘作固定點位，用水平測量方法定期觀測其變形沉降量； 分層凍融變形觀測：沿路基深度方向分層埋設(shè)變形觀測沉降（凍脹板），在縱向記錄各層土的變形沉降情況。但這種凍脹儀不能確切說明層中哪個深度的凍脹量，同時開孔較大，對溫度場有一定的影響，效果不夠理想。 對于地表溫度的觀測，可采用玻璃液體溫度表觀測。曲管地溫表、最高溫度表、最低溫度表、緩變溫度表。 現(xiàn)行鐵路工程地質(zhì)規(guī)范中采用的多年凍土地地基的基本承載力 σ0 可以分為兩部分。 對于一般凍結(jié)砂性土和粘性土，采用楔形儀測其抗剪強度。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標準及質(zhì)量控制指南 14 凍結(jié)力測試 凍結(jié)力又稱為凍著力，凍結(jié)強度，界面抗剪強度等。也可在室內(nèi)進行模擬試驗。含水量大于液限后其導(dǎo)溫系數(shù)趨于穩(wěn)定。5 ～ 11％。可計算求得。蠟封法主要適用于易受浸泡崩解的 “高 ”溫凍結(jié)砂土試樣。 多年凍土物理指標測試 含水量測試 凍土含水量的測定方法，以烘干法為測定凍土含水量的基本方法。因此必須做好巖芯的保管工作。 h 天 也可以利用下式估算： h 天 =h 勘 其中：ｅ ——自然對數(shù)的底； Ｔ ——相應(yīng)于ｈ 勘 時的月份（月），如６月 20 日則為 ６ .６６月。但這一方法判別的上限位置誤差較大。該層異?；钴S而且對內(nèi)外界條件反應(yīng)最敏感，隨著季節(jié)不同和條件改變所發(fā)生的凍融變化直接危及建筑物的安全，上限部位及其變化是各種自然條件綜合的產(chǎn)物， 它反映季節(jié)融化層的特征，是進行公路工程設(shè)計的主要數(shù)據(jù)之一。粒狀冰應(yīng)測定顆粒直徑大小。測定凍土天然含水率的取樣，應(yīng)采用刻槽法； 為保證試樣質(zhì)量，不得從爆破的碎土塊中取樣； 凍土試樣的采取數(shù)量要滿足以下要求： 1)測定凍土基本物理、熱物理性質(zhì)指標的土樣應(yīng)在一件以上； 2)測定凍土力學性質(zhì)指標的土樣應(yīng)在 3 件以上； 采取凍土試樣進行室內(nèi)試驗時應(yīng)首先檢查凍土式樣的融凍、擾動程度，按試樣等級進行相應(yīng)的試驗。 橋位鉆探，鉆孔數(shù)量應(yīng)滿足查明凍土分區(qū)界限的需要。 公路是一條帶狀的建筑物，是一個狹長的面。我國多年凍土的分布大多屬天氣變化無常，地區(qū)嚴重缺氧，地質(zhì)條件復(fù)雜，凍土鉆探技術(shù)要求特殊。 調(diào)查與測繪寬度應(yīng)以能滿足線路方案選擇、工程設(shè)計 和病害處理為原則，一般測繪寬度為路基中線兩側(cè)各 100m。 綜合地質(zhì)柱狀圖及凍土工程地質(zhì)剖面圖。 調(diào)查現(xiàn)有排水溝、擋水堆、截水溝等排水設(shè)施，記錄好流水方向，以便系統(tǒng)設(shè)計 排水工程。 凍土的分布、埋藏、成分、結(jié)構(gòu)、地下冰類型及其與各種自然條件的關(guān)系。 表 綜合凍土工程分類 多年凍土類別 土的類別 融沉系數(shù) % 凍脹性 碎礫土石 砂土、砂性土 粉、粘性土 少冰凍土 ＜ 10 ＜ 12（ 14） ＜ WP ＜ 1 不凍脹 多冰凍土 10～ 18 11（ 14）～ 21 WP＜ W＜ 1～ 5 弱凍脹 富冰凍土 18～ 25 21～ 28 ＜ W＜ 5～ 10 凍 脹 飽冰凍土 25～ 65 28～ 65（ 70） ＜ W＜ 70～80 10～ 40 強凍脹 含土冰層 ＞ 65 ＞ 65（ 70） ＞ 70～ 80 ＞ 40 強凍脹 注： 1） 括號內(nèi)數(shù)字為砂性土。凍融過程和形成規(guī)律以及用于評價凍土工程條件變化特征的原始資料等。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察，應(yīng)查明凍土及與相連的一段土層的成因、類別、分布范圍、物性參數(shù)、特別是對修建道路后凍土的發(fā)展趨勢、危害程度以及道路的工程性質(zhì)作出評價。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察，除應(yīng)符合本指南外，尚應(yīng)符合國家和交通部頒發(fā)的現(xiàn)行有關(guān)標準、規(guī)范的規(guī)定。 認真研究各有關(guān)方面的審批、評議和意見以及與建設(shè)工程有關(guān)的可資利用的資料。 以控制凍土路基穩(wěn)定性的最大容許沉降量為指標，以凍土路基穩(wěn)定性為標準的公路工程多年凍土分類（見表 ） 。 分析影響凍土分布 的因素、包括地理緯度、海拔高度、地形、地貌、地表水體（湖塘、河流等）、植被、地質(zhì)構(gòu)造，巖土性質(zhì)及其含水量等，用以分析其與凍土工程特征的關(guān)系。調(diào)查人為活動對凍土環(huán)境的影響情況，詳細記錄（或填圖）已有取土坑的位置、取土范圍、取土深度，并通過挖探查明取土坑的凍土上限和天然地面的凍土上限，用以分析路基人為上限的變化情況。 多年凍土地區(qū)公路工程詳細勘察階段的工作，應(yīng)在已確定的線路范圍內(nèi)及在初步勘察的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進行系統(tǒng)而深刻的工程地質(zhì)勘察工作，需要完成的具體任務(wù)如下： 根據(jù)凍土的分布情況劃分出不同的地質(zhì)分段。準確地觀察凍土構(gòu)造類型，判定凍土上限位置。 多年凍土勘察的技術(shù)和方法，同其它地區(qū)的勘察方法一樣，包括工程地質(zhì)調(diào)查與測繪、工程地質(zhì)鉆探、工程地質(zhì)物探、土工試驗等，由于多年凍土地區(qū)的特殊性，各種勘察方法的應(yīng)用與在其它地方不同；另外，地溫觀測對于多年凍土的研究也是必不可少的，多年凍土的勘察技術(shù)也應(yīng)包括地溫的觀測 (地溫在 )。應(yīng)能查清其形 態(tài)、范圍、凍土特征、地下水、地下冰的埋藏條件及不良地質(zhì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因為條件；整治工程勘探采用挖探、物探、鉆探相互配合的方法進行，勘探點（孔）的數(shù)量按以下條件布設(shè)。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標準及質(zhì)量控制指南 7 鉆孔深度，一般路基孔深在多年凍土人為上限下不少于 1 米，在淺挖路段鉆至人為上限下不少于 米，新線路基孔深不少于天然上限深度的 倍，挖方段自設(shè)計高度起算不少于天然上限 2～ 倍深度。要求路線縱斷面方向，剖面的累計里程不應(yīng)少于路段總里程的 40%，同時應(yīng)能控制全段的凍土區(qū)劃界線。裂隙冰應(yīng)記錄厚度、 寬度、長度和發(fā)育情況。 根據(jù)多年凍土上限的含義，在一年中最大融化季節(jié)進行鉆探，這時找到的融凍界面即為上限。上限以上的凍土構(gòu)造大多是粒狀，整體狀，微層狀，網(wǎng)狀至薄層狀構(gòu)造，上限以下則為厚層冰構(gòu)造。 （ 2）根據(jù)易溶鹽含量變化確定上限 天然上限穩(wěn)定時間較長，凍土中易溶鹽含量以上限為界面出現(xiàn)顯著的上下差異，上限以下的多年凍土層中由于鹽分遷移程度很低，易溶鹽的積累速度緩慢。應(yīng)及 時描述鑒定。在計算中水的密度近似地取值 。 多年凍土熱物理指標測試 比熱測試 干土比熱的測試用混合法，混合法與凍土含水率與未凍水量測試的原理、儀器、操作方法較一致，都采用此法。 土導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法可歸結(jié)為穩(wěn)態(tài)法和不穩(wěn)態(tài)法兩種。 諧波法，薄板法，空心薄板法適用于野外測定表土，精度較低。當凍土的干容重和含水量相同時，粗粒土的導(dǎo)溫系數(shù)比細粒土大。即在外荷載作用下土的融化 壓縮系數(shù)。由于試驗需耗費大量人力物力，故宜在大中型工程項目中進行。中國科學院蘭州冰川凍土研究所給出了凍土允許承載力圖表。高溫土取大值，顆粒粗或含水量大時取大值，反之均取小值。 熱電隅溫度表觀測地溫 熱電隅溫度表的標定范圍應(yīng)略大于其觀測地溫的工作范圍。采用單獨式和疊合式兩種分層凍脹儀，并用鉆孔或挖坑方法埋設(shè)。 凍脹與融沉觀測的主要內(nèi)容有 : （ 1） 凍融深度觀測可采用凍土器；凍土器內(nèi)充入當?shù)氐叵滤?。路基和路肩下的監(jiān)測探度一般在 12m 左右，天然狀態(tài)一般為 6～ 8m，地面和路面以下每隔 50cm 設(shè)置 1 個監(jiān)測點， 監(jiān)測內(nèi)容包括天然狀態(tài)和工程活動影響下的活動層厚度、多年凍土溫度、凍融過程和融化下沉。 （ 2） 全線凍土工程地質(zhì)圖，比例尺 1:50000～ 1:202000。 根據(jù)沿線地震基本烈度區(qū)劃資料，結(jié)合沿線巖性、構(gòu)造、地貌、水文地質(zhì)和多年凍土條件，確定 7 度及 7 度以上的烈度分界線。 （ 2） 通過沿線各地質(zhì)點的調(diào)查，初步查明沿線區(qū)域地質(zhì)和凍土工程地質(zhì)條件。在多年凍土穩(wěn)定地段，應(yīng)結(jié)合工程需要，布置查明多年凍土下限的鉆孔。 隧道凍土工程地質(zhì)調(diào)查與測繪，除應(yīng)符合現(xiàn)行國家有關(guān)標準 (規(guī)范 )規(guī)定外，尚應(yīng)按以下幾點要求進行： 查明隧道通過地段多年凍土的分布及特征以及地下水的類型、補給、徑流、排泄條件及動態(tài)特征。 （ 5） 勘探試驗資料。 （ 3） 凍土現(xiàn)象分布地段和多年凍土區(qū)挖方路段的路基工點。 定測階段凍土工程地質(zhì)勘察應(yīng)包括下列內(nèi)容： 實地調(diào)查，分段進行詳細描述、復(fù)核、修改、補充詳細凍土工程地質(zhì)圖。 小橋涵的凍土工程地質(zhì)勘察，除應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準 (規(guī)范 )規(guī)定外，尚應(yīng)查明： （ 1） 橋位范圍內(nèi)的多年凍土分布特征。 定測階段凍土工程地質(zhì)勘探工作應(yīng)符合下列要求： 勘探點的數(shù)量應(yīng)滿足各類工程施工圖設(shè)計時對凍土工程地質(zhì)資料的需要。 （ 2） 對于鋪筑高級路面的公路路基，其勘探深度應(yīng)至基底下 ～ 倍上限深度。 （ 6） 凍土工程地質(zhì)實際材料圖。） 砂土 亞砂土 Ip≤7 K 亞粘土 7＜ Ip≤13 K 13＜ Ip≤17 K 粘土 Ip＞ 17 K 草炭亞粘土 15＜ Ip≤17 K 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標準及質(zhì)量控制指南 26 附錄三 凍土融土的熱物理參數(shù) 凍融土的熱物理參數(shù)可根據(jù)土的類型和土的物理指標 ——干密度和含水量 ——從附表31 至 35 中查取。提出在設(shè)計、施工運營過程中應(yīng)注意的事項。 （ 2） 凍土工程地質(zhì)分段說明。對于一般路基工程，每公 里應(yīng)不少于 4～ 6 個勘探孔 (點 )。 高等級公路和鋪筑高級路面的其他等級公路路基工程的勘察，除查明黑色路面對路基下多年凍土的熱影響外，還應(yīng)注意厚層地下冰地段活動層的厚度、成分、物理力學性質(zhì)等因多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標準及質(zhì)量控制指南 21 素。 應(yīng)根據(jù)初步設(shè)計所采用的 取土方案進行路基取土調(diào)查，查明沿線集中取土點和線外大型取土場的多年凍土特征，巖、土的物理力學性質(zhì)、可供取土的數(shù)量。 （ 4） 勘探試驗資料。 （ 2） 凍土工程地質(zhì)條件復(fù)雜的大型擋土墻及其他人工構(gòu)筑物。 初測階段凍土工程地質(zhì)勘察報告應(yīng)提出以下圖件： （ 1） 全線凍土工程地質(zhì)總說明書。 從保護凍土地質(zhì)環(huán)境出發(fā)，確定取土、棄土位置。勘探的重點應(yīng)是控制方案的凍土現(xiàn)象分布地段和重大工程地段。 （ 2） 地 溫 觀測應(yīng)在成孔后立即進行。 初測階段勘察 初測階段凍土工程地質(zhì)勘察是在工程可行性研究 (踏勘 )階段勘察工作的基礎(chǔ)上，進一步做好地質(zhì)選線工作，為優(yōu)選 路 線方案和編制初步設(shè)計文件提供依據(jù)。除應(yīng)收集航空相片和衛(wèi)星相片的解釋結(jié)果、區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域凍土以及地區(qū)性建設(shè)經(jīng)驗等資料外，必要時應(yīng)進行現(xiàn)場踏勘。 （ 4） 凍融深度、地下水位和地溫測點應(yīng)貼近凍脹儀設(shè)置。且占地面積小，適合自 動觀測。用以下觀測的方法 : 熱電隅溫度表觀測地溫適合于地表以下的地溫觀測，具體是熱電隅（溫差電隅）埋置于一定深度的