- GB 50324-2014 冻土工程地质勘察规范
- 内蒙古筑业工程勘察设计有限公司 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所主编
- 14字
- 2022-07-12 17:24:12
3 冻土分类和冻胀、融沉性分级
3.1 冻土分类和定名
3.1.1 寒区冻土应按下列要求进行分类:
1 应按冻结状态的持续时间,分为多年冻土、隔年冻土和季节冻土,并应符合本规范第A.0.1条规定;
2 应根据多年冻土形成和存在的自然条件,分为高纬度多年冻土和高海拔多年冻土;
3 应根据多年冻土分布的连续程度,分为大片多年冻土、岛状融区多年冻土和岛状多年冻土。
根据加拿大学者R.J.E.布朗(1974)编的“多年冻土术语”叙述,多年冻土术语中一个主要的语义学上的问题是“冻结”一词的使用。有两个不同的学派,一派认为“冻结”应该用于指温度低于0℃的土岩,而不管其中是否有冰(固态和可能为液态)存在,另一派则认为只有含有冰的土岩才能认为是“冻结”的。从工程角度出发,我们认为有些土,诸如:寒土、含盐土,其温度虽然低于0℃,但由于含水率小或含盐量高而不含冰晶,其物理力学性质与含冰晶土的性质差异甚大,同时其中的物理过程也绝然不同。为突出冻土与未冻土在性质上的差别,应取后者作为冻土的定义。
本次修订按自然环境对寒区冻土进行了系统的分类:按冻结状态的持续时间分为多年冻土、隔年冻土和季节冻土;根据多年冻土形成和存在的自然条件,分为高纬度多年冻土和高海拔多年冻土;根据多年冻土分布的连续程度,分为大片多年冻土、岛状融区多年冻土和岛状多年冻土。
多年冻土分类,就目前国际上来看,均以多年冻土分布的连续性划分,分为连续多年冻土、岛状多年冻土。据新资料,将原附录A中表A.0.2换为周幼吾等《中国冻土》(2000年)的资料。我国东北高纬度多年冻土分为大片分布(或连续分布)多年冻土(多年冻土所占面积比例大于70%~80%)、大片-岛状分布多年冻土(多年冻土所占面积比例30%~70%)及岛状与稀疏及零星分布多年冻土(多年冻土所占面积比例5%~30%)。由于多年冻土分布与纬度、海拔高程、地质、地形地貌、气候等条件有关,面积的大小很难给出一定的范围。
3.1.2 寒区冻土应按冻土冻融活动层与下卧土层关系,分为季节冻结层(季节冻土区)和季节融化层(多年冻土区),并应符合本规范第A.0.3条规定。
冻土地区,不论是多年冻土区还是季节冻土区,地壳表层在每年的寒季都要发生冻结,暖季期间也都会出现融化,人们把这层称为“活动层”。为了区别多年冻土区和季节冻土区,按冻融活动层与下卧土层关系,分为季节冻结层和季节融化层。在多年冻土区,将该活动层称为“季节融化层”,其下卧土层属于多年冻结的冻结土层。在季节冻土区,将该活动层称为“季节冻结层”,其下卧土层属于非冻结的土层。
3.1.3 多年冻土应按下列要求进行分类:
1 可按冻土的含冰量及特征分为少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层五种冻土工程类型,含冰特征描述应符合本规范附录B的规定;其中少冰冻土、多冰冻土应划分为低含冰量冻土,富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层应划分为高含冰量冻土;
2 当冰层厚度大于25mm,且其中不含土时,应定名为纯冰层(ICE);
3 可根据多年冻土的年平均地温分为高温冻土和低温冻土;其中高温冻土年平均地温不应低于-1.0℃,低温冻土年平均地温应低于-1.0℃;
4 可按体积压缩系数(αf0)或总含水率(ω)划分为坚硬冻土、塑性冻土和松散冻土;其中坚硬冻土体积压缩系数αf0不应大于0.01MPa-1,塑性冻土体积压缩系数αf0应大于0.01MPa-1,松散冻土总含水率ω不应大于3%。
根据工程的病害调查,多年冻土地基的融化下沉性大小取决于多年冻土层的含冰程度。当冻土中肉眼看不见有分凝冰,只是在土体孔隙中见有细小的冰晶,冻土块融化时,土层的结构和体积不发生变化,也未见有渗水现象;当冻土中见有大量的分凝冰体,呈层状或网状构造,融化后见有许多水分渗出,出现流动状态时,土层完全失去原有的结构和构造,体积大幅缩小;随着冻土层中含有厚层或巨厚层的冰层,融化后冻土地基就会产生突陷。因此,根据冻土的含冰量多少及其融化后的工程特性,将多年冻土层分为五工程类别:少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层。
青藏公路沿线病害调查表明,相同的含冰程度冻土层,当多年冻土的年平均地温低于-1.5℃的地区,路基病害率较低或基本完好,而年平均地温高于-1.5℃的地区,路基病害率明显增加,且路基变形较大。多年冻土年平均地温表现出冻土对外界温度影响的敏感性,反映出多年冻土的稳定性,因而工程界又依据多年冻土的年平均地温,分为高温冻土和低温冻土,其划分界限,根据不同工程的要求确定,如青藏公路以年平均地温-1.5℃为界限,而青藏铁路则以-1.0℃为界限。
为此,多年冻土地区工程设计时,不仅要考虑多年冻土的含冰程度(即冻土工程分类),且要考虑多年冻土的年平均地温。
3.1.4 土类名称应符合现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021的规定。
3.1.5 根据冻土中的易溶盐含量或泥炭化程度划分为盐渍化冻土和泥炭化冻土时,应符合下列规定:
1 冻土中易溶盐含量超过表3.1.5-1中数值时,应称为盐渍化冻土,并应符合下列规定:
表3.1.5-1 盐渍化冻土的盐渍度界限值
1)盐渍化冻土的盐渍度(ζ)应按下式计算:
式中:mg——冻土中含易溶盐的质量(g);
gd——土骨架质量(g)。
2)盐渍化冻土的强度指标,应以实测数据为准,当无实测数
据时,可按本规范表C.0.3-3和表C.0.3-6取值。
2 冻土中的泥炭化程度超过表3.1.5-2中数值时,应称为泥炭化冻土,并应符合下列规定:
表3.1.5-2 泥炭化冻土的泥炭化程度界限值
1)泥炭化冻土的泥炭化程度(ξ),应按下式计算:
式中:mρ——冻土中含植物残渣和泥炭的质量(g);
gd——土骨架质量(g)。
2)泥炭化冻土的强度指标,应以实测数据为准,当无实测资料时,可按本规范表C.0.3-4和C.0.3-7取值。
冻土中的易溶盐含量和泥炭化程度的界限值超过本规范表3.1.5-1和表3.1.5-2中的数值时,将会强烈的影响冻土的强度特性。这是因为,由于地基土中的易溶盐类被水溶解成不同浓度时,则可降低土的起始冻结温度,其未冻水量比一般冻土大得多,因此使盐渍化冻土的强度明显降低。例如,当盐渍度为0.5%时,单独基础与桩尖的承载力降低1/5~1/3,基础侧向表面的冻结强度降低1/4~1/3(见表1)。同样,泥炭化冻土的强度指标,在冻土工程地质勘察时,亦应慎重地按规定取值或专门进行原位测试确定(见表2)。