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雅库茨克多年冻土地基与节能考察.2014年10月整理日期:2014-11-10作者简介:夏赟,女,1967,教授级高级工程师。主要从事节能与检测研究。用地球物理方法在多年冻土地区勘察与监测夏赟李东文(黑龙江省寒地建筑科学研究院、哈尔滨、150080)摘要:介绍了俄罗斯远东地区多年冻土地区勘察与土温监测的成熟经验,详细阐述了用地球物理方法在冻土地区进行土温监测这一先进、成熟的方法,对我国多年冻土地区在这方面应用很有启发,如果引用这种方法,不但在多年冻土区域进行土温监测会产生巨大经济效应和社会效应,亦对多年冻土地区现有勘察方法进行改进。关键词:多年冻土;勘察;监测中图分类号:TU443文献标识码:A由外专局牵头,黑龙江省寒地建筑科学研究院成立了以夏赟为团长的赴俄罗斯雅库茨克多年冻土地区地基与节能考察团。考察团对俄罗斯雅库茨克多年冻土地区的冻土类型、勘察方法、土温监测、冻土地区建筑原则、地基基础、建筑结构、外墙保温材料及保温方法、节能等领域进行了考察,并与俄方就相关专业进行了广泛交流,历时22天,圆满地完成了相关专业学术考察任务。本文谨就俄方多年冻土地区勘察与土温监测的考察成果与大家分享,并就此问题提出了一些见解。1多年冻土地区勘察1.1我国现有多年冻土地区勘察方法《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001,2009年修订版)规定:“多年冻土情况特殊,勘察经验不多,应列为一级地基”,勘察孔间距10~15米。这意味着即使一个小建筑物,也要布置很多勘察孔。但由于多年冻土性质变化极大,特别是岛状多年冻土,由于存在融化区或融蚀区等不良现象,即使勘察孔布置密度很大,也不一定全面查清不良现象,造成建筑物使用后发生融沉或倾斜,影响建筑物的安全使用。因此,目前我国的多年冻土勘察方法有进一步改善的必要。1.2用地球物理方法监测土温应用于岩土工程勘察冻土温度和冻土特性之间的关系。简单说,多年冻土地区条件复杂且多样。冻土环境是开放的,随时间在变化。地球物理指标很多,其中可根据电磁波衰减测地温。电磁波衰减和温度关系机理很简单。当土温度升高或降低,土中水发生相变,会影响土温,影响土的热物理性能,热量发生变化,电阻变化,电磁波发生变化。热可传导到地下20米。冻土这些规律不会因地点变化而改变。前面所述,传统勘察方法就是用钻探手段,利用钻孔数据分析多年冻土勘察场地的性状,由于多年冻土地区多数情况下,土质坚硬,钻探多数很困难,成本巨大,即使这样,也存在勘察过程漏失关键土层透镜体,比如含冰量较大的区域或者巨大冰块。地球物理测土温方法就是钻孔与地球物理方法二者结合。钻孔温度可以作为基础温度(参照温度),利用地球物理方法测出周围温度。整套技术可对建筑寿命期内的冻土进行检测,没有与之相比的技术。一块场地钻几个孔,测出几个点的温度,来判断两个孔之间的温度。了解两点之间温度变化,做出温度场图。通过对该技术的研究使用,这套技术给出的土温结果比较好。如果在勘察钻孔前,利用地球物理方法做出温场图,可以初步判断有哪些区域含冰量较多,哪些区域有融化现象等,然后有针对性地进行布置勘察钻孔,这样象含冰量较多的透镜体就不易漏失。1.3利用地球物理方法对土温的监测,更加精准评价勘察场地多年冻土性状雅库茨克多年冻土地基与节能考察.2014年10月在勘察前,如果我们对拟勘察场地用地球物理方法测土温,并绘制场区温度等势图,如上图所示,黄色区域为土温较高区域,蓝色区域为土温较低区域。这对勘察方案有比较强的辅助,可以针对不同温度区域有目的地布置勘察孔,而不是盲目按照某一距离布置勘察孔,这样可以通过钻孔比对,把不同温度区域的地基土性状揭示出来,更加精准地评价勘察场地多年冻土性状。2利用地球物理方法对土温监测,对已有建设场地多年冻土退化监测在确保多年冻土区域建筑物运行可靠性和运行寿命的措施中,冻土监测工作起着重要的作用。在工程冻土学监测之下,自然-岩土工程体系的参数应进行系统检测,基于对这些参数的调控进行岩土工程体系状态预报。冻土地区监测课题包括:在建筑物施工、运行过程中适时查明在设计中所采用的温度状态、地基土体的状态和基础变形的偏差;随机抽样检查温度和水文地质动态,以及土与工程对象相互作用区土的状态和危险冷生过程的发育情况,对冻土化发展过程和建筑物可能变形进行短期和长期预报;制订有利于确保建筑物运行和调控冻土形势的措施。冻土监测过程中重中之重就是土温监测。如上图所示,横坐标是温度,纵坐标是电阻。CD段是季节冻土,AB段是性质稳定的多年冻土,不难发现,危险段是BC段,属于因温度升高,冻土不稳定,此是,建筑物是不安全的,标志点是B点,也称为危险点。但在传统钻孔测温监测过程中,准确预报监测区域的BC段温度是很困难的,主要因为要布置大量钻孔,成本高昂;钻孔容易被破坏,失去准确性;还有就是再密的钻孔,也有疏漏区域。传统办法难以保证服役期内正常监测。孔一段时间后就废掉了,进水、进垃圾。国际上没有50年周期内用测温孔记录变化。地球物理测温可以做到。地球物理方法是个很安全的监测方法,建筑物和构筑物使用年限不同,公共建筑物学校医院50年,国防类、粮食储存建筑物不得低于100年。用这种方法一年或半年取得监测数据,没有影响。与规律相符合。另外钻孔测温只能测点,无法显示整个过程变化。如果两种方法结合,可以预测整个变化过程。根据相应的结果对房屋采取措施,迁移或加固。这个模型对于多年冻土适用,对于岛状冻土规律将更加明显。该技术主要给出冻土变化,并预警冻土退化造成的危险。在建筑物运行初期,建筑物与自然环境的相互作用最为活跃,冻土条件和建筑物变形可能发生重要变化。同时可以对建筑地区工程利用方式的效率,地基土体热稳定性以及自然环境保护等等进行评估。建筑物运行3~5年之后,进入主要监测阶段,此时建筑物—自然环境处于相对的动力平衡状态,或在此期间内已具有保证自然环境稳定和建筑物稳定性的手段。此期间可能由于运行条件被严重破坏或自然过程发生显著改变(如全球性气候转暖),使危险冻土过程和建筑物变形发展。因此,多数观测工作应在运行初期完成,而后可以缩减和集中于建筑物的最危险地段,或在特别复杂的冻土条件下进行。运行期间的监测土温可以用地球物理方法,能够很好地针对危险地段进行监测预警。基于这些资料即可提出工程运行状态下变化或必须补充的措施的处理方案,以保证建筑物安全发挥作用,保持自然环境。监测另外一种重要工作就是温度观测网和水文地质的钻孔,适合于最重要的建筑物(生产厂房、生活公用房屋、大容量蓄水库,干线管道等等),特点是有大量热和力的荷载而且处于复杂的工程冻土条件下。此外,观测钻孔应靠近这些建筑物,以方便检查建筑物影响区内的冻土状态和接近于自然条件下的影响范围。观测钻孔的数量与孔位,决定于监测设计和具体的工程冻土条件,建筑物的规模和结构特点。雅库茨克多年冻土地基与节能考察.2014年10月3今后需要与俄方进行进一步在地球物理对土温监测合作的必要性本次考察过程中,由于时间紧迫,加之地球物理测土温法对俄罗斯也是一种新的技术手段,许多工程实践还属于初级阶段,但该方法理论上可靠,技术可行,能够发挥巨大经济效益,因此建议我国在多年冻土地区勘察及监测工作中与俄方合作,尽早引进这种方法。通讯地址:哈尔滨市南岗区清滨路60号。邮编:150080联系电话:13936392829E-mail:252139112@qq.com
本文标题:多年冻土地区勘察与土温监测
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