凍土地基防治

學科：自然災害與防治

詞目：凍土地基防治

英文：prevention and cure of frozen earth base

釋文：預防和治理凍土地基的T作。要盡可能避開冰丘、冰錐發(fā)育地段,選擇地下水位深、巖石堅硬及粗粒土發(fā)育的地段。此外應根據(jù)凍土地基的工程地質(zhì)性質(zhì)及上部建筑物的特點,確定基礎的深度和類型。通常地基處于融化狀態(tài)時,最好將基礎設置在完整的基巖或較干燥的密實粗粒土層上；在多年凍土層中,一般以樁基為宜。 ?2100433B

氣體、礦物顆粒、未凍水、冰是組成凍土的四種物質(zhì)成分，氣體、未凍水和冰的含量隨溫度變化。變形特性將凍土地基分為松散、塑性與堅硬凍土含有機物與鹽類的不同將凍土分為凍結泥炭化土與鹽漬化凍土根據(jù)持續(xù)時間可分為多年與季節(jié)凍土根據(jù)凍土的融沉性與土的凍脹性又可分成若干亞類。

凍結狀態(tài)連續(xù)保持三年以上者，物理力學性質(zhì)隨溫度變化而改變，伴隨發(fā)生融陷、熱融滑塌、凍脹等現(xiàn)象的視為多年凍土地面表層冬季凍結，夏季全部融化，每年交替凍融一次的土層為季節(jié)性凍土。

在凍結狀態(tài)下，具有較低的壓縮性或不具壓縮性和較高的強度屬凍土地基的工程特性。如果凍土融化后則承載力大大降低，壓縮性變化較大，使地基產(chǎn)生融陷凍脹對地基的承載力和安全性極為不利。

土的顆粒大小及含水量可以影響凍脹和融陷，一般土顆粒愈粗，含水量愈小，土的凍脹和融陷性愈小反之愈大。不同土質(zhì)、平均凍脹率、凍前天然含水量、凍結期間地下水位距凍結面的最小距離可以劃分季節(jié)性凍土多年凍土根據(jù)融化下沉系數(shù)的大小，可分為不融沉、弱融沉、融沉、強融沉和融陷五級。

凍土地基地基處理

1、季節(jié)性凍土

凍土的凍脹、融沉，地基處理措施主要削弱凍脹、水分含量和溫度對地基土工程力學性質(zhì)的影響來達到防治凍害的目的。

（1）換填法

用非凍脹性材料如粗砂、礫石等更換天然地基的凍脹土，以改變凍脹。換填法防凍害的效果的好壞，與換填深度、換填材料的茹性顆粒含量、換填材料的排水條件、地下水位和地基土土質(zhì)等因素有關。地下水位較高時，換填至當?shù)貎錾罹€以下地下水位較低地區(qū)，采暖房屋，換填深度應至凍深的，非采暖房屋，換填深度應至凍深的。

（2）物理化學法

物理化學法是指利用交換陽離子及鹽分來改變地基土，實現(xiàn)土粒子與水相互作用，使土體中的水分遷移強度及其冰點發(fā)生變化，削弱凍脹。主要有憎水物質(zhì)改良法、分散改良土法、土粒聚集和人工鹽漬化法。憎水物質(zhì)改良法是在土中摻入少量憎水物質(zhì)如重油、液態(tài)石油瀝青、表面活性劑等使土顆粒表面具有憎水性，改變滲透通道，減少含水量在土體中加凝聚成分順丁烯聚含物、聚含丙烯酸鈉等改變土體顆粒粒徑。

人工鹽漬化法是在土體中加入一定量的可溶無機鹽如氯化鈉、氯化鈣等來改善土的凍脹性。

（3）保溫法

保溫法是在建筑物基礎底部四周設置隔熱層，增大熱阻，延遲地基土的凍結，保持土體溫度。常用的隔熱材料有爐渣、玻璃纖維、泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫等。

2、多年凍土

多年凍土除了考慮常規(guī)的地基變形外，還應關注與溫度密切相關的有效應力和溫度分布。多年凍土的地基處理根據(jù)上部建筑結構、施工條件和地基土性質(zhì)，采用維持凍土、逐漸融化和主動融化三種原則來考慮工程措施。年平均溫度能夠保持在-0.1℃，受力層地基土堅硬凍結，最大融化范圍內(nèi)存在融沉、融陷性土和夾層的凍土。采用維持凍土狀態(tài)的處理方法，具體有架空通風基礎、填土通風管基礎、粗顆粒土墊高地基、熱樁棒基礎、保溫隔熱地板等措施年平均溫度能夠保持在-0.5℃~1.℃在受力層以上處于塑性凍結狀態(tài)，在最大融深以上為不融沉或弱融沉土，高溫可以對凍土層產(chǎn)生熱影響?？刹捎弥饾u融化的方法，加大基礎埋深或用低壓縮土層為持力層保溫隔熱地板，并架空熱管道和給排水系統(tǒng)設置地面排水系統(tǒng)的措施。

年平均溫度不低于-0.5℃，受力層以上地基土處于塑性凍結狀態(tài)，最大融深以上存在變形量不允許的融沉、融陷性土和夾層的凍土地基。可采用粗顆粒土置換細顆粒土或預壓加密和加大基礎埋深的方法。

凍土地基工程措施

凍土地區(qū)對基礎造成危害的原因是作用于基礎上的切向凍漲力。國內(nèi)外工程界進行了大量的實驗研究，總結出許多有效方法，由于架空送電線路鐵塔布置地域分散，工程地質(zhì)條件多變復雜，在建筑行業(yè)常用的基礎設計方法和措施，因經(jīng)濟指標較高或因方案復雜而無條件實施，能夠直接取用的方法有限， 地基與基礎的有如下幾種處理方法：

1、換填法

利用非凍漲性材料（如中砂、粗砂、卵石等）置換基礎周邊一定范圍內(nèi)的凍漲性土體，避免切向凍漲力作用于基礎上。

用基側(cè)填砂來防止切向凍漲力是一個即簡便又經(jīng)濟的好辦法，但它僅適用于地下水位之上，如果所填之砂達到飽和狀態(tài)和含泥量過多，在凍結時土與基礎周圍堅固地凍結在一起有較高的凍結強度，就會失去效果。施工時必須保證換土寬度不小于基礎底板的寬度，才能保證安全可靠。

2、梯形斜面基礎

國內(nèi)外工程界進行的試驗研究結果表明，其側(cè)面坡度≥1：7為宜，從試驗的數(shù)據(jù)看，切向凍漲力確實不小，因此，我們使用梯形斜面基礎的目的，就是將基礎側(cè)面設計成不小于9度的斜面來消除切向凍漲力，這樣可使基礎受力清楚，計算準確，安全可靠。

關于（其截面為上小下大斜面）梯形斜面基礎防切向凍漲力的問題早有簡單地報道，但都認為它是錨固基礎的一種，即用下部基礎斷面中的擴大部分來阻止切向凍漲力將基礎抬起，類似于帶擴大板的自錨式基礎。這種作用對將基礎埋深設在凍層之內(nèi)的淺基礎毫無意義。實驗證明用斜面基礎抵御切向凍漲力當β角大于等于9度時基礎穩(wěn)定的原因，不是由于凍漲力被下部擴大部分給錨住，而是由于在傾斜面上出現(xiàn)拉力分量與冷縮分量疊加之后的開裂，切向凍漲力退出工作造成的。應該說明的是，在凍漲土層范圍之內(nèi)的基礎擴大部分根本起不到錨固作用，因在上層凍漲時基礎下部所出現(xiàn)的錨固力，等凍深發(fā)展到該層時，隨著該層的凍漲而消失了，只有處在下部未凍土中且擴大端頂面也深入到標準凍深線以以下的基礎的括大部分才起錨固作用，我們所說的淺埋基礎根本不存在這一深入未凍土層中的部分。

用斜面基礎防切向凍漲力具有如下特點：

a .在凍漲作用下，基礎受力明確，技術可靠，當其傾斜角β大于等于9度時，將不會出現(xiàn)因切向凍漲力作用而導致凍害事故的發(fā)發(fā)生；

b.不但可以在地下水位之上，也可在地下水位之下應用；

c.耐久性好，在反復凍融作用下防凍漲效果不變；

d.不用任何防凍漲材料就可解決切向凍漲問題；

e.該種基礎施工時較常規(guī)基礎相比稍有麻煩，基礎表面要求光滑。 2100433B

凍土地基處理地基處理

1、季節(jié)性凍土

凍土的凍脹、融沉，地基處理措施主要削弱凍脹、水分含量和溫度對地基土工程力學性質(zhì)的影響來達到防治凍害的目的。

（1）換填法

用非凍脹性材料如粗砂、礫石等更換天然地基的凍脹土，以改變凍脹。換填法防凍害的效果的好壞，與換填深度、換填材料的茹性顆粒含量、換填材料的排水條件、地下水位和地基土土質(zhì)等因素有關。地下水位較高時，換填至當?shù)貎錾罹€以下地下水位較低地區(qū)，采暖房屋，換填深度應至凍深的，非采暖房屋，換填深度應至凍深的。

（2）物理化學法

物理化學法是指利用交換陽離子及鹽分來改變地基土，實現(xiàn)土粒子與水相互作用，使土體中的水分遷移強度及其冰點發(fā)生變化，削弱凍脹。主要有憎水物質(zhì)改良法、分散改良土法、土粒聚集和人工鹽漬化法。憎水物質(zhì)改良法是在土中摻入少量憎水物質(zhì)如重油、液態(tài)石油瀝青、表面活性劑等使土顆粒表面具有憎水性，改變滲透通道，減少含水量在土體中加凝聚成分順丁烯聚含物、聚含丙烯酸鈉等改變土體顆粒粒徑。

人工鹽漬化法是在土體中加入一定量的可溶無機鹽如氯化鈉、氯化鈣等來改善土的凍脹性。

（3）保溫法

保溫法是在建筑物基礎底部四周設置隔熱層，增大熱阻，延遲地基土的凍結，保持土體溫度。常用的隔熱材料有爐渣、玻璃纖維、泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫等。

2、多年凍土

多年凍土除了考慮常規(guī)的地基變形外，還應關注與溫度密切相關的有效應力和溫度分布。多年凍土的地基處理根據(jù)上部建筑結構、施工條件和地基土性質(zhì)，采用維持凍土、逐漸融化和主動融化三種原則來考慮工程措施。年平均溫度能夠保持在-0.1℃，受力層地基土堅硬凍結，最大融化范圍內(nèi)存在融沉、融陷性土和夾層的凍土。采用維持凍土狀態(tài)的處理方法，具體有架空通風基礎、填土通風管基礎、粗顆粒土墊高地基、熱樁棒基礎、保溫隔熱地板等措施年平均溫度能夠保持在-0.5℃~1.℃在受力層以上處于塑性凍結狀態(tài)，在最大融深以上為不融沉或弱融沉土，高溫可以對凍土層產(chǎn)生熱影響?？刹捎弥饾u融化的方法，加大基礎埋深或用低壓縮土層為持力層保溫隔熱地板，并架空熱管道和給排水系統(tǒng)設置地面排水系統(tǒng)的措施。

年平均溫度不低于-0.5℃，受力層以上地基土處于塑性凍結狀態(tài)，最大融深以上存在變形量不允許的融沉、融陷性土和夾層的凍土地基?？刹捎么诸w粒土置換細顆粒土或預壓加密和加大基礎埋深的方法。

凍土地基處理工程措施

凍土地區(qū)對基礎造成危害的原因是作用于基礎上的切向凍漲力。國內(nèi)外工程界進行了大量的實驗研究，總結出許多有效方法，由于架空送電線路鐵塔布置地域分散，工程地質(zhì)條件多變復雜，在建筑行業(yè)常用的基礎設計方法和措施，因經(jīng)濟指標較高或因方案復雜而無條件實施，能夠直接取用的方法有限， 地基與基礎的有如下幾種處理方法：

1、換填法

利用非凍漲性材料（如中砂、粗砂、卵石等）置換基礎周邊一定范圍內(nèi)的凍漲性土體，避免切向凍漲力作用于基礎上，(見右圖1)

用基側(cè)填砂來防止切向凍漲力是一個即簡便又經(jīng)濟的好辦法，但它僅適用于地下水位之上，如果所填之砂達到飽和狀態(tài)和含泥量過多，在凍結時土與基礎周圍堅固地凍結在一起有較高的凍結強度，就會失去效果。施工時必須保證換土寬度不小于基礎底板的寬度，才能保證安全可靠。

2、梯形斜面基礎

該基礎是將基礎設計成右圖的型式，國內(nèi)外工程界進行的試驗研究結果表明，其側(cè)面坡度≥1：7為宜，從試驗的數(shù)據(jù)看，切向凍漲力確實不小，因此，我們使用梯形斜面基礎的目的，就是將基礎側(cè)面設計成不小于9度的斜面來消除切向凍漲力，這樣可使基礎受力清楚，計算準確，安全可靠。

關于（其截面為上小下大斜面）梯形斜面基礎防切向凍漲力的問題早有簡單地報道，但都認為它是錨固基礎的一種，即用下部基礎斷面中的擴大部分來阻止切向凍漲力將基礎抬起，類似于帶擴大板的自錨式基礎。這種作用對將基礎埋深設在凍層之內(nèi)的淺基礎毫無意義。實驗證明用斜面基礎抵御切向凍漲力當β角大于等于9度時基礎穩(wěn)定的原因，不是由于凍漲力被下部擴大部分給錨住，而是由于在傾斜面上出現(xiàn)拉力分量與冷縮分量疊加之后的開裂，切向凍漲力退出工作造成的。應該說明的是，在凍漲土層范圍之內(nèi)的基礎擴大部分根本起不到錨固作用，因在上層凍漲時基礎下部所出現(xiàn)的錨固力，等凍深發(fā)展到該層時，隨著該層的凍漲而消失了，只有處在下部未凍土中且擴大端頂面也深入到標準凍深線以以下的基礎的括大部分才起錨固作用，我們所說的淺埋基礎根本不存在這一深入未凍土層中的部分。

用斜面基礎防切向凍漲力具有如下特點：

a .在凍漲作用下，基礎受力明確，技術可靠，當其傾斜角β大于等于9度時，將不會出現(xiàn)因切向凍漲力作用而導致凍害事故的發(fā)發(fā)生；

b.不但可以在地下水位之上，也可在地下水位之下應用；

c.耐久性好，在反復凍融作用下防凍漲效果不變；

d.不用任何防凍漲材料就可解決切向凍漲問題；

e.該種基礎施工時較常規(guī)基礎相比稍有麻煩，基礎表面要求光滑。 2100433B