凍土地基

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(jiān)硬凍土含有機(jī)物與鹽類的不同將凍土分為凍結(jié)泥炭化土與鹽漬化凍土根據(jù)持續(xù)時(shí)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(jié)狀態(tài)連續(xù)保持三年以上者，物理力學(xué)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(jié)，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(jié)狀態(tài)下，具有較低的壓縮性或不具壓縮性和較高的強(qiáng)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(duì)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(jié)期間地下水位距凍結(jié)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(qiáng)融沉和融陷五級(jí)。

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(duì)地基土工程力學(xué)性質(zhì)的影響來達(dá)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(guān)。地下水位較高時(shí)，換填至當(dāng)?shù)貎錾罹€以下地下水位較低地區(qū)，采暖房屋，換填深度應(yīng)至凍深的，非采暖房屋，換填深度應(yīng)至凍深的。

（2）物理化學(xué)法

物理化學(xué)法是指利用交換陽離子及鹽分來改變地基土，實(shí)現(xiàn)土粒子與水相互作用，使土體中的水分遷移強(qiáng)度及其冰點(diǎn)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(jī)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(chǔ)底部四周設(shè)置隔熱層，增大熱阻，延遲地基土的凍結(jié)，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(yīng)關(guān)注與溫度密切相關(guān)的有效應(yīng)力和溫度分布。多年凍土的地基處理根據(jù)上部建筑結(jié)構(gòu)、施工條件和地基土性質(zhì)，采用維持凍土、逐漸融化和主動(dòng)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(jiān)硬凍結(jié)，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(fēng)基礎(chǔ)、填土通風(fēng)管基礎(chǔ)、粗顆粒土墊高地基、熱樁棒基礎(chǔ)、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(jié)狀態(tài)，在最大融深以上為不融沉或弱融沉土，高溫可以對(duì)凍土層產(chǎn)生熱影響?？刹捎弥饾u融化的方法，加大基礎(chǔ)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(shè)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(jié)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(xì)顆粒土或預(yù)壓加密和加大基礎(chǔ)埋深的方法。

凍土地基工程措施

凍土地區(qū)對(duì)基礎(chǔ)造成危害的原因是作用于基礎(chǔ)上的切向凍漲力。國內(nèi)外工程界進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)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(fù)雜，在建筑行業(yè)常用的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法和措施，因經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高或因方案復(fù)雜而無條件實(shí)施，能夠直接取用的方法有限， 地基與基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)上。

用基側(cè)填砂來防止切向凍漲力是一個(gè)即簡便又經(jīng)濟(jì)的好辦法，但它僅適用于地下水位之上，如果所填之砂達(dá)到飽和狀態(tài)和含泥量過多，在凍結(jié)時(shí)土與基礎(chǔ)周圍堅(jiān)固地凍結(jié)在一起有較高的凍結(jié)強(qiáng)度，就會(huì)失去效果。施工時(shí)必須保證換土寬度不小于基礎(chǔ)底板的寬度，才能保證安全可靠。

2、梯形斜面基礎(chǔ)

國內(nèi)外工程界進(jìn)行的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，其側(cè)面坡度≥1：7為宜，從試驗(yàn)的數(shù)據(jù)看，切向凍漲力確實(shí)不小，因此，我們使用梯形斜面基礎(chǔ)的目的，就是將基礎(chǔ)側(cè)面設(shè)計(jì)成不小于9度的斜面來消除切向凍漲力，這樣可使基礎(chǔ)受力清楚，計(jì)算準(zhǔn)確，安全可靠。

關(guān)于（其截面為上小下大斜面）梯形斜面基礎(chǔ)防切向凍漲力的問題早有簡單地報(bào)道，但都認(rèn)為它是錨固基礎(chǔ)的一種，即用下部基礎(chǔ)斷面中的擴(kuò)大部分來阻止切向凍漲力將基礎(chǔ)抬起，類似于帶擴(kuò)大板的自錨式基礎(chǔ)。這種作用對(duì)將基礎(chǔ)埋深設(shè)在凍層之內(nèi)的淺基礎(chǔ)毫無意義。實(shí)驗(yàn)證明用斜面基礎(chǔ)抵御切向凍漲力當(dāng)β角大于等于9度時(shí)基礎(chǔ)穩(wěn)定的原因，不是由于凍漲力被下部擴(kuò)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(yīng)該說明的是，在凍漲土層范圍之內(nèi)的基礎(chǔ)擴(kuò)大部分根本起不到錨固作用，因在上層凍漲時(shí)基礎(chǔ)下部所出現(xiàn)的錨固力，等凍深發(fā)展到該層時(shí)，隨著該層的凍漲而消失了，只有處在下部未凍土中且擴(kuò)大端頂面也深入到標(biāo)準(zhǔn)凍深線以以下的基礎(chǔ)的括大部分才起錨固作用，我們所說的淺埋基礎(chǔ)根本不存在這一深入未凍土層中的部分。

用斜面基礎(chǔ)防切向凍漲力具有如下特點(diǎn)：

a .在凍漲作用下，基礎(chǔ)受力明確，技術(shù)可靠，當(dāng)其傾斜角β大于等于9度時(shí)，將不會(huì)出現(xiàn)因切向凍漲力作用而導(dǎo)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(yīng)用；

c.耐久性好，在反復(fù)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(chǔ)施工時(shí)較常規(guī)基礎(chǔ)相比稍有麻煩，基礎(chǔ)表面要求光滑。 2100433B

土溫低于 0°C土中水部分或大部分凍結(jié)成冰的土稱凍土。凍土有季節(jié)性凍土和多年凍土兩種。①季節(jié)性凍土。在一定厚度的地表土層中冬季凍結(jié)夏季融化，是凍融交替的土。中國東北、華北和西北地區(qū)的季節(jié)性凍土，深度均在50厘米以上，黑龍江北部及青海地區(qū)的凍深較大,最深可達(dá)3米。②多年凍土。全年保持凍結(jié)而不融化，并且延續(xù)時(shí)間在3年或3年以上的土。多年凍土的表層往往覆蓋著季節(jié)性凍土層（或稱融凍層），但其融化深度止于多年凍土層的層頂。多年凍土在中國有兩個(gè)主要分布區(qū)：一個(gè)在緯度較高的內(nèi)蒙古和黑龍江的大、小興安嶺一帶；一個(gè)在地勢(shì)較高的青藏高原和甘肅新疆高山區(qū)。

凍土地區(qū)線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵決定于凍土地基的特性，鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要判明凍土地基存在的可能，當(dāng)存在凍土地基時(shí)，基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)大于地基土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度。根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件，采取相應(yīng)措施，消減凍漲力和進(jìn)行基礎(chǔ)極限抗凍拔穩(wěn)定驗(yàn)算。

基礎(chǔ)極限抗凍拔穩(wěn)定驗(yàn)算，冬季最大風(fēng)速資料應(yīng)在工程初步設(shè)計(jì)中確定，當(dāng)無資料時(shí)可取正常最大設(shè)計(jì)風(fēng)荷載的60%，或根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定。

季節(jié)性凍土地區(qū)基底持力層不允許殘留凍土，如發(fā)現(xiàn)基底受凍應(yīng)在基礎(chǔ)澆制前予以清除，并鋪設(shè)墊層，保證地基土穩(wěn)定。

在季節(jié)性凍土地區(qū)除考慮常規(guī)設(shè)計(jì)內(nèi)容外，尚應(yīng)驗(yàn)算在切向凍漲力作用下基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，若不滿足要求，或改變基礎(chǔ)型式或采取相應(yīng)的防凍害措施。

在工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域?qū)Χ嗄陜鐾恋鼗A(chǔ)的設(shè)計(jì)一般可以采取下列不同的設(shè)計(jì)原則：

（1）保持凍結(jié)法

就是始終保持地基處于凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，一般來說，當(dāng)凍土厚度較大，土溫比較穩(wěn)定，或者是堅(jiān)硬的和融陷性很大的凍土，采用保持凍結(jié)法比較合理，特別是對(duì)送電線路基礎(chǔ)，如能采取措施，保證基礎(chǔ)周圍凍土地基溫度不比天然狀態(tài)高時(shí)，可按保持凍結(jié)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

保持凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計(jì)宜用于下列之一的情況：

a）多年凍土的年平均地溫低于-1.0℃的地基；

b）持力層范圍內(nèi)的地基土處于堅(jiān)硬的凍結(jié)狀態(tài)；

c）最大融化深度范圍內(nèi)，存在融沉、強(qiáng)融沉、融陷性土及其夾層的地基。

（2）允許融化法

就是利用正在融化或融化后的土作為地基，融陷的承載力很高的土層埋深較淺；不連續(xù)分布的小塊島狀凍土融陷量不大的凍土則采取允許融化的原則較為合理。特別是對(duì)上部結(jié)構(gòu)剛度較好或?qū)Σ痪鶆虺两挡幻舾械慕Y(jié)構(gòu)物按允許融化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)予估融陷量超過地基容許變形值時(shí)，也可采取人工予融法將凍土融化后再建基礎(chǔ)?；蛘哌m當(dāng)加固地基（如換填融性不大的土等）按容許融化的原則設(shè)計(jì)時(shí)，要驗(yàn)算地基的強(qiáng)度（包括持力層和下臥層）。在確定地基的承載力值時(shí)，所采用物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)應(yīng)盡量模擬以后地基的實(shí)際受力狀態(tài)。除強(qiáng)度驗(yàn)算外，還必須計(jì)算地基的變形，地基變形的計(jì)算方法和容許變形值與一般天然地基一樣，僅需將壓縮性指標(biāo)換成正在融化中的土或已融土的變形性質(zhì)指標(biāo)，以便將融陷變形考慮進(jìn)去。

允許融化狀態(tài)的設(shè)計(jì)宜用于下列之一的情況：

a）多年凍的年平均地溫為-0.5-1.0℃的場地；

b）持力層范圍的地基土處于塑性凍結(jié)狀態(tài)；

c）在最大融化深度范圍內(nèi)，地基土為不融沉和弱融沉性土；

d）地基土逐漸融化的最大深度可根據(jù)《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ118-98）附錄B的要求確定。

學(xué)科：自然災(zāi)害與防治

詞目：凍土地基防治

英文：prevention and cure of frozen earth base

釋文：預(yù)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(jiān)硬及粗粒土發(fā)育的地段。此外應(yīng)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(diǎn),確定基礎(chǔ)的深度和類型。通常地基處于融化狀態(tài)時(shí),最好將基礎(chǔ)設(shè)置在完整的基巖或較干燥的密實(shí)粗粒土層上；在多年凍土層中,一般以樁基為宜。 ?2100433B

凍土地區(qū)線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵決定于凍土地基的特性，鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要判明凍土地基存在的可能，當(dāng)存在凍土地基時(shí)，基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)大于地基土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度。根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件，采取相應(yīng)措施，消減凍漲力和進(jìn)行基礎(chǔ)極限抗凍拔穩(wěn)定驗(yàn)算。

基礎(chǔ)極限抗凍拔穩(wěn)定驗(yàn)算，冬季最大風(fēng)速資料應(yīng)在工程初步設(shè)計(jì)中確定，當(dāng)無資料時(shí)可取正常最大設(shè)計(jì)風(fēng)荷載的60%，或根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定。

季節(jié)性凍土地區(qū)基底持力層不允許殘留凍土，如發(fā)現(xiàn)基底受凍應(yīng)在基礎(chǔ)澆制前予以清除，并鋪設(shè)墊層，保證地基土穩(wěn)定。

在季節(jié)性凍土地區(qū)除考慮常規(guī)設(shè)計(jì)內(nèi)容外，尚應(yīng)驗(yàn)算在切向凍漲力作用下基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，若不滿足要求，或改變基礎(chǔ)型式或采取相應(yīng)的防凍害措施。

在工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域?qū)Χ嗄陜鐾恋鼗A(chǔ)的設(shè)計(jì)一般可以采取下列不同的設(shè)計(jì)原則：

（1）保持凍結(jié)法

就是始終保持地基處于凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，一般來說，當(dāng)凍土厚度較大，土溫比較穩(wěn)定，或者是堅(jiān)硬的和融陷性很大的凍土，采用保持凍結(jié)法比較合理，特別是對(duì)送電線路基礎(chǔ)，如能采取措施，保證基礎(chǔ)周圍凍土地基溫度不比天然狀態(tài)高時(shí)，可按保持凍結(jié)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

保持凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計(jì)宜用于下列之一的情況：

a）多年凍土的年平均地溫低于-1.0℃的地基；

b）持力層范圍內(nèi)的地基土處于堅(jiān)硬的凍結(jié)狀態(tài)；

c）最大融化深度范圍內(nèi)，存在融沉、強(qiáng)融沉、融陷性土及其夾層的地基。

（2）允許融化法

就是利用正在融化或融化后的土作為地基，融陷的承載力很高的土層埋深較淺；不連續(xù)分布的小塊島狀凍土融陷量不大的凍土則采取允許融化的原則較為合理。特別是對(duì)上部結(jié)構(gòu)剛度較好或?qū)Σ痪鶆虺两挡幻舾械慕Y(jié)構(gòu)物按允許融化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)予估融陷量超過地基容許變形值時(shí)，也可采取人工予融法將凍土融化后再建基礎(chǔ)?；蛘哌m當(dāng)加固地基（如換填融性不大的土等）按容許融化的原則設(shè)計(jì)時(shí)，要驗(yàn)算地基的強(qiáng)度（包括持力層和下臥層）。在確定地基的承載力值時(shí)，所采用物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)應(yīng)盡量模擬以后地基的實(shí)際受力狀態(tài)。除強(qiáng)度驗(yàn)算外，還必須計(jì)算地基的變形，地基變形的計(jì)算方法和容許變形值與一般天然地基一樣，僅需將壓縮性指標(biāo)換成正在融化中的土或已融土的變形性質(zhì)指標(biāo)，以便將融陷變形考慮進(jìn)去。

允許融化狀態(tài)的設(shè)計(jì)宜用于下列之一的情況：

a）多年凍的年平均地溫為-0.5-1.0℃的場地；

b）持力層范圍的地基土處于塑性凍結(jié)狀態(tài)；

c）在最大融化深度范圍內(nèi)，地基土為不融沉和弱融沉性土；

d）地基土逐漸融化的最大深度可根據(jù)《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ118-98）附錄B的要求確定。

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(jiān)硬凍土含有機(jī)物與鹽類的不同將凍土分為凍結(jié)泥炭化土與鹽漬化凍土根據(jù)持續(xù)時(shí)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(jié)狀態(tài)連續(xù)保持三年以上者，物理力學(xué)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(jié)，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(jié)狀態(tài)下，具有較低的壓縮性或不具壓縮性和較高的強(qiáng)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(duì)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(jié)期間地下水位距凍結(jié)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(qiáng)融沉和融陷五級(jí)。