凍土地基防治

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(kāi)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

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(lái)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(yáng)離子及鹽分來(lái)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(wú)機(jī)鹽如氯化鈉、氯化鈣等來(lái)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(lái)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(guó)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(wú)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(lái)防止切向凍漲力是一個(gè)即簡(jiǎn)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(guò)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(guó)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(lái)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(wèn)題早有簡(jiǎn)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(lái)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(wú)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(kāi)裂，切向凍漲力退出工作造成的。應(yīng)該說(shuō)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(shuō)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(wèn)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

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(duì)地基土工程力學(xué)性質(zhì)的影響來(lái)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(yáng)離子及鹽分來(lái)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(wú)機(jī)鹽如氯化鈉、氯化鈣等來(lái)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(lái)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。可采用逐漸融化的方法，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。

凍土地基處理工程措施

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(guó)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(wú)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，(見(jiàn)右圖1)

用基側(cè)填砂來(lái)防止切向凍漲力是一個(gè)即簡(jiǎn)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(guò)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)

該基礎(chǔ)是將基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成右圖的型式，國(guó)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(lái)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(wèn)題早有簡(jiǎn)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(lái)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(wú)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(kāi)裂，切向凍漲力退出工作造成的。應(yīng)該說(shuō)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(shuō)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(wèn)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