冻土地基及地基处理

冻土地基及地基处理

作者：葛云峰

来源：《科技传播》2013年第18期

摘 要 在众多工程实施中常遇到冻土地基，它有着明显的区域分布特征，如果处理不当，会引起地基不均匀沉降，甚至会导致建筑倾斜倒塌。本文分析了冻土的成因、分布规律，总结了冻土的工程特性，并对冻土地基的处理措施进行了说明。 关键词 冻土；地基处理

中图分类号P5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）99-0105-02

随城乡建设的发展，在工程建设中常常会遇到冻土，它具有特殊的工程性质，用作建（构）筑物地基时应采取相应的工程措施，其勘察、试验、设计、施工、治理也有各自的技术标准和方法。

冻土区域特征分布明显，本文重点对冻土地基及其处理技术进行研究。冻土主要分布在高海拔、高纬度的东北大小兴安岭北部、青藏高原以及天山等地区。

冻土作为建（构）筑物地基主要有地基承载力、稳定性、沉降、水平位移、渗透等方面的问题。针对这些问题，本着“技术先进、经济合理、安全适用、确保质量”的原则提出相应的地基础处理措施。 1良好地基的重要性

地基作为支撑建筑物基础的土体或岩体，是建筑物扎根的地方。地基物理、力学性质的好坏直接影响建筑物的安全性、经济性和合理性。良好的地基是建筑物最基本的安全条件，对控制工程造价尤为重要，也是设计、施工和工程经济的综合体现。 1.1 冻土地基

冻土具有独特的物理力学性质和特殊的物质组成及构造。它是温度在0℃或0℃以下含有冰晶的岩土。它也是由矿物质颗粒、冰、未冻水和气体组成的多成分体。 1.2 地基处理方法及其应用

冻土地基由于自身的特点，其天然地基基本上不能满足工程需要，需通过一定的工程技术措施处理后方可达到对地基承载力及变形的要求。

冻土常采用换填法、物理化学法、保温法和排水隔水法等处理方法。

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2 冻土的工程特性及地基处理

气体、矿物颗粒、未冻水、冰是组成冻土的四种物质成分，气体、未冻水和冰的含量随温度变化。变形特性将冻土地基分为松散、塑性与坚硬冻土；含有机物与盐类的不同将冻土分为冻结泥炭化土与盐渍化冻土；根据持续时间可分为多年与季节冻土；根据冻土的融沉性与土的冻胀性又可分成若干亚类。

冻结状态连续保持三年以上者，物理力学性质随温度变化而改变，伴随发生融陷、热融滑塌、冻胀等现象的视为多年冻土；地面表层冬季冻结，夏季全部融化，每年交替冻融一次的土层为季节性冻土。 2.1 工程特性

在冻结状态下，具有较低的压缩性（或不具压缩性）和较高的强度属冻土地基的工程特性。如果冻土融化后则承载力大大降低，压缩性变化较大，使地基产生融陷；冻胀对地基的承载力和安全性极为不利。土的颗粒大小及含水量可以影响冻胀和融陷，一般土颗粒愈粗，含水量愈小，土的冻胀和融陷性愈小；反之愈大。

不同土质、平均冻胀率、冻前天然含水量、冻结期间地下水位距冻结面的最小距离可以划分季节性冻土；多年冻土根据融化下沉系数的大小，可分为不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷五级。

2.2冻土地基处理及工程措施 1）季节性冻土

冻土的冻胀、融沉，地基处理措施主要削弱冻胀、水分含量和温度对地基土工程力学性质的影响来达到防治冻害的目的。 （1）换填法

用非冻胀性材料（如粗砂、砾石等）更换天然地基的冻胀土，以改变冻胀。换填法防冻害的效果的好坏，与换填深度、换填材料的黏性颗粒含量、换填材料的排水条件、地下水位和地基土土质等因素有关。

地下水位较高时，换填至当地冻深线以下；地下水位较低地区，采暖房屋，换填深度应至冻深的60%，非采暖房屋，换填深度应至冻深的80%。 （2）物理化学法

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物理化学法是指利用交换阳离子及盐分来改变地基土，实现土粒子与水相互作用，使土体中的水分迁移强度及其冰点发生变化，削弱冻胀。主要有憎水物质改良法、分散改良土法、土粒聚集和人工盐渍化法。

憎水物质改良法是在土中掺入少量憎水物质（如：重油、液态石油沥青、表面活性剂等）使土颗粒表面具有憎水性，改变渗透通道，减少含水量；在土体中加凝聚成分（顺丁烯聚含物、聚含丙烯酸钠等）改变土体颗粒粒径。人工盐渍化法是在土体中加入一定量的可溶无机盐（如：氯化钠、氯化钙等）来改善土的冻胀性； （3）保温法

保温法是在建筑物基础底部四周设置隔热层，增大热阻，延迟地基土的冻结，保持土体温度。常用的隔热材料有炉渣、玻璃纤维、泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫等。 2）多年冻土

多年冻土除了考虑常规的地基变形外，还应关注与温度密切相关的有效应力和温度分布。多年冻土的地基处理根据上部建筑结构、施工条件和地基土性质，采用维持冻土、逐渐融化和主动融化三种原则来考虑工程措施。

（1）年平均温度能够保持在-0.1℃，受力层地基土坚硬冻结，最大融化范围内存在融沉、融陷性土和夹层的冻土。采用维持冻土状态的处理方法，具体有架空通风基础、填土通风管基础、粗颗粒土垫高地基、热桩（棒）基础、保温隔热地板等措施；

（2）年平均温度能够保持在-0.5℃～1.0℃，在受力层以上处于塑性冻结状态，在最大融深以上为不融沉或弱融沉土，高温可以对冻土层产生热影响。可采用逐渐融化的方法，加大基础埋深或用低压缩土层为持力层；保温隔热地板，并架空热管道和给排水系统；设置地面排水系统的措施；

（3）年平均温度不低于-0.5℃，受力层以上地基土处于塑性冻结状态，最大融深以上存在变形量不允许的融沉、融陷性土和夹层的冻土地基。可采用粗颗粒土置换细颗粒土或预压加密和加大基础埋深的方法。 3 结论

冻土一般不宜做建筑物的天然地基，因其特殊的工程特性会给工程建设带来不便和困难。随科技的进步，积累了丰富的冻土地基处理方法，使得冻土地基工程措施更加成熟可靠。冻土地基的处理首先通过勘察资料来揭示冻土的物理力学性质，分析其成因和岩土工程特性，结合上部建筑对地基承载力、稳定性等要求，对当地的建筑材料、工程技术水平和类似工程的经验确定经济、合理的地基处理方案。

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冻土地基的处理措施须经原位试验来确定和验证施工工艺和技术参数，以确保地基处理的安全可靠。本文仅对冻土做了概述，并总结了几种常见的处理方法，在工程实践中遇到的问题往往比较复杂，需细致分析、谨慎处理。 参考文献

[1]侯兆霞，刘中欣，等.特殊土地基.中国建材工业出版社，2007，8. [2]葛忻声.区域性特殊土的地基处理技术.中国水利水电出版社，2011，2. [3]张永钧，王仁兴，等.建筑地基处理技术规范.中国建筑工业出版社.

[4]黑龙江省寒地建筑科学研究院.冻土地区建筑地基基础设计规范.中国建筑工业出版社.