张鑫鹏—冻土地区冻胀的原因分析及解决措施.doc

冻土地区冻胀的原因分析

及解决措施

土建室张鑫鹏

2019-10-16

1 成因分析 (1)

1.1 水结冰后膨胀 (1)

1.2 毛细现象和冰晶体的形成 (1)

2 影响冻胀的因素 (3)

2.1 土质对冻胀的影响 (3)

2.2 土中水分对冻胀的影响 (3)

2.3 温度对冻胀的影响 (4)

3 冻胀的破坏影响 (4)

4 应对的解决措施 (5)

4.1 置换法 (6)

4.2 隔温法 (7)

4.3 隔水法 (8)

4.4 稳定土处理法 (8)

5 结束语 (9)

参考文献 (9)

冻土地区冻胀的原因分析及解决措施

张鑫鹏

摘要：冻土地区路基的病害及其相应的防治措施一直是困扰工程的难题。如冻胀、融沉等。**处于北方严寒地区，在道路铺设，和基础设置等方面，受到冻胀的影响很大，往往为了解决冻胀问题花费更大精力和投资，并且存在特殊地质条件和投资控制等因素影响，有些项目无法完全避免冻胀的产生和影响，处理不当会给日后使用带来很大影响，根据冻胀原理和多年的经验教训，本文着重分析冻胀的起因和处理措施等，希望能为今后设计和施工带来更多帮助和解决思路。

关键词：冻土地区；冻胀；成因；解决措施

1成因分析

1.1水结冰后膨胀

我们知道，水在摄氏零度结冰，体积比原体积大十分之一，水结冰的过程中体积增大，产生占位空间，挤动了其它物体，作用在其它物体上的力就是冻胀力。这种单独的原位冻胀造成破坏力相对较小。

1.2毛细现象和冰晶体的形成

土体的冻胀分为原位冻胀和分凝冻胀两种。而对工程中破坏巨大的是由于外界水分迁移补给形成的分凝冻胀，是由毛细

现象和冰晶体共同作用形成的。

毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着孔隙向上及其他方向移动的现象。

在形成毛细通道时就构成毛细水的上升。当冰冻季节冻结时，土中水分向冻结区迁移并积聚，土颗粒孔隙中的自由水在0℃以下时，自由水首先冻结成冰晶体。随着**温的继续下降，周围未冻结区土中的水分会向表层冻结冰晶体迁移积聚，使冻结区土层中水分逐渐增大，冻结后的冰晶体也不断增大，只要冻结区周围还存在着水源，并且还存在适当的水源补给通道即毛细通道，能够源源不断地补充给冰冻体所需的水分，在这一不平衡的引力不间断地作用下，未冰冻区的水分不断地向冰冻区迁移积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土层在冰夹层作用下体积会发生膨胀，也就是冻胀。冻结区域冰晶体不断增大，不断吸引周围的水分，不断发生体积继续膨胀现象，一直继续到切断冰晶体所需的补给水源，此时的水分继续

迁移积聚、冰晶体继续增大才会停止。

2影响冻胀的因素

2.1土质对冻胀的影响

土的冻胀主要是由于水分的迁移导致的水分大量积聚而引起的。土中水的迁移取决于当地的土质条件。含粉粒多的细粒土的渗透性较强，且毛细水可以及时补给，故水更易大量聚集，所以细粒土的冻胀很明显。当地下水位相同时，土壤的冻胀量随土颗粒大小而异，颗粒越粗，冻胀量越小；颗粒越细，冻胀量越大。粉性土冻胀量最大，粘性土次之，砂砾土最小。冻土的水分迁移量为粉粒>粘粒>砂粒。

主要原因是：当粒径大于0.1mm，在无粉、粘土颗粒充填情况下，表面能很低，表面吸附作用几乎没有，很难形成薄膜机械或毛细机构，冻胀性很小；当粒径尺寸为0.1～0.05mm的细砂时，就是饱和水状态下冻结，冻胀性也很小；但当粒径处于0.05～0.005mm 时，土具有最大的冻胀性；当粒径小于0.005或更小时，因为颗粒的分散性极大，表面能相当高，土中水多为土粒强烈束缚，强吸附水量增大。如果这种粒径的含量超过50%，因土中孔隙过小，造成了水流通路的阻塞，形成不透水的隔离层使水迁移困难，则冻胀性急剧减小，故土的分散性对冻胀性的影响最严重。

2.2土中水分对冻胀的影响

我们知道，土的冻胀是由于土中水分冻结成冰造成的土体积

膨胀，可见水分是冻胀的首要条件，而土中水分的多少是影响冻胀的基本因素。水的主要来源一个是大**降水及各种排水和人工灌溉引起的回归水，而大**降水影响最大的是冻前的降水量。第二个是地下水，而且关键是地下水距地表的距离。地下水位越高，土的冻胀就越大。

2.3温度对冻胀的影响

负温是冻胀产生的必要条件之一，土体在负温下冻结，而且在不同的负温下显示出不同的冻胀特性，在开敞的体系中，其冻胀可分3个阶段：第一阶段，土体冻胀强度随负温的降低而剧烈地增长，其增长值约占最大冻胀值的70～80%；负温变化范围为起始冻结温度至-3℃左右。第二阶段，土体冻胀强度增长缓慢，其增长值一般占最大冻胀值的10～20%负温变化在-3～-7℃。第三阶段，土体冻胀率处于稳定或略有增长，一般在5%左右，负温变化在-7～-10℃。

3冻胀的破坏影响

水分迁移和积聚,冰晶体不断扩大形成冰夹层,土体随之发生隆起,出现冻胀现象。当土层解冻时,土中积聚的冰晶体融化,土体随之下陷,即出现融陷现象。反复的冻胀和融陷现象造成工程中巨大破坏。

造成积水冻结膨胀形成冻胀病害，其最大量有50 mm，一般在30 mm～40 mm，多在25mm 以下。冻胀形成时间从10 月到次年3 月末，之后便趋于稳定。

近几年小区改造等项目中，如果遇到地下水位较高、土质软弱、施工夯实不足等情况，常引起较明显的冻胀现象，造成道路铺装的拱起、散水倒坡、单元门无法正常开启等影响。随着4月初的融陷，又造成冻胀和融陷幅度不均匀，铺装成波浪形，道路开裂等破坏。

2019年12月，**至大连客运正式运营。哈大客专造价超千亿元，设计时速350公里，实际运行时速却不到200公里。原定于2019年4月1日提速计划延迟，据媒体报道，因2019年下半年，哈大客专路基出现大面积冻胀。

4应对的解决措施