工程建设中冻土地基处理分析

工程建设中冻土地基处理分析

摘要：本为主要分析了工程建设中冻土地基的形成、分类、构造、危害及处理方法。

关键词：冻土地基；工程；建设

冻土地基在我国分布较广，东北、华北和西北大量存在。冻土特别是季节性冻土在基础建设时如果处理不当，不仅容易形成裂缝，严重的则会造成结构性的破坏。

1. 冻土地基概述

地面以下的土层，当温度低于0℃时，土中水冻结形成冻土层。冻土可分为季节性冻土和多年冻土两大类。冻土构造分为晶粒状构造、层状构造和蜂窝状构造三类。土层冻结时，水分在原来的孔隙中结成晶粒状的冰晶，一般砂土和冻结速度快、含水率小的粘性土，多为晶粒状结构。土层在单向冻结并有水分转移时，形成层状结构，在冻结时速率小，冻结过程中有水分迁移的饱和粘性土与粉土中常见。土在多项冻结条件下，水分转移形成蜂窝状构造。

季节性冻土指地表土层冬季冻结而在夏季又全部融化的土层。我国华北、东北和西北大部分地区为此类冻土，厚度在0.5m以上，最大可达3m。季节性冻土在冻融过程中，反复产生冻胀和融陷，使土的强度降低，压缩性增大。严重时引起建筑物结构破坏，在营房建设地基处理时应引起重视。

多年冻土指持续冻结时间在2年或2年以上的土层。多年冻土通常很厚，常年不融化。多年冻土主要集中在东北大、小兴安岭北部、青藏高原、天山、阿尔泰山等地区，总面积约为215万km2，约占我国面积的22%。

2.冻土的影响、危害

（一）冻土抗压、抗剪强度

冻土由于冰的胶结作用，冻土的抗压强度大于未冻土，在长期荷载作用下，冻土由于具有强烈的流变性，其极限抗压强度远低于瞬时荷载下抗压强度。冻土在长期荷载下，其抗剪强度低于瞬时荷载下的强度，冻土融化后土层粘聚力大幅下降，抗剪强度降低。

（二）冻土冻胀性和融陷性

土层在受冻时会产生冻胀，引起土体发生膨胀和隆起。同时，冻土融化后，产生融陷（溶沉）使土体强度降低，压缩性增大。当基础埋置深度超过当地土层冻结深度时，冻胀力仅作用在基础侧面，称为切向冻胀力；当基础埋置深度浅于

当地土层冻结深度时，除基础侧面上切向冻结力外，在基底上还有法向冻胀力（图一）。如果上部结构荷载加基础自重小于冻胀力，则基础会被抬起，而融化时，冻胀力消失基础会下陷。由于这种上台或下陷的不均匀性，会造成营区建筑物墙体或路面的开裂，严重时影响建筑物结构损害，造成结构破坏。融陷性也是评价冻土工程性质的重要指标。晶粒构造冻土融陷性小，蜂窝状冻土融陷性较大。

因而，在冻土区进行工程建设时，必须考虑冻土的影响。

图一（作用在基础上的的冻胀力）

3.冻土地基的防治措施

为防止冻土地基对建筑物造成破坏，在进行基础施工时，需根据当地冻土深度和基础埋置深度，对冻土地基进行相应的处理。常用方法有以下几种措施。

（一）结构措施

为减小冻土对建筑物影响，可以考虑采用深基础（如桩基础、地下连续墙等）埋于当地冻深以下。

（二）排水隔水法

施工时，在建筑物周围设置排水沟，防止雨水、生活用水等深入地基。同时，在基础的侧面与底部填砂石料，并设置好排水管道将渗入水排出。

（三）保温法

施工时，在基础底部及侧面设置隔热层，增大热阻，推迟土的冻结，降低冻结深度。

（四）物理化学法

采用人工盐渍化改良土层，加入NaClCacl2和KCl等降低冰点温度，减轻冻害。也可采用憎水性物质改良地基，如加入柴油等化学表面活性剂，减少地基土层的含水量，以减小冻害。还可考虑加入顺丁烯聚合物等，使土颗粒聚集，降低冻胀。

（五）换填法

可采用粗砂、砾石等不冻胀材料填筑在基础底部，减小冻胀影响。换填时，换填深度：采暖建筑一般取当地冻深的60%，不采暖建筑可取当地冻深的80%，宽度由基础边缘每边外伸15～20cm。

参考文献：

[1] 土力学与地基基础，清华大学出版社，2004.04

[2] 混凝土结构，中国建筑工业出版社，2008.11

[3] 建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）