青海地区冻土对地基基础的影响

青海地区冻土对地基基础的影响

摘要：青海的东部及西部地区广泛分布着多年冻土，祁连山及青藏高原之间的柴达木盆地、茶卡共和盆地及西宁—民和盆地等广大区域内广泛分布着季节性冻土。多年冻土的融沉和季节性冻土的冻胀现象将会对工业与民用建筑地基基础造成破坏性的影响。

关键词：多年冻土；季节性冻土；地基基础；融沉；冻胀

1 概述

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤，冻土按保存的时间划分为三种类型：多年冻土（>2年）、季节性冻土（>1月）和短时冻土（<1月）。对工业与民用建筑地基基础造成影响的主要是多年冻土和季节冻土，因此构筑物修建后将面临冻土带来的两大危险，即冻胀和融沉的作用。

2 青海地区冻土的分布

2.1 青海地区多年冻土的分布情况

青海的多年冻土主要分布在东部及西部地区。

东部为祁连山地区多年冻土，面积约9100平方公里，占祁连山总面积的43%左右，其南界为拉脊山、青海南山、柴达木南坡大致海拔3700—3950米以上，北界为冷龙岭走廊、南山及野马山北坡海拔分别为3494米、3670米、3740米以上。南坡大致与年平均气温-2℃等值线相吻合，北坡大致与-2.5℃等值线相吻合。其中岛状多年冻土厚度一般25-35米，连续多年冻土厚度一般为50-95米，最厚为139.7米，其成时间距今约3000余年，主要为后生多年冻土。

青海省西部属青藏高原冻土区，是世界上中、低纬度地带海拔最高面积最大的高原型冻土，青海省内面积约占24万平面公里。该区域内气候严寒，年平均气温多年保持在负温状态，冻土分布区域界线大致与年平均气温-2.5℃至-3.5℃等值线相一致，冻土厚度一般在30-70米之间。该区域内地形起伏变化大，地貌植被条件复杂，地表水活动频繁，地下水类型复杂，使多年冻土的厚度在水平方向上变化很大。

2.2 青海地区季节性冻土的分布情况

青海省在祁连山及青藏高原两大多年冻土地区之间的柴达木盆地、茶卡共和盆地及西宁—民和盆地等广大区域，广泛分布着季节性冻土。

青海省的各州、市、县城均座落于高海拔地区，最高的曲麻莱县海拔为4262

米，而玛多、杂多、治多等县海拔也在4000米以上。海拔偏低的青海东部农业区各县海拔均在1813—1871米之间，其中以民和县海拔1813米为最低，互助县最高。青海省的其余各州县海拔也均在2000-3000米左右，此区年平均气温较高，最大冻土深度变化范围0.82—3.00米之间。

3 青藏高原气候特征对青海地区冻土分布的影响

3.1 气候特征

青海位于青藏高原的东部，其气候特征为夏季凉爽，冬季漫长，日温差大，年温差较小。青海高原的海拔是影响该区域气候的分布主要原因，其中：海拔4000米以上的青南高原和祁连山区是固定的两个寒冷区域，年平均温度-4℃以下；南部高原海拔4000米以下的河谷是相对暖区，年平均温度0℃以上；海拔3000米左右的柴达木盆地是次暖区，年平均温度2—5℃；海拔2500米以下的黄河、湟水河谷是全省最暖区域，年平均温度2—9℃。

3.2 气候对冻土影响

气候与冻土之间有着十分密切的关系，冻土的存在受气候控制，同时冻土又影响着气候，不同的气候带内分布着不同的冻土类型。冻土分布界线与气候区的界线十分接近，这也证明了冻土的分布受气候的影响，冻土地区的冻土类型划分，多采用年平均地温作为主要标志，年平均气温作为辅助标志。

4 多年冻土对地基基础的影响

4.1多年冻土的基本特点

多年冻土是指土体温度低于0℃且含有冰的特殊岩土体，当土体处于冻结时，冻土具有极高的强度特性。当土体融化时，土体将完全丧失强度，且冻土物理、力学性质均会随冻土温度而发生剧烈的变化，这种现象称为多年冻土融沉。多年冻土的融沉划分为不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷五个等级，融沉现象的发生是多年冻土区对地基基础的主要破坏。

4.2融沉对地基基础的影响

多年冻土融化时的下沉现象，包括与外荷载无关的融化沉降和与外荷载直接有关的压密沉降，当建筑物修建后将主要产生对多年冻土的外荷载作用，并产生压密沉降。

多年冻土融化时将发生着两个相反的过程即压密和膨胀。当多年冻土中的各种冰融化后体积缩小,在重压下下沉，冰变成水后通过孔隙逐渐排出，使土压密后进一步下沉。土粒及其集合体在融化时由于水化作用而膨胀。通常情况下，冻土融化时的压密大于膨胀，故产生融化下沉。当冻土的融化速度很快时，会出现冰变成水的速率大于水能从土中排出的速率，从而使土中的孔隙压力增加，常造

成对建筑物地基基础的破坏，使基础上的各种建筑物产生不稳定。融沉是多年冻土区建筑物破坏的主要原因，在高含冰量地段各种基础的融化下沉变形作用，均会对基础造成强烈的破坏，因些防止基础产生融化下沉变形的技术措施，是解决青藏高原多年冻土区工程安全可靠性的关键，因而地基基础持力层选择应选择不融沉或弱融沉地层，避免对基础的破坏影响。

5 季节性冻土对地基基础的影响

5.1季节性冻土的基本特点

季节性冻土指的是冬季冻结春季融化的土层，自地表面至冻结层底面的厚度称冻结深度。根据土的成分、天然含水量和地下水埋深，将季节性冻土划分为：不冻胀、弱冻胀、冻胀和强冻胀四个等级，因此在季节性冻土地区，防止冻胀是避免对地基基础影响的主要方法。

5.2冻胀对地基基础的影响

季节性冻土的冻胀作用是产生在土体与基础表面相冻结时，冻结层的底面将产生上升的冻胀力，依靠这个冻胀力传达到基础上，造成对建筑物垂直位移的上升力，使建筑物的底层或地下室的墙壁发生拉力破坏。

引发冻胀作用的三个要素为容易冻结的土质、充足的水分和冷却条件，其中冷却条件就是要使水分和容易冻结的土达到分离程度的低温，当三个条件中缺少一个将不能引发冻胀现象的发生。防止冻胀发生的一般基础设计方法为，按青海省多年实测最大冻结深度标准，将地基基础底面埋深在最大冻结深度以下。这种方法的采取并不能完全防止冻胀破坏的发生，当地基基础回填时用含水量大的冻胀性土进行回填，冻结时基坑部分将会受到危害，选用隔水性好的粗颗粒土进行回填可有效防止冻胀的发生。因此控制好产生冻胀的三个要素，可有效的避免冻胀对地基基础的破坏影响。

6 结论

青海省属冻土分布较广的区域，进行建筑物设计时要充分考虑冻土对地基基础的影响，建筑物基础设计时还应区分多年冻土区和季节性冻土区，不同的冻土类别应选择不同的基础方案，才能有效的防止融沉和冻胀对地基基础的破坏。

参考文献：

[1] 王绍令,赵新民. 青藏高原多年冻土区地温监测结果分析.《冰川冻土》,1999年02期 

[2] 汪青春,李林. 青海高原多年冻土对气候变化的响应.《青海气象》. 2005