浅议冻结法施工的冻胀融沉及对周边土体特性的影响

土体 的冻胀可分 为原位冻 胀和分凝 冻胀 ｌ １ Ｊ 。原 位 冻 胀 是 土 体 孔 隙 中 的 水 冻 结 成 冰 出 现 的 体 积 膨 胀 。 分 凝 冻 胀 是 冻 结 诱 发 的负 压 力 使 其 它 部 分 的 水 发 生 迁 移 运 动 ，进 入 冻 结 区 。 移 动 的水 冻 结 形 成 冰 凌 ，造 成 与 冻 结 锋 面垂 直 方 向 的体 积 膨 胀 。 对 于 有 外 界 水 源 补 给 的 开放 冻 结 系 统 ， 分 凝 冻 胀 是 冻 胀 量 的 主 要 组 成 部 分 。土 体 的 冻胀 可 用 冻 胀 率 来 定 量 描 述 。
比、 压 缩 模 量 和 渗透 系 数 ）改 变 进 行 了试 验 研 究 ，并 最 终 对 冻 胀 融 沉 提 出 了 一 些 施 工 控 制 措 施 。
关 键 词 ：冻 结 法 ；冻 胀 融 沉 ；土 体 特 性 中 图分 类 号 ：Ｕ ４ ５ ５ ． ４ ９
前 言
文 献 标 识 码 ：Ａ
融沉系数来定量描述 。
口 。 ： ×１ ｏ ０ ％
较高强度和稳 定性 的冻 土帷幕 ，并 隔绝地 下水 ，而后在冻 土 帷幕 的保 护下进行地下工程 作业的施工 方法 。目前 ，冻结 法 已广泛应 用于城市地 下工程的建设 中。 该方法具有适应性强 、
无污 染 、 封 水 严 密 、 冻 结 体 厚 度 和 强 度 可 控 、 连 续 性 和 均 匀 性 易 保 证 及 起 效 快 等 优 点 。但 冻 结 法 施 工 也 存 在 冻 胀 与 融 沉 作 用 ， 同 时 冻 融 循 环 对 周边 土 体 的 扰 动 较 大 ，易 引起 较 大 的
１ ０ ０ ％ ， ７ ，： 竺 ×
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（ ２ ）影 响融沉的土性 因素主要是 冻土 中的含 水量和干密 度 等 。通常条件下 ，含 水量越 高、干密度越小 ，融沉系数越大 。
（ ３ ） 外 荷载 对 融 沉 的 影 响主 要 体 现 在 排 水 固结 过 程 中 ， 冻 土 中的 液 态 水 在 外 荷 载 作 用 下 被 排 出 ，从 而 引起 冻 土 的 固结 压 缩 。（ ４ ）外 部 温 度 的影 响也 十 分 重 要 ，解 冻 温 度 越 高 ，则 土 中的 分 凝 冰 越 容 易 融 化 ，从 而 越 容 易 引 起 土 体 的 压 缩 固 结 。 冻 融 循 环 除 导 致 土 体 发 生 冻 胀 融 沉 现 象 外 ，还 将 引起 土 体 物 理 力 学性 质 的改 变 ＿ ２ 】 。现 有 研 究 表 明 ， 即 便 土 体 仅 仅 经 历 一 次 冻 融 循 环 ，也 将 导致 土 体 特 性 的 明显 改 变 ；且 随着 冻
冻 土 融 化 时 ， 冰 晶 融 化 成 水 ，体 积 缩 小 ； 同 时在 冻胀 过 程 中 生成 的裂 隙也 将 在 融 化 过 程 中 闭合 ，这 些 都 导 致 冻结 土 体 在 融 化 过 程 中 的 体积 缩 小 。 此 外 ，土 中 的冰 在 融化 时 ，土 中 的水 分 在 自重 压 力 和 附 加 压 力 的 共 同作 用 下 逐 渐 排 出 ，产 生 固结 沉 降 ， 上 述 效 应 最 终 导 致 冻 结 土 体 的 融沉 现 象 ，可 用
第１ ３卷 第 １ ２期
２ ０１ ３生
中 国
水
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Ｖ ｏ１ ．１ ３ Ｄｅ ｃｅ ｍｂ ｅｒ
Ｎｏ ．１ ２ ２０１ ３
１ ２ 月
Ｏ ｈ ｉ ｎａ Ｗａ ｔ ｅｒ Ｔｒ ａｎ ｓｐ ｏｒ ｔ
浅议冻结法施工的冻胀融沉及对周边土体特 Ｉ 生 的影响
赵 晓 虎
融循环次数 的增加 ，土体特 性的改变愈发显著 ；但是第一 次
冻 融 循 环 对 土 体 特 性 的改 变 尤 为 重 要 。研 究发 现 ：（ １ ） 冻 融 会 使 松 散 土 的孔 隙 比降 低 ， 从 而 增 加 其 密 实 度 ；而 对 于 密 实 土 则 相 反 ，冻 融 过 程 可 能 导 致 土 体 孔 隙 比的 增 大 。 目前 ，冻
式 中 ：７ ７ ， 一 冻胀率 （ ％） ； Ａ ｈ 一 试样 的冻胀量 ； 爿， 一 冻
胀 前 试样 的高 度 。 土 体 的冻 胀 与 土 质 、 含 水 量 、 初 始 温 度 场 及 补 给 来 源 、
冻结条件 （ 冻结温度 ，冻结速率 ） 、外荷载作用等众多 因素 有
关 。（ １ ） 土 质对 冻 胀 的影 响 主 要 由矿 物 成 分 和颗 粒 组 成 决 定 。
文章编号：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）１ ２ － ０ ３ ７ ７ ～ ０ ２ 胀具有抑制作用 。
一
、
冻 结 法 施 工 是 利 用 人 工 制 冷 技 术 ，通 过 埋 设 的冻 结 管 带 走 地 层 中 的热 量 ，使 地 层 中 的 水 结 冰 ，变 成 冻 土 ，形 成 具 有
（ 南通 广 通 建 设 工 程 有 限 公 司， 江 苏 南通 ２ ２ ６ ０ ０ １）
摘
要 ：冻 结 法 施 工 是 目前 城 市 地 下工 程 建 设 中的 常 用 方 法 。但 该 工 法 存 在 冻 胀 融 沉 现 象 ， 同 ，易 引起较 大的工后沉降 。文 中结合南通某工程 ，对需冻结 土层 的冻胀融沉特性 、及冻 融循 环后的土性 （ 孔隙
工后沉降 。
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式 中 ：ａ ｎ 一 融沉系数 （ ％）； △ 一 冻 土 融化 的下 沉量 ； 一
二 、冻 胀 融沉 原理 及 对 土 体 特 性 的影 响
冻土试样初始高度 。
融 沉 量 的大 小 与 融 层 厚 度 、 融 层 土 的特 性 、 外 荷 载 作 用 以及 外 部 温 度 条 件 有 关 。（ １ ）融层 厚 度 越 大 ，则 融 沉 量 越 大 。