冷库地基土冻胀问题及处理
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2019-10-161 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。
关于地基冻胀的真实原因、危害与措施
关于地基冻胀的真实原因、危害与措施科技信息.工程技术关于地基冻胀的寅实原因,危害与措旋辽源矿业(集团)梅河煤矿土建队王江梅河矿所在地属寒冷地区,也是建筑物倍受冻害影响的地区,纵观几十年来所建各类房屋,平房及单层之小建筑受冻害较为显着.如住宅区的仓房,花池,凉亭,围墙等.楼房因基础埋深一般都超过冻结深度,极少受冻害,但有的部位如台阶,门坡道,护坡等易被忽视,也常见受冻害而影响使用功能.因受冻害而影响使用功能深为用户所烦恼,且因此而影响建筑物的使用寿命及人身安全,问题就更为严重.因此有必要对地基冻胀的真实原因作一个分析,找出它的规律.从而采取一些有效的针对性的手段来防止它,避免它.一,地基冻胀的真实原因地基之冻胀之外和下列几点有关:(1)气温的高低.(2)土壤(地基)上部荷重的大小.(3)冻结速度.(4)冻结时土壤中水分的迁移和重分布.(5)土壤的颗粒组成.(6)土壤含水率的大小,地下水位的高低.从建筑观点看,尤以第(4),(5)两项来影响最大.(一)冻结时土壤中水分的迁移和重分布.冻胀和水是分不开的,但水在土中受冻后.土是怎样胀起来的?冻胀是怎样一个过程.1,当负温度进入土内,自由水首先冻结,出现冰晶体,此冰晶体与土壤颗粒表为束缚水膜所隔开,而束缚水膜由于分子力的作用,只能在更低的温度下才能结冻.地基土冻胀类别鉴别方法.(1)不冻胀土,地形特征:高岗地或高出周围地势2m以上的局部小土岗,地势平坦,无积水,排水条件较好,土量及地下水条件常年处于干和半干状态的粘性土,冻前地下水位1.5m以下,处于湿润状态的轻亚粘土.(2)弱冻胀土,地形特征:地势较高,排水条件良好,地势较低,有时积水,土量及地下水条件,冻前地下水位2m以下,处于硬塑的亚粘土, 或充分饱和,无自然排水条件的细砂土.(3)冻胀土地,形特征:地形平坦,排水条件较好,表面有积水,土量及地下水条件,冻前地下水位2m以下,处于硬塑性的亚粘土轻亚粘土.(4)强冻胀土,地形特征:地势平坦,地表偶然积水,排水条件较差,或地势低洼,积水较多.2,温度继续下降,束缚水膜内一部分水分子也开始结冰,冰晶体加大,束缚水膜变薄.我们把束缚水膜变薄的地方叫作"一线"(即冻结前线)把尚未冻结的区域(土壤更深一些的部位,束缚水膜还很厚)叫它做"二线".这期间,厚薄水膜间(即"二线"与"一线"之间)产生了压力差. 3,由于压力差的作用.束缚水由厚的地方向薄的地方迁移和重分布,使水分的不断朝"一线"(即冻结前线)集中.并在那儿冻结.这种迁移,一直继续到冻结区域内的水膜连续性被破坏为止,由于水分的迁移集中,使冰晶体不断扩大,在有水源补给的情况下(如地表水的渗漏和地下水位的升高)这种现象更为严重.4,当温度继续下降,一方面更多的束缚水参加冻结,另一方面冻结区域不断向深处发展.这样,就使土的体积不断增大形成冻胀.所以,土壤在受冻后体积的增大,不仅是由于土中的水在转变为冰时体积的膨胀(9%)而主要是由于土在冻结过程中,土中水分的迁移和重分布.(二)土壤的颗粒组成与冻胀的关系一般认为,土粒径在0.05--0.005之间者,因粒径小毛细压力大,地下水通过毛细管作用而上升至基础底面,受冻后在基底形成夹冰层,致使土壤受冻膨胀而发生隆起.另外,土的粒径小,则相对来讲,束缚水膜较厚,在土冻结时即成为水分迁移的宽广通路.按土壤粒径划分.小于0.05ram之颗粒所占比重大于10%者,即为冻胀性土壤,0.05--0.O05mm之间的粘土,虽然毛细压力很大,束缚水膜相对很厚,但因渗透性较差,因此,冻胀性反而轻得多.中粗沙土壤,因是骨架结构,粒度大,毛细压力小,束缚水膜也相对很薄,且颗粒间接触点少,点上压力就大,接触点上的束缚水大部分被挤掉,水分在冻结时无从迁移所以属非冻胀性土.综上所述,地基冻胀之真正原因,是土壤在冻结过程中,土中水分的迁移和重分布,(在有补给水源的情况下就更为严重)二是土的颗粒所形成的毛细压力将地下水吸至基底受冻后形成夹冰层,找出这一规律后,不难看出,只要想办法制止土中水分的迁移,切断补给水源,减少地基土的毛细压力,就能有效地,有针对性的防止和避免冻害影响. 二,地基冻胀的危害地基冻胀的危害,可分为两个阶段.1,冻胀阶段:土壤结冻时,膨胀不均匀(阴阳两面),引起建筑物不均匀变形和裂缝,特别是浅基础平房,当地基冻胀力大于基底上的荷载时,建筑物就会受冻而被抬起,严重者可引起破坏和倒塌.2,融解阶段:当气温升高,冻土融解时,胀大部分复原,再加上土中冰层化成水,使地基饱和,降低承载力,从而引起建筑物不均匀下沉和变形(即通称融陷).无论冻胀和融陷,因为一般都是不均匀的每年如此冻融交替,造成建筑物变形,开裂,严重者引起破坏.因冻害而变形的房屋,一般有下列四种情形.1,沿门窗四角开裂,因此处断面薄弱,荷重小容易冻胀.2,已住人的采暖房屋,因室内外温差而致内外墙冻胀沉降不同,引起内隔墙开裂.内冻害而变形的房屋一般有下列几种:(1)因基础洞口的大小与地面耐力集中荷载有关,集中荷载又由地基的面积大小和局部荷载有关.(2)因房屋的占地面积和地势的不均有关.(3)由地表建筑物周围是否排水畅通和有集水有关.3,因室外内采暖保温情况不一,造成基础两侧冻切力及冻胀合力差,产生扭转力矩,把墙挤歪或出现水平裂缝.4,虽然考虑了冻结深度,但忽视了施工质量,基础两侧不平,因冻胀而把基础拦腰挤起,造成上部裂缝.三,防止地基冻害的措施通过上述的分析,中粗砂类土壤,因是骨架结构粒度大,束缚水膜相对很薄,颗粒问的接触压力大,接触点上的大部分束缚水膜被挤掉, 使受冻时,水分无通路可迁移,且毛细压力又小,地下水不能通过毛细管作用而上升到基底,属于非冻胀性土,所以中粗沙类土可作为防止地基受冻害的一件有力武器,下面从设计和施工两个方面谈一下,防止地基受冻害的措施.(一)设计方面1,浅基础的平房建筑(包括台阶,门坡道,护坡,花池,凉亭等)应于基础下面加设300--500mm的中粗沙(或砂砾土,炉渣等可)垫层,低洼,潮湿地区的浅基础和不允许出现冻害的台阶,门坡通道等.应将沙垫层置于冻结线处或冻结线以下.我矿目前的设计状况,一般非主要建筑如住宅区仓房等均不出图,使施工无所依据,且造成冻害后果也不好追查,今后应从设计方面改变这一局面.2,设计冻胀变形缝.在两种不同形式的基础和可能产生不均匀沉降的地方,如门台阶,外门坡道,室外平台,护坡等与建筑物的连接处,以及采暖与非采暖房间连接处,均应设置20—30mm的变形缝.3,采用独立式基础.由于独立式基础荷重大,有利于减小冻胀变形,所以围墙之类的建筑宜采用柱形基础.在冻胀性强的地基上建筑楼房可采用桩基础. 4,在建筑物四周作明沟或育沟排水,切断水分迁移的补给条件.5,在室外暖气沟2米范围内,不建非采暖建筑.6,在有冻害威胁的地区建造房屋,设置圈梁和于转角处做配筋砌体,必要时角端基础可适当加深.(二)施工方面1,基础冬季施工时,应采取措施不使地基受冻.2,作好场地排水,不使施工用水,雨水(特别是封冻前的最后一次雨水)灌人地基.3,砂垫层暖季应水撼,冬季或接近冬雪时不能水撼应干夯.4,毛石基础砌筑时要注意两侧面要平整或稍向倾斜,万不能出台或向外倾斜,尤其是满槽装的基础尤应注意,以免受基础两侧冻切力和冻结力的扭曲面破坏,灰缝要用砂浆封严.5,不能交付使用的越冬工程,冬季应做好复盖保温.6,在砖石工程砌筑时应清出冰雪.7,在拌制砂浆时,所用的砂中不得含有冰块和直径大于1厘米的冻结块.8,拌合砂浆时水的温度不得超过40℃,在对材料加热时应首先选用将水加热的方法.9,冬季施工所用的砂浆流动性,应比在常温下适当增大,特别是砌筑主体工程时,应优先选用掺盐砂浆法,必须采用一块砖一块石一铲灰的方法不得大面积铺灰,砌砖灰缝应控制在1厘米以内.10,当气温低于一15℃时砂浆的温度应保证上墙时不冻结(不挂腊).l1,冬季施工所用的砂浆应比在夏季施工时提高一个标号,因为冬季施工砂浆的强度损失较大,一般在50%左右.。
季节性冻土路基冻胀影响因素分析及其防治措施
季节性冻土路基冻胀影响因素分析及其防治措施摘要：路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象。
通过对土的冻胀机理及影响冻胀主要因素的研究，提出了防治路基冻胀的处置措施。
关键词：季节性冻土冻胀影响因素防治措施季节性冻土指地表冬季冻结而在夏季又全部融化的土。
我国北方地区温普遍较低,季节性冻土分布广泛。
路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象，也是该地区公路主要病害之一。
因此，了解冻胀的机理和影响因素，并寻找防治的途径是十分必要的。
由于冻胀问题比较复杂，涉及因素多，所以必须从理论上去认识和了解冰冻作用的物理力学性质，掌握和发现冰冻作用过程的规律，进而找出防治冻胀措施。
1路基土冻胀的形成机理土是由固体颗粒、液体水和气体组成的三相体。
固体土粒是土的最主要的物质成分，由无数大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架主体，称为“土粒”。
在土颗粒之间的空隙中，通常有液体的水溶液和气体（主要为空气）充填。
土在冻结过程中，不仅是土层中原有的水分的冻结，还有未冻结土层中水向冻结土层迁移而冻结。
所以，土的冻胀不仅仅是水结冰时体积增加的结果，更主要是水分在冻结过程中由下向上部迁移聚集再冻结的结果。
重力水和毛细水在0℃或稍低于0℃时就冻结，冻结后不再迁移；而结合水以薄膜形式存在于土粒表面，由于吸附的关系，结合水外层一般要到-1℃左右才冻结，内层甚至在-10℃也不会完全冻结。
所以当气温稍低于0℃时，重力水和毛细水都先后冻结，而结合水仍不冻结，依然从水膜厚处向薄处移动。
当含盐浓度不同时，结合水由浓度低处向高处移动，水分移动虽然缓慢，数量也不大，但是如有不断补给来源，一定时间的移动水量还是很可观的。
水的补给来源主要通过土的毛细作用，由于结合水向上移动，在温度合适时它也被冻结，这就造成冻结后的水分比冻结前的水分大量聚集。
这些水分冻结后就会形成严重的冻胀。
2路基冻胀的影响因素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。
冻胀地基土防冻胀措施
冻胀地基土防冻胀措施
在冻胀、强冻胀、特强冻胀地基上，应采用下列防冻害措施：
1.对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于10cm.对在地下水位以下的基础，可采用桩基础，自锚式基础(冻土层下有扩大板或扩底短桩)或采取其他有效措施。
2宜选择地势高、地下水位低、地表排水良好的建筑场地。
对低洼场地，宜在建筑四周向外一倍冻深距离范围内，使室外地坪至少高出自然地面300-500mm。
3防止雨水、地表水、生产废水、生活污水浸入建筑地基，应设置排水设施。
在山区应设截水沟或在建筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流。
4在强冻胀性和特强冻胀性地基上，其基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制上部建筑的长高比，增强房屋的整体刚度。
5当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙，以防止因土的冻胀将梁或承台拱裂。
6外门斗、室外台阶和散水坡等部位宜与主体结构断开，散水坡分段不宜超过1.5m，坡度不宜小于3%，其下宜填入非冻胀性材料。
7对跨年度施工的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施；按采暖设计的建筑物，当冬季不能正常采暖，也应对地基采取保温措施。
关于东北冻土区路基施工中的一些要点——浅谈如何解决冻融冻胀问题
９ ２・
林
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关 于 东北 冻 土 区路 基 施 工 中的一 些 要 点
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浅谈 如 何解 决 冻 融冻胀 问题
陈 皎
（ 尔滨 市交通规 划研 究所 ） 哈
［ 摘
要】 哈 尔滨 市公路 工程质量监督站 负责黑河公路 工程施 工质量 的监督 ， 质量监督 站首 先要 对 冻土的地 质地 貌进行研
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究和勘探 ， 中解决 冻土地 区冻融冻胀问题是路基施 工的难点和重点。作者结合 工程 实际 ， 其 总结 了一些 实际经验 以供 大家参
考。
土体冻胀处理措施
土体冻胀处理措施1. 引言土体冻胀是指土壤在冷冻和解冻过程中发生的体积变化，可能引发土体的破坏和结构的变形。
土体冻胀对土木工程和建筑工程的安全性和可持续性构成了威胁。
因此，采取适当的土体冻胀处理措施是保证工程质量和长期稳定性的必要步骤。
本文将介绍土体冻胀处理的几种常见措施，包括改变土体含水量、改良土体物理性质、设置排水系统以及使用抗冻剂等。
2. 改变土体含水量土壤的含水量是影响土体冻胀的重要因素之一。
通过调节土壤含水量可以减轻土体的冻胀变形。
以下是一些常见的改变土体含水量的方法：•土壤墙：通过在土体表面修建高墙，遮蔽土体周围的局部供水源。
这种方法可以有效地减少土壤表面的冻结和解冻过程。
•排水系统：在土壤中设置排水系统，例如排水沟、排水管道等，可以有效地降低土壤含水量，减少土壤的冻胀变形。
•灌水排水循环：在土体中进行水分灌溉和排水循环。
通过定期灌溉和排水，可以调节土壤的含水量，减少土体冻胀的发生。
3. 改良土体物理性质改良土体的物理性质可以增强土体的抗冻性，减少冻胀变形。
以下是几种常见的改良土体物理性质的方法：•土壤堆积：通过将土壤层堆积在冻胀较大的地点上，可以降低土壤表面的冻结和解冻速率，减轻冻胀的影响。
•密实土体：通过加强土体的密实度，可以提高土体的抗冻性。
利用振动器、滚筒等工具对土壤进行有效的压实可以增加土体的抗冻性能。
•添加细颗粒材料：在土壤中添加细颗粒材料，如砂、石子等，可以改善土壤的排水性能，减少水分在土体中的积聚，从而减少土体冻胀的发生。
4. 设置排水系统排水系统是减轻土体冻胀的重要手段之一。
以下是几种常见的设置排水系统的方法：•表层排水：通过在土体表面设置排水沟、排水槽等，可以有效地引导水分流出土体，降低土壤含水量，减少土体冻胀的发生。
•深层排水：在土体中设置深层排水系统，如排水管道等，可以有效地降低土体的含水量，减轻土体的冻胀变形。
•水平排水：通过在土体中设置水平排水系统，如水平排水渠或水平排水管道，可以有效地引导水分流出土壤，减少土体冻胀的发生。
冻胀地基土防冻胀措施
冻胀地基土防冻胀措施冻胀是指土壤中水分的冻结膨胀和解冻收缩引起土壤体积的变化。
当土壤中的水分冻结时，水会由液态转变为固态，属于体积膨胀。
而当土壤解冻时，水则由固态转变为液态，导致土壤体积收缩。
这样的变化会对地基产生不利影响，如地面沉降、地基破坏等。
因此，为了防止冻胀对地基的危害，需要采取一系列的措施。
首先，应根据地基土壤的物理性质和环境条件进行合理的设计和施工。
不同地区的土壤性质和环境条件不同，因此需要针对性地进行地基设计。
工程师需要对土壤的含水量、孔隙率、颗粒结构等进行细致的分析，以确定合适的地基施工方案。
此外，地基设施的排水系统也需要精心设计，以便排除地下水，减少土壤含水量，降低冻胀的风险。
其次，应采用适当的改良技术来增强地基土壤的力学性质。
例如，可以使用物理改良方法，如夯实和加筋等。
夯实是指利用夯实设备对土壤进行振动压实，从而增加土壤的密实度和抗冻性。
加筋则是在地基土壤中加入钢筋、合成纤维等材料，以提高其抗冻性和抗胀裂性。
此外，还可以考虑使用化学改良方法，如添加胀缩剂、聚合物凝固土壤等，以改善地基土壤的性质。
第三，应采取保温措施以降低地基土壤的冻结温度，并阻止冻结膨胀的产生。
保温材料可以分为外部保温和内部保温两种。
外部保温主要是在地基上覆盖一层保温材料，如聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯发泡材料等，以减少热量的传导和外界温度的影响。
内部保温主要是通过在地基中添加保温材料，如膨胀剂、玻璃纤维等，来减少土壤的冻结温度。
最后，应进行定期的巡视和维护，并及时采取相应的修复措施。
冻胀地基土壤的稳定性是一个长期过程，需要进行定期的检查和维护。
遇到地基破坏或冻胀现象时，应及时采取修复措施，以防止进一步的损坏。
修复方法可以根据具体情况而定，如重新夯实地基、加固地基等。
综上所述，冻胀地基土防冻胀措施涉及地基设计、改良技术、保温措施和定期维护等方面。
通过合理的设计和施工，加强地基土壤的力学性质，采取保温措施以降低冻结温度，并定期进行巡视和维护，可以有效预防冻胀对地基的损害，保证工程的稳定性和安全性。
土体产生冻胀的原因[浅析中国北方寒季建筑物土体的冻胀及防冻技术措施]
![土体产生冻胀的原因[浅析中国北方寒季建筑物土体的冻胀及防冻技术措施]](https://img.taocdn.com/s3/m/6c228b8c9b6648d7c0c746de.png)
土体产生冻胀的原因[浅析中国北方寒季建筑物土体的冻胀及防冻技术措施]1 冻土的概念及特性凡含有水的岩石及土体，均含有一定的水份，在地基基础设计规范GBJ7-89用（W）来表示天然的含水量。
冬季当温度降低到其冻结温度时，土中的孔隙水结成冰，伴随冰体的产生，固结了土体中微细的颗粒。
各种土体中冰的离析作用，将伴随着一系列非常复杂的物理及化学变化。
以及达到受力的改变。
水分增减，孔隙深液浓度的增大和土体不均匀变形，引起应力产生应变，这是符合材料力学的虎克定律。
这就是冻土产生的根本原因。
不同的土粒比重它的孔隙比是有区别的。
粘土的透水性能较差，吸水率较高，它的冻胀力也越大。
2 土冻胀过程齐市地区按规范（GBJ7-89）规定，季节性冻土标准冻深为2.2M。
冬季期间，潮湿的土体受冻后固结，产生向上的法向应力产生冻胀。
春融季节，冻土吸收外部的热量，出现融化，引起土体沉陷。
周而复始引起土体冻胀――沉陷。
尽管季节性冻土区或者长年冻土区地质条件不一，但这种过程同样存在。
他们的性质有相似的一面也有差别的一面。
对于象齐市地区这种冻土曲线特点应是自上而下单向冻结，冻结过程比较缓慢，往往需要四－六个月的时间，即十月末直至第二年的四月份左右，齐市也把此段视为冬季施工阶段。
最大冻结期间多在一至二月份。
当春暖花开冻土层处于上下双向融化（地热作用）融化速度较迅速，仅一、二个月的时间。
3 冻土地区建筑物的破坏特征3.1 桩、柱下独立钢筋砼基础寒冷地区桩，柱下独立钢砼的基础，冻害相当普遍严重。
某地区的桩埋入土中长度为6M，每年冻拨约50MM左右，据多年统计，现已拨出1000MM左右。
国家标准（GB*****-92）规定：如平均气温低于50时，不得浇水养护，在冬季施工期中，环境气温较低，这种情况下使用薄膜养生液、防水纸或塑料薄膜等封闭材料来封闭混凝土中的多余拌合水，以实现混凝土的自然养护。
但应注意，有些薄膜养生液（例如以水玻璃为主要成分的薄膜养生液）低温下成膜性能差，甚至不能成膜或出现冻胶现象。