地基土季节性冻胀分类综述
季节性冻土的冻胀力及水工建筑物防冻害措施
季节性冻土的冻胀力及水工建筑物防冻害措施作者：付洪光喻松柏来源：《农民致富之友》2010年第20期一、冻胀力的形成：影响土的冻胀因素很多，主要是水、土、温、压因素。
其中水、土是主要因素。
土的冻胀是由于土体中含水量超过起始冻胀含水量，在负温下孔隙水部分冻结，对土骨架将产生挤压力。
如果未冻水没有向外排泄条件，土开始冻胀。
但如果能将其余未冻水挤走，以上体积增量将由孔隙中剩余空间所容纳，土体也不会产生冻胀。
如果冻胀过程中有外水补给发生了强烈的水分迁移，生成大量的冰夹层，将产生强烈的冻胀。
经观测：冰夹层的厚度大致等于冻胀量。
沿冻深分步的冰夹层基本上代表了冻胀量沿冻深的分步情况。
上层土的冻夹层厚而稀，而下层土的冰夹层薄而密。
土壤粒径、级配及温度变化，外水补给，外荷载的大小等都直接影响冻胀的程度。
当土粒的粒径为0.05～０.002mm之间，土中水分迁移剧烈，土的冻胀量比较大，这种土的吸引水分能力强。
土体中水分的迁移是靠结晶力、吸附力、毛细力、温度差和表面能差产生薄膜水移动，其中冰结晶力、毛细力和表面能差是水分迁移的主要动力。
土体冻结时，冻结面附着土颗粒的水膜被冰晶体吸薄，为了维持颗粒表面能的平衡，其他土颗粒的水膜向较薄的颗粒表面移动，为达能量的平衡，不断的移动，不断的冻结，放出潜热结晶成冰。
季节性冻土地区经过多次冻融循环，土的孔隙比是比较大的，冻结期土经过不均匀的冻胀，冻结面是一个凹凸不平的曲面，在冻层由于冻胀而上抬的过程中凹面处形成孔缝，造成负压区，迁移的水聚集到此而结晶成冰夹层。
这种冰夹层体积膨胀9％，产生了内压力，这种对基础挤压和抬起的能力称之谓冻胀力。
1、封闭式和开敞式冻胀的区别：（1）封闭式冻胀：在没有外水补给的条件下，土体中原驻水引起的冻胀为封闭式冻胀，当土体中原驻水小于起始冻胀含水量(粘土W0=13.0)冻结时不但没有冻胀，反而产生冻缩。
表现地面出现下降，体积缩小。
当土体中原驻水大于起始冻胀含水量W0时，在没有外水补给的条件下，虽然产生冻胀，但冻胀量不大。
冻土路基病害类型成因及防治综合措施
冻土路基病害类型成因及防治措施一、病害类型1、冻胀冻胀是由于土中水旳冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）旳增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起旳作用。
冻胀一般会导致地面发生变形，形成冻胀垄岗。
冻胀旳因素涉及土中原有旳水结冰体积膨胀；同步也涉及土冻结过程中下部未冻结土中旳水分迁移并向冻结面富集，水分相对集中，水与土粒分异形成冰透镜体或冻夹层，使土体积膨胀。
冻胀是冻土区筑路时需要考虑旳另一种重要问题。
一般状况下，在低温冻土区，活动层厚度一般较小，且存在双向冻结，冻结速度较快，故冻胀相对较轻。
而在高温冻土区，活动层厚度一般较大，冻结速度也较低，如存在粉质土和足够旳水分则冻胀严重。
冻胀形成机理当路基表面旳土开始冻结时，土孔隙内旳自由水在0℃时一方面冻结，形成冰晶体。
当温度继续下降时，与冰晶体接触旳薄膜水受冰旳结晶力作用，迁移到冰晶体上面冻结，使得与冰晶体接触旳土粒上旳水膜变薄，破坏了本来旳吸附平衡状态，土粒旳分子引力有剩余，就要从下面水膜较厚旳土粒吸引水分子。
同步，当水膜变薄时，薄膜水内旳离子浓度增长，产生了渗入压力差。
在土粒分子引力与渗入压力差旳共同作用下，薄膜水就从水膜较厚处向水膜较薄处迁移，并逐级向下传递。
在温度为0℃--5℃旳条件下，当未冻区有充足旳水源供应时，水分发生持续向冻结线旳迁移，使路基上部大量聚冰。
当冻结线在某一深度停留时间较长，水分有较多旳迁移时间，且水源供应充足时，也许在该深度处形成明显旳聚冰层；当冻结速度较快，每一深度处水分迁移旳时间短，聚冰少且均匀分布，也许不形成明显旳聚冰层。
冻胀旳评价指标(1)总冻胀路面全宽内旳平均冻胀值称为总冻胀。
在寒冷地区内地下水位高旳地段，使用强冻胀性土旳路基，冻胀可达15-20cm。
(2)不均匀冻胀当路基土不均匀或压实不均匀或供水不均匀时，都也许导致冬季聚冰旳不均匀，从而形成不均匀冻胀。
不均匀冻胀是总冻胀旳一部分，但可使柔性路面不均匀隆起或开裂，可使刚性路面发生错缝或断板。
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。
7.4 冻土地基
Ⅳ类
强冻胀土
6%＜
≤ 12%
形成较厚冰夹层，冻胀严重，即使基础埋深超过 冻胀线，也可能因切向冻胀力而上拔。
Ⅴ类 特强冻胀土 ＞12% 冻胀量很大，是使基础冻胀上拔破坏的主要原因。
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7.4 冻土地基
三、冻土地基评价
多年冻土融沉性
其融沉性与土的类别、含水量及融化后的潮湿程度有关。
保持冻结原则
⚫ 保持多年冻土地基在施工和使用期间处于冻结状态。 ⚫ 宜用于冻层较厚、多年地温较低和多年冻土相对稳定的地带，或用于按
融化原则处理有困难的地带。
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7.4 冻土地基
四、冻土地基防治措施
建筑结构措施
① 将基础埋深置于冻结线以下，避免冻胀和冻融的影响 ② 适当增大基底面积或加大基础埋深，减小基底压力 ③ 采用深基础（如桩基础），将荷载传递至冻结线以下土层 ④ 采取减小或消除冻胀力的措施（基础侧面涂沥青）
7.4 冻土地基
一、基本概念 二、主要工程特性指标 三、冻土地基评价 四、冻土地基防治措施
7.4 冻土地基
一、基本概念
冻土：凡温度≤0C，且含有固态冰的土，称为冻土。 季节性冻土：是指地壳表层冬季冻结而在夏季又全部融化的土。
我国主要分布在华北、西北和东北地区，对地基稳定性影响较大。
多年冻土：指冻结状态持续 2 年或 2 年以上的土。分布在黑龙江大小兴安岭
融沉级别 土的融沉性 平Ⅳ级土
Ⅴ级土
不融沉 弱融沉 中融沉 强融沉
极融沉 （融陷）
0 ≤ 1% 1%＜0 ≤ 5% 5%＜0 ≤10% 10%＜0 ≤25%
对季节性冻土的认识
季节性冻土对工程的影响及防范措施摘要季节性冻土【seasonal frozen soil】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。
季节性冻土是受季节性的影响，冬季冻结、夏季全部融化。
我国季节性冻土区面积大约513.7万平方千米，占国土面积的53.5%,其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。
季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3米，往南随纬度降低而减少。
季节性冻土的冻胀性、融沉性等特性对工程影响重大。
所以在季节性冻土地区的工程建筑或项目应特别注意考虑季节性冻土对工程的影响及防范措施。
本文对季节性冻土的影响因素、分类、各种工程的影响及防范措施作了简要概述。
关键字：季节性冻土冻胀因素冻胀危害融沉防治影响土的冻胀性因素影响土的冻胀性因素很多,如土的颗粒组成、土的矿物成分、含水量、土体密度、土中温度及梯度等,但归纳起来主要有三个方面,即通常所说的土、水、温三大要素1土中含水量对冻胀的影响国内很多资料表明,土中冻前含水量对冻胀有一定影响,但不是全部水分,而是超出起始冻胀含水量的水分,其关系式用下式表达:η=α(W - W p )式中:η—冻胀率( %)W —冻土层内冻前平均含水量( %)W p—起始冻胀(相当塑限)含水量(%)α—系数。
关于系数α,目前各家取值不一。
如中国科学院兰州冰川冻土研究所、哈尔滨建筑工程学院和黑龙江省寒地建筑科学研究院等是根据理论计算给值,即考虑粘土在封闭系统情况下最大可能产生的平均冻胀率η:η=1.09γd(W- W p)/2γW≈0.8(W-W p)式中:γd—土的干容重(1500kg/m3)γW—水容重另一些单位和学者则根据室内实验提出α值，如大庆油田设计院取α为0.67，建工部建筑研究院则取α为0.32地下水对冻胀的影响地下水作用于冻胀的机理,归根结底就是冻土中水分迁移的问题。
地下水位的高低对冻胀影响可定性描述为：地下水位越浅,土的冻胀量也越大。
季节性冻土地区铁路路基冻害及对策分析
季节性冻土地区铁路路基冻害及对策分析引言一直以来，冻裂、裂缝等质量危害都是冻土地区公路路基的一种质量通病，不仅大大降低了公路建设服务质量，还给后期修筑施工造成了很多的不便，致使公路无法正常运行。
因此，考虑到冻土路基的特性，进一步提高公路结构的稳定性，加强对公路路基的保温养护是非常重要的，同时相关建设单位还应该加大对节能环保型保温材料的应用，以免破坏到周围生态环境，促使道路建设的社会效益与生态效益得以充分体现。
一、季节性冻土地区铁路路基冻害部位分类（一）、表层冻害表层冻害特点是：一般隆起高度为10mm～40mm；在呼和浩特铁路局管内地区一般从11月上旬开始，最晚到12月中旬停止发展，来年4月中旬～5月上旬回落完。
表层冻害危害主要表现在：可引起路肩纵向高低变形、开裂，造成基床表层土体强度降低，从而引起道碴沉陷，导致轨道纵向高低变形；引起坡面隆起变形、开裂，导致土体强度降低。
（二）、深层冻害路基深层冻害产生的时间较晚，在冻期的后半期产生，呼和浩特铁路局管内地区一般在12月中旬以后，直到冻期末冻害才能停止。
深层冻害的产生大多是因地下水的关系，如果没有地下水，即使土质有所差异，下部呈现脱水现象，也无多少冻胀。
二、温度对季节性冻土地区铁路路基的影响通常情况下，在受到气温变化的影响下，冻土路基一般产生升温速率的主要原因体现在两个方面，一方面是冻土中参与的冰和水的相变潜热数量，另一方面则是地基土层的导热系数。
如果冻土地基中含有较高的冰量时，当温度发生变化，将会产生大量的冰水相变。
所以，含冰量高的冻土地基温度对于气温改变的感应相对迟缓。
这样一来，若是在气温胜率相同的情况下，一旦冻土地基处于剧烈相变的地区，其地基温度变化随之产生更多数量的冰水相变。
因此，这种高含冰量的冻土地基的速率不高。
相反，当冻土地基处于平稳区段时，低温发生变化，相变热量减少，此时导热系数将会成为主要影响因素，使得含冰量较高的冻土地基速率加快，同时季节性的冻土地基正是因为这一点，才会导致年平均温度急剧上升。
季节冻土区变电站结构在地基土中的冻胀分析
季节冻土区变电站结构在地基土中的冻胀分析作者：阴琪翔刘建秋商文念来源：《山东工业技术》2016年第23期摘要：本文通过分析冻胀对基础结构产生的力学效应，包括水平冻胀力、切向冻胀力和法向冻胀力，提出了相关防治措施，并给出相关建议，为相关工作人员提供借鉴。
关键词：冻胀；水平冻胀力；法向冻胀力；切向冻胀力；防治措施DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.067随着社会经济的迅速发展及电量需求的大幅度增加，同时伴随着西电东输工程的推进，电网建设在西部地区得到大力发展。
我国在内蒙、新疆等西北地区存在大量季节冻土，冻深大、冻期长等特点为变电站、换流站等电网建设带来技术难题。
季节冻土是指冬季地表土冻结、夏季全部融化的土，且冻结时间小于一年，冻结初期，地表土层中的水分率先冻结，土体出现冻胀现象，随着冻结时间增加，在温度梯度的作用下，下部土体的水分不断向上部迁移，最终冻胀量可达数十厘米。
如此大的冻胀量，有可能会造成变电站基础失稳、电缆沟开裂等结构破坏问题。
1 冻胀对基础结构产生的力学效应地基土在冻结状态下土中的水结冰，随着外界水源的不断补充，冰晶不断增长，土体不断膨胀，当土体膨胀受到外界约束时，则表现出土体的冻胀力，在变电站刚性基础的约束下，冻胀力逐渐增加，最终对地基土中的结构产生影响。
冻胀力一般可分为水平冻胀力、切向冻胀力和法相冻胀力。
1.1 水平冻胀力变电站、换流站等油池壁、蓄水池等两侧土体不在同一水平线上的结构，在一次土体的冻胀力作用下会产生水平位移、裂缝等问题。
水平冻胀力的产生和诸多因素相关。
土体的冻胀等级越大，冻胀力越大，通常情况下细粒土体冻胀性大于粗粒土，粘粉颗粒含量较高的土体冻胀性越大。
水分的含量也是影响水平冻胀力大小的主要原因，通常支挡建构筑物含水量随着深度的增加含水量逐渐增加，含水量小于冻胀起始含水量时，并不产生水平冻胀力，当含水量超过冻胀起始含水量时，冻胀力产生并逐渐增加，当达到一定冻胀力后，由于冷缩现象，冻胀力出现减小趋势。
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。
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２０１０年第１０期
（总第２００期）
黑龙江交通科技
ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｊ
Ｎｏ．１０，２０１０
（Ｓｕｍ Ｎｏ．２００）
地基土季节性冻胀分类综述
王胜 ，王开生 ，张自平’
（１．黑龙江省呼兰养路总段；２．黑龙江省交通科学研究所；３．黑龙江省公路工程监理咨询公司）
摘要：地基土季节性冻胀分类是工程冻土研究的基础，是防治工程冻害的前提。概括介绍了一些地处寒区
的国家，对季节性冻土的冻胀及其分类的研究，及各自的季节性冻土分类方法。
关键词：地基土；季节性；冻胀；分类
中图分类号：Ｕ４１６．１ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１０）１０—０００６—０２
纵观地基土季节性冻胀研究，分类方法归纳起来有按土 的粒径与含量分类和按土的冻胀率分类两种。 １按土的粒径与含量分类 （１）挪威将０．２５ ｍｍ粒径不超过２５％，或１．０ Ｉ／ｌｌｎ粒径 不超过２０％的土划为不冻胀土。 （２）波兰将０．０２ ｎｌｌｎ粒径含量小于５％的土划为不冻胀 土。 （３）匈牙利以０．０２ ｍｍ粒径含量小于４％，或０．１ ｌｎｌｎ粒
径含量小于２５％的土为不冻胀土。
（４）日本北海道开发局土木研究所规定：粒径０．０７４ ｍｌｎ
在砾石中含量小于９％，在碎石中含量小于１５％，在砂中含
量小于６％，在火山灰中含量小于２０％的土为不冻胀土。
（５）美国碎石协会提出的以土的粒径与含量划分冻胀
分类，见表１。
表１美国碎石协会的分类
冻胀分类 土质
Ｆ１
Ｆ２
乃
Ｆ４
小于０．２ ｍｍ颗粒占３％一２０％的砂砾土
小于０．２ ｍｍ颗粒占３％一１５％的砂土
（１）小于Ｏ．２ ｎｌｍ颗粒含量大于２０％的砂砾土；（２）小于０．２ ｍｍ颗粒含量大于１５％的砂土；（３）塑性指数大于１２的粘性土
（１）包括粉砂土在内的所有粉性土；（２）小子０．２ ｍｍ颗粒含量大于１５％的粉砂；（３）塑性指数大于１２的粘性土
（６）我国多以粒径（０．０５ ｍｍ）含量不超过１２％、黏粒
（０．１ ｍｍ）含量不超过１５％作为判定粗颗粒土的冻胀判定标
准。
２按土的冻胀率分类
（１）《建筑地基基础设计规范ＧＢ５０００７—２００２｝的地基
土冻胀分类，见表２。
表２季节冻土与季节融化层土的冻胀性分类
收稿日期：２０１０—０３—２５
・
６・
续表２
粘性土
珊ｐ十５＜埘≤∞ｐ＋９
＞ Ｐ＋１５ 不考虑
口≤１ Ｉ 不冻胀
１＜＇ｊ≤３．５ Ⅱ 弱冻胀
３．５＜ ≤６ Ⅲ 冻胀
６＜目≤１２ Ⅳ 强冻胀
目＞１２ Ｖ特强冻胀
第ｌ０期 王胜，王开生，张自平：地基土季节性冻胀分类综述 总第２００期
注： 为塑限含水量，％；∞为冻前天然含水量在冻
层内的平均值；
②盐渍化冻土不在表列；
③塑性指数大于２２时，冻胀性降低一级；
④粒径小于０．００５ ＩＩＩＩＮ粒径含量大于６０％时，为不冻胀
土：
⑤碎石类土当填充物大于全部质量的４０％时，其冻胀
性按填充物土的类别判断；
⑥碎石土、砂砾、粗砂、中砂（粒径小于０．０７５ ｍｍ粒径
含量不大于１５％）、细砂（粒径小于０．０７５ ｍｍ颗粒含量不大
于１０％）均按不冻胀考虑。
（２）《公路桥涵的基于基础设计规范））ＪＴＧ Ｄ６３—２００７，
根据黑龙江省交通科研所的多年研究，规定的季节性冻土六
级分类，见表３。
表３公路桥涵地基土的季节性冻胀性分类
称
续表３
注：① 为塑限含水量，％； 为在冻土层内冻前天然含水量的平均值；
②本分类不包括盐渍化冻土
（３）中国科学院兰州冰川冻土研究所童长江等，根据地
基土的工程地质特征及冻结过程中的成冰规律，土中水分及
外界水分的补给条件，按冻胀率将土的冻胀性分为四类，见
表４。
表４土的冻胀性分类
Ｓｒ＜￣Ｏ．５或∞≤１２
粉粘粒（＜ｎ０５ｍｍ
粒径）含量＜１２％０．５＜Ｓ，≤０．８或
的碎石土，砂砾石， １２＜ ≤２１
粗、中砂和砂性土
ｓ，＞０．８或￣ｏ＞２１
＞１．５
≤１．５
＞１．５
≤１．５
＞１．５
不冻胀（ ≤１％）
弱冻胀（】＜ｒｔａ３％）
冻胀（３＜ ≤６％）
≤１．５ 强冻胀（ ＞６％）
注：５，为饱和度； 为塑限含水量，％；ｒ／为冻胀系数
・
１・