季节性冻土路基冻胀性分析及治理措施
浅析建筑物基础的冻胀及防冻技术措施
浅析建筑物基础的冻胀及防冻技术措施我国幅源广大,土地辽阔,东北、西北等地广泛分布季节性冻土，青藏高原分布多年冻土。
我省黑龙江地处祖国东北部，在这块寒冷的地区，经常遇到土体冻胀，建筑物寿命受到严重的威胁及冻害影响。
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.土冻胀过程哈市地区按规范（GBJ7-89）规定，季节性冻土标准冻深为2.0M。
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。
对于象哈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，哈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（GB50204-92）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。
季冻区道路冻胀、融沉机理分析及防治现状
季冻区道路冻胀、融沉机理分析及防治现状摘要：对东北地区季节性冻土的冻胀、融沉机理进行深入分析，通过毛细理论、水分迁移理论得出冻胀、融沉过程的影响因素，得出季冻区冻胀融沉的主要影响因素是土质、含水量以及温度，并据此提出具体的防治措施，为相关研究提供借鉴经验。
关键词：季节性冻土；冻胀；融沉；防治0 前言中国是受冻胀危害比较严重的国家之一，主要分布在大兴安岭、小兴安岭等东北地区以及青藏高原等西部高山区域，季节性冻土面积占我国国土总面积的53.5%[1]，位于季节性冻土地区的公路面临着冬季冻胀、春季回暖融沉的问题，这是导致寒冷地区各种道路病害的主要原因[2]。
因此，针对冻土地区的冻胀、融沉过程的深入研究分析逐渐受到更多的重视且势在必行。
1 冻胀和融沉机理分析1.1 冻胀季冻区道路冻胀，主要指的是路基土体的冻胀。
由于大气负温的作用，土体中的水分冻结成冰，土体发生水分迁移，路基土随着温度降低的方向形成冰晶体，导致土体的体积增大膨胀[3]。
由于路基土体中的含水量和密实度在不同季节、不同气候条件下发生的不均匀改变，加之道路周边复杂的地理环境的相互影响，直接导致路基土的冻胀变形的不均匀性[4]。
因此，路面在受到不均匀的冻胀力的影响下，内部发生拉应力效应。
1.2 融沉春季气温上升，土中冰晶体融化之后，土颗粒之间的胶结程度降低，摩擦力减小[5]。
在其自重应力的作用下，土颗粒之间的空隙逐渐被压缩，土体的体积减小。
路基开始融化，导致路面下地基土较两侧的路肩土的融化速度快，造成路基的凹形冻土核残留，土层上部已经融化的水分在融化区域内无法排出，进而造成翻浆。
2 冻胀和融沉影响因素分析2.1 冻胀影响因素季冻区路面易出现冬季低温冻胀、春季回暖融沉的问题，给道路造成不同程度的破坏，包括鼓包、开裂、路基不均匀沉降等。
而道路冻胀主要受到路基的影响，由于各路基土体的土质、压实度、含水量的不同，导致路面受到不均匀冻胀力的作用影响[6]。
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。
季节性冻土地基病害与整治策略分析
季节性冻土地基病害与整治策略分析路基是道路的重要组成部分，它是公路的基础，其强度和稳定性直接影响到整条道路的使用效果。
因此。
提高路基的强度和稳定性是控制整个道路施工质量的关键。
这就决定了当道路穿过季节性冻土地段时，必须对路基进行必要的处理，以防止季节性冻土对路基造成危害。
一、季冻区路基病害1. 冻胀引起的破坏当冬季赴温传入地下，路基中水分（包括通过路基土中毛细管上升到路基内部的地下水及孔隙中原有的部分水分）冻结成冰，并形成冰夹层、多晶体冰晶等形式的冰侵入体，水分冰冻后体积将增加5%～10%，引起土颗粒的相对移动，使土体体积产生不同程度的扩张现象。
如果冻胀力大于基底上的荷载，路基就可能被抬起，形成冻胀丘及隆岗等一些地形外貌。
2. 融沉翻浆在季节性冻土地区水文地质条件不良地段，冬季路基土体由于冰冻作用，使其含水量增大，春季化冻时路基中水分不能及时排除，形成潮湿软弱状态（翻浆），并且土体在融化固结过程中会产生局部地面的向下运动，使路基承载能力严重下降，危害道路的使用性能，不利于道路安全、正常、舒适运行。
二、成因分析路基的病害是与气温、土质及水源条件密切相关的，主要发生在气候严寒、具有季节冻结深度的地区，其土质以细颗粒的粘性土为主，往往富含水分。
分析季节性冻土区路基病害产生的原因主要有以下几个方面1. 气温秋末初冬，形成较大的温差梯度。
由于土中薄膜水具有自高温向低温转移的特性，较大的地温差，将使深部的土中水向基床上聚集，结成扁冰体。
初冬气候温和，降温缓慢，使冻结线在基床上层滞留时间较长，造成水分向上聚集的有利条件。
春寒较长，晚春气温急剧回升，基床上部土融化较快，大量的融冻水分无法排出，又来不及蒸发，形成流塑状泥浆。
2. 水源秋末多雨，冻结前土基原始含水量大。
土层冻结具“开系统”条件，地下水位在冻层附近。
地表排水系统不畅，积水较多，或路基有道碴槽积水，向基床渗透聚集。
路基内部毛细水密布，不能及时排出。
冬季侧沟积雪较多，春融期又遇降水，造成融冻层湿度恶化。
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。
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。
季节性冻土区铁运客运专线路基的冻胀特性分析与措施
季节性冻土区铁路客运专线路基的冻胀特性分析与措施中铁十九局集团第五工程有限公司路桥二公司 屈振学 郑 杨摘 要：在季节性冻土区的铁路客专路基工程中，冻胀、融沉和翻浆都会对基床产生较严重的破坏。
根据路基冻胀观测所获得的资料，分别分析了温度、水分、土质、路基类型等因素对路基冻胀的影响。
季节性冻融翻浆是发生路基稳定性的关键所在，本文通过对其产生影响的主要因素和防止措施的分析和探讨,提出了提高工程建设质量的方法及技术措施，对提高工程质量、降低运营维护成本具有重要意义。
关键词： 季节性冻土区 ,铁路客专, 路基 , 冻胀,分析与措施前言温度为0℃或负温，含有冰且与土颗粒呈胶结状态的土称为冻土，土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为冻深线或冻结线。
我国冻土的分布面积大约720多万km 2，季节性冻土区约有528万km 2，季节性冻土在我国分布很广，东北、华北、西北是季节性冻结层厚0.5m 以上的主要分布地区；多年冻土主要分布在黑龙江的大小兴安岭一带、内蒙古纬度较大地区，青藏高原部分地区与甘肃、新疆的高山区，其厚度从不足一米到几十米。
路基土土质、水分及冻结条件的不均一性，会产生不均匀冻胀，不均匀冻胀力导致地面开裂;春季融化时，土体甚至处于饱和状态，土粒间摩擦阻力降低以至消失，在荷载作用下则造成下沉，翻浆冒泥等病害。
无论是冻结还是融化，给铁路客运专线的正常运行都造成了安全隐患，也额外增大了养护费用。
参考东北地区铁路进行的路基冻害钻探调查、现场观测和室内试验工作。
对东北铁路路基的破坏状况、路基土质条件、含水量和路基特征等有了明确认识。
1 冻胀产生的条件铁路冻胀是多种因素综合作用的结果，路基的土质情况、水分的变化、大气温度是形成基床冻胀的三个基本因素。
没有负温水就不会成冰，体积就不会变化，负温在一定范围下，就会产生冻胀现象，因而温度是发生冻胀的前提。
只有负温，但含水量很小也不会产生冻胀。
季节性冻胀和路基处治对策研究
季节性冻胀和路基处治对策研究季节性冻胀与路基处治对策研究摘要：季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，路基土的冻胀与路基形变有很大的相关性。
因而，很有必要对冻胀与路基形变的关系进行分析。
基于此，本文首先介绍了路基土的冻胀机理，在此基础上分析了冻胀影响因素，指出冻胀的危害，最后详细介绍了降低冻胀值的处治对策。
关键词：冻胀；路基形变；水分迁移；因素；处治对策土的冻胀，特别是在过分潮湿地区，是路基土最危险的一各形变，因为它会破坏道路面层的平整度，有时还会导致整个路面或路面某个结构层的破坏。
由于路基冻胀，面层表面的抬高可达很大数值。
施工质量差的道路，冻胀可能接近20cm。
东北某高等级公路为水泥混凝土路面，总的路面厚度大，硬路肩采用了较薄的沥青面层。
冬季自由水通过不同途径进路基(如通过水泥面层与沥青面层的纵向接缝)，结果硬路肩产生明显的冻胀，使路肩明显高出行车道水泥混凝土面板。
1 土的冻胀机理土基冻胀主要由两部分水结冰所致。
一是一部分土中水的结冰；二是由下层迁移到冻结区的水结冰，其中。
，后者是主要的。
当地下水接近冻结区时，冰的聚积特别严重。
冻结土内水分聚集的过程，可解释如下：亲水的冰晶体将结合水膜吸附在自身表面上，形成一各契开压力(作用在其上下的土层上)。
冰晶体向未冻区方向增长，使水分了转变为冰晶格，并使水的吸附膜厚度降低。
结果，土颗粒与冰间吸附力的平衡遭到破坏，引起水向冻结区移动，以恢复结合水膜的平衡状态。
土中水分的移动机理主要有四各：毛细作用的、薄膜的薄膜-毛细作用的和扩散的。
1．1毛细作用土含有水分，而且主要是自由水(非粘性土就是这种情况)，在冰冻时，在毛细管中增长的冰晶体要将多余的水分沿冰晶体的增长方向向下压挤，而且它的下面实际上没有什么抗力。
在这种情况下，水分移动是毛细作用的结果，虽然土中形成冰晶体，实际上土体不会发生膨胀。
1．2 薄膜作用土中含有结合水(如低粘性土、粘性土)，发生冰冻时，由于冰晶体增长而引起土中吸附力平衡破坏，导致结合水从厚薄膜处向薄薄膜处移动。
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铁 道 建 筑 Railway Engineering
April ,2009
文章编号 :100321995 (2009) 0420096203
季节性冻土路基冻胀性分析及治理措施
钟敏辉1 ,王少斌2
(11 西延铁路公司 蒲城分公司 ,陕西 蒲城 715500 ; 21 中铁二院 西安公司 ,西安 710054)
季节性冻土指地表冬季冻结而在夏季又全部融化 的土 。我国长江流域以北气温普遍较低 ,季节性冻土 分布广泛 。在这些地区修筑铁路时 ,如果不对季节性 冻土进行处理 ,铁路运营后经常会出现路基翻浆冒泥 、 道砟陷槽 、下沉外挤等病害 ,不仅增加了养护维修工 作 ,还威胁行车安全 ,影响正常行车 。因此 ,在铁路建 设阶段对季节性冻土路基采取有效治理措施很有必 要。
地下水对土的冻胀性的影响与各类土毛细水高度
有关 。当地下水位低于某一临界深度时 ,可不考虑其
对土的冻胀性的影响 ,仅考虑土中含水量的影响 ,此时
为一封闭系统 。当地下水位高于某一临界深度时 ,由
于毛细水的作用 ,地下水会随着土中水的冻结不断向
土中补充水分 ,从而大大增强土的冻胀性 ,此时为一开
放系统 ,既要考虑土中含水量的影响 ,还要考虑地下水
2) 地下水较深且地基土冻胀等级为 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级 时 ,其冻胀量已经达到了能够破坏路基的程度 ,此时 , 应该挖除路基面以下一定深度范围内的地基土 ,换填 非冻胀土 。为防止换填后的非冻胀土含水量增加 、冻 胀等级提高 ,还要对路基基床土进行封闭 ,同时加强路 基排水 。
3) 当地下水较浅时 ,由于毛细水作用 ,地下水会给 路基面以下一定深度范围内的地基土不断补充水分 , 从而导致地基土的冻胀量不断增大 ,会对路基产生很 大的破坏作用 。此时 ,应该先采取降低地下水位的措 施 ,如设置盲沟等 ,再对路基基床土进行进行换填处 理 ,最后封闭路基面 ,同时加强路基排水 。
另外 ,土中亲水性矿物含量较高时 ,土的冻胀性会 显著增大 。这是由于亲水性矿物吸水造成土的含水量 增加而引起的 。 212 土的冻前含水量对冻胀性的影响
土中液态水可分为结合水 、毛细水 、重力水 。其 中 ,毛细水和重力水也称为非结合水 。非结合水为自 由液态水 ,主要受重力作用的控制 ,在 0 ℃或稍低于 0 ℃时就冻结 。而结合水一般要在 - 1 ℃或更低的温度 下才冻结 。因此 ,土的冻胀主要是由于冻结前土中的
当路基面以下一定深度范围内地基土不符合以上 要求时 ,要根据其冻胀性和地下水位情况具体分析冻 害原因 ,采取不同的治理措施 。一般可分为以下几种 情况 。
1) 地下水较深且地基土冻胀等级为 Ⅰ级或 Ⅱ级 时 ,地基土的冻胀量较小 ,不足以对路基产生破坏 。但 是 ,当地基土的含水量增大后 ,其冻胀量会增加 ,冻胀 等级会提高 ,产生的冻胀力就会对路基产生破坏 。当 地下水较深时 ,地表地基土含水量增大一般是由于雨 水或雪水等下渗引起的 。比如 ,每年冬春交替时 ,路基 上的冰雪在白天慢慢融化 ,下渗后路基上部土层含水 量就会逐渐增大 ,到晚上气温下降 ,地基土中的水冻 结 ,此时的冻胀量已经变大 ,从而破坏路基 。如此每日 反复 ,就会造成路基翻浆冒泥 、道砟陷槽 。因此 ,针对 这种情况 ,应该对路基基床土进行封闭 ,防止地面雨 水 、雪水下渗 ,同时加强路基排水 ,确保路基面以下一 定深度范围内地基土的含水量不会由于地表水下渗而 增大 。可以采取在基床表层范围内铺设复合土工膜隔 水的措施 ,以达到封闭的效果 。
补给的影响 。
对于各类土 ,影响地基土冻胀性的地下水临界深
度 :黏土 、粉质黏土为 112～210 m ;粉土为 110～115 m ; 砂土为 015 m[3] 。
3 季节性冻土的冻胀性分级
目前 ,对季节性冻土的冻胀性一般根据土的类别 、 天然含水量 、地下水位和平均冻胀率等进行分级 ,但在 不同规范中 ,分级方法有所不同 ,分级指标也有差异 。 例如 :在《公路桥涵地基与基础设计规范》中把地基土 的冻胀性分为冻胀 、不冻胀两级 ;在《工业与民用建筑 地基基础设计规范》中把地基土的冻胀性分为不冻胀 、 弱冻胀 、冻胀 、强冻胀四级 ;而在《冻土工程地质勘察规 范》《、水工建筑物抗冰冻设计规范》《、铁路工程特殊岩 土勘察规程》及《铁路特殊路基设计规范》等规范中把 地基土的冻胀性分为不冻胀 ( Ⅰ级) 、弱冻胀 ( Ⅱ级) 、冻 胀 ( Ⅲ级) 、强冻胀 ( Ⅳ级) 、特强冻胀 ( Ⅴ级) 五级 。
1 地基土的冻胀机理
地面下一定深度的土温随大气温度改变而改变 。 当地层温度降至摄氏零度以下 ,土体便会因土中水冻 结而形成冻土 。某些细粒土在冻结时 ,往往发生体积 膨胀 ,即所谓冻胀现象 。土体发生冻胀的机理 ,主要是 由于土层在冻结时 ,周围未冻区土中的水分向冻结区 迁移 、积聚所致 。当大气负温传入土中时 ,土中的自由 水首先冻结成冰晶体 ,弱结合水的最外层也开始冻结 , 使冰晶体逐渐扩大 ,于是冰晶体周围土粒的结合水膜 变薄 ,土粒产生剩余的分子引力 。另外 ,由于结合水膜 的变薄 ,使得水膜中的离子浓度增加 ,产生了渗附压 力 。在这两种引力的作用下 ,下卧未冻区水膜较厚处 的弱结合水便被吸到水膜较薄的冻结区 ,并参与冻结 , 使冻结区的冰晶体增大 ,而不平衡引力却继续存在 。 如果下卧未冻区存在着水源 (如地下水位距冻结深度 很近) 及适当的水源补给通道 (即毛细通道) ,能继续不 断地补充到冻结区来 ,那么 ,未冻结区的水分 (包括弱 结合水和自由水) 就会继续向冻结区迁移和积聚 ,使冰 晶体不断扩大 ,在土层中形成冰夹层 ,土体随之发生隆 起 ,出现冻胀现象 。当土层解冻时 ,土中积聚的冰晶体
式中
,η为冻胀率
;
ρ d
为土的干密度
;
ρ w
为水的密度
;
w 为土的天然含水量 ; wp 为土的塑限含水量[223] 。
公式显示 ,冻胀率的大小取决于土的天然含水量
和塑限含水量 。对于某一特定性质的土 ,它的塑限含 水量 wp 是确定的 ,因此冻胀率的大小就主要由土的 天然含水量来控制 。
213 地下水位对冻胀性的影响
1 工程概况
渝 怀 铁 路 线 为 国 家 西 部 开 发 重 点 铁 路 项 目 , DK483 + 886～DK484 + 058 段属深路堑陡坡工点 ,路堑 最大开挖深度 1915 m ,线路左侧挡护设计为锚固桩加 重力式路堑挡土墙和预应力锚索桩加土钉墙 。其中 13 # ～22 # 桩设计为锚索桩 , 最大桩径 2175 m ×3125 m ,最大桩长 2915 m。锚索共 27 束 ,最长 3215 m ,钻孔采用高 强度 、Ⅱ级松弛 <1512 mm 钢绞线制作 ,钢绞线抗拉强 度 Rb = 1 860 kPa ,单孔锚索为 6 束 ,采用 OVM 型 6 孔 锚具 。设计在 M125 、M228 、M324 三个锚索中安装 GMS 锚 索测力计 。线路左侧防护见图 1 。
2 大孔径干钻施工
设计锚索钻孔直径 <115 mm ,与水平方向成 15° 角 ,钻孔数量共 27 孔 ,最大钻孔深度 3215 m ,施工采用 干钻技术 。 211 地质情况
1) 线路左侧傍山通过 ,山势险峻 ,山体下伏以页岩 为主 ,页岩分层节理严重 ,遇水风化迅速 ,且岩层倾向
在不同行业的工程项目中 ,冻胀性分级宜在遵循 国标《冻土工程地质勘察规范》的原则下 ,按照各行业 规范进行 。
4 路基冻害分析及治理措施
路基冻害的治理应从分析地基土冻胀性的主要因
素入手 ,找出控制冻害产生的主要因素 ,并根据实际情 况采取不同的治理措施 。
对季节性冻土地段的铁路路基 ,当路基面以下一 定深度范围内地基土为粉黏粒质量 ≤15 %的粗颗粒土 或粉黏粒质量 ≤10 %的细砂时 ,地基土的冻胀率很小 , 可不考虑其冻胀危害 ,也不需要采取措施 。这里的“一 定深度”与当地的最大冻结深度有关 ,一般可取最大冻 结深度的 60 %～95 %[4] 。
收稿日期 :2008210215 ;修回日期 :2009201210 作者简介 :钟敏辉 (1968 — ) ,男 ,陕西风翔人 ,助理工程师 。
融化 ,土体随之下陷 ,即出现融陷现象 。土的冻胀现象 和融陷现象是季节性冻土的特性 ,也就是土的冻胀 性[1] 。
2 影响地基土冻胀性的主要因素
影响地基土冻胀性的首要因素是气温 。除气温条 件外 ,影响地基土冻胀性主要因素有三个 :土的类别 、 冻前含水量和地下水位[223] 。 211 土的类别对冻胀性的影响
摘要 :在介绍地基土冻胀机理的基础上 ,对影响地基土冻胀性的主要因素进行了详细的分析 ,并据此对 季节性冻土地段铁路路基的冻害情况进行分析 ,提出了具体的治理措施 。 关键词 :季节性冻土 冻胀性分析 铁路路基冻害 治理措施 中图分类号 :U216141 + 7 ; U41611 + 68 文献标识码 :B
土的冻胀性与土颗粒的粒径 、矿物成分等因素有 关 ,不同类别的土发生冻胀的敏感程度不同 ,这是冻胀 的内因 。
现在普遍认为 ,易于形成冻胀机制的颗粒尺寸范 围为 01005～01050 mm。在这一范围内 ,一般随着颗粒 粒径减少和分散性增大 ,土的冻胀性增大 。因此 ,当 粉 、黏土颗粒增多时 ,土的冻胀性显著增大 。各类土冻 胀性的强弱一般按下列顺序递减 :黏性土 > 粉土 > 粉 砂 > 粉黏粒质量大于 10 %的细砂 > 粉黏粒质量大于 15 %的粗颗粒土 (包括碎石类土 、砾 、粗 、中砂) 。其中 , 粗颗粒土的冻胀性主要取决于粉黏粒含量 。当粗颗粒 土粉黏粒质量 ≤15 %时属于不冻胀土 ,当碎石类土中 充填物大于全部质量的 40 %时 ,其冻胀性按充填物土 的类别判定 。
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铁 道 建 筑 Railway Engineering
April ,2009
文章编号 :100321995 (2009) 0420098204