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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。
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的冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）的增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起的作用。
冻胀一般会导致地面发生变形，形成冻胀垄岗。
冻胀的原因包括土中原有的水结冰体积膨胀；同时也包括土冻结过程中下部未冻结土中的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的另一个重要问题。
一般情况下，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的水分则冻胀严重。
冻胀形成机理当路基表面的土开始冻结时，土孔隙内的自由水在0℃时首先冻结，形成冰晶体。
当温度继续下降时，与冰晶体接触的薄膜水受冰的结晶力作用，迁移到冰晶体上面冻结，使得与冰晶体接触的土粒上的水膜变薄，破坏了原来的吸附平衡状态，土粒的分子引力有剩余，就要从下面水膜较厚的土粒吸引水分子。
同时，当水膜变薄时，薄膜水内的离子浓度增加，产生了渗透压力差。
在土粒分子引力与渗透压力差的共同作用下，薄膜水就从水膜较厚处向水膜较薄处迁移，并逐层向下传递。
在温度为0℃--5℃的条件下，当未冻区有充分的水源供给时，水分发生连续向冻结线的迁移，使路基上部大量聚冰。
当冻结线在某一深度停留时间较长，水分有较多的迁移时间，且水源供给充分时，可能在该深度处形成明显的聚冰层；当冻结速度较快，每一深度处水分迁移的时间短，聚冰少且均匀分布，可能不形成明显的聚冰层。
冻胀的评价指标(1)总冻胀路面全宽内的平均冻胀值称为总冻胀。
在寒冷地区内地下水位高的地段，使用强冻胀性土的路基，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，都可能导致冬季聚冰的不均匀，从而形成不均匀冻胀。
不均匀冻胀是总冻胀的一部分，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。
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。
浅析冻土对建筑物的危害及预防措施
浅析冻土对建筑物的危害及预防措施冻土处理不当，易使地上建筑物产生变形。
为防止冻土对建筑物的危害，应做好预防冻胀措施。
标签：冻土危害预防我国辽宁东北部，气候寒冷，冬季多半时间处在零下20多度，冻土深度均在1.2米左右。
由于季节性气温变化，冬季地基土冻结后产生冻胀变形，夏季融化后产生融化下沉变形，易造成建筑物冻害，严重的甚至不能使用。
因此寒冷地区土壤的冻胀直接关系到建筑物的使用年限和结构安全。
如何解决季节性冻土地基与浅基础的问题，是我们在建筑设计与施工中面临的重要课题。
一、土壤冻胀的原理土壤中的自由水结冰时，薄膜水冰点较低尚未冻结。
在温度继续下降时，接近自由水的薄膜水逐渐变成了冰，使原来的冰晶体增大，而薄膜水更薄，吸引力有了剩余，因而产生了压力差，吸引着下部水份来补充。
细粒土中土粒周围有薄膜水，使土粒和土粒间不直接接触，薄膜水互相贯通，成了水份转移的良好通路。
0℃的水向更低温度土层移动，破坏了毛细水胀力与悬浮水柱的重量平衡，为了达到平衡又吸引下层水，水份逐渐上升冻结成冰，使水体积增大。
因而水份转移使土壤产生冻胀。
二.土壤冻胀的因素土壤冻胀与很多因素有关，主要因素是低温延续时间、土壤种类、土壤的秋季天然含水量及地下水位等情况。
1.冬季低温连续时间的长短对土壤的冻结深度有直接影响。
在土壤冻胀性相同的情况下，低温连续时间愈长则冻结深度就愈深，冻结深度愈深冻胀量亦愈大。
2.土壤种类是土壤冻胀的重要因素。
土壤愈细（如粘类土〉颗粒间接触面积愈大，给水份转移创造了有利条件，故呈现出的冻胀量亦较大。
3.基土的冻胀还取决于冬季冻结前的土壤天然含水量超过塑限的程度。
因为天然含水量超过塑限愈多，转移水份也愈多，因此基土冻胀就较大。
4.地下水位距基土的距离是基土冻胀时水份转移的补给条件。
冻结时地下水位距冻结基土之间的距离称为毛细管高度。
毛细管补充高度是判断土壤冻胀性的一个主要指标。
三、土壤冻胀对建筑物的危害1、冻胀力的危害作用于基础底面的冻胀力一般都大于土壤地耐力，有时竟达40-50吨/米2。
公路冻胀产生的原因及防治措施
公路冻胀产生的原因及防治措施建国以来，我国的公路运输发展迅速，冻胀问题是我国冻土地区公路主要病害之一。
笔者针对公路冻胀，分析冻胀形成的原因及其影响因素，提出了具体的防治措施，以期为此类公路灾害的处治及预防提供参考。
标签公路冻胀；原因；防治措施引言:冻土一般是指温度在0度及0度以下，并含有冰的各种岩类和土壤。
通常按土处于冻结状态的持续时间来划分冻土。
冻结状态的持续时间从几小时到几昼夜为短期冻土；不到一年为季节性冻土；两年及两年以上为多年冻土。
我国是世界上多年冻土分布面积的第三大国。
多年冻土及季节冻土区分布面积分别占全国面积的21.5%和53.5%。
冻胀作为我国冻土地区公路的主要病害之一，其预防和治理对于公路建设至关重要。
1 公路冻胀产生的原因公路冻胀是指在冰冻季节大气温度降至负温，路基温度随之降低，当路基温度低于路基水含量的冻结温度时，路基中的自由水首先冻结成冰晶体。
在路基自由水冻结的过程中，因路基温度、荷载压力、含水量等平衡态遭到破坏，路基温度较低处的水汽弹性较小，土骨架的吸附力和冰晶的结晶力较大，水膜中的水分子的活动性较低，这样就在沿着冷源方向上出现各种作用力的梯度，促使水分从未冻结区向冻结锋面方向迁移、积聚，并冻结成冰，体积膨胀，从而产生冻胀，造成路面不平或产生裂缝。
2 影响因素2.1 水路基中水分含量是形成冻胀的最重要的因素之一，如果只是温度降低而土基中没有合适的水分含量，是不能形成冻胀的。
路基中的水有三种形态，即气态、液态和固态。
冻胀过程其实质就是随着温度的降低，水在路基中迁移并伴随着气态和液态转化为固态体积膨胀的物理变化过程。
大气降水、路基表面积水、地下水及路基内水分的毛细扩张都会增加路基水含量，从而促使冻胀的形成。
2.2 温度冻胀形成的另一重要因素是温度，如果没有负温作用，只具备水、土质、荷载等其它因素，是不可能形成冻胀的，如在东南湿热区公路路基中水分充足但没有负温的作用是不能形成冻胀的。
路基土的冻胀分析及防冻害措施
浅谈路基土的冻胀分析及防冻害措施【摘要】在我国的高寒地区，由于气温极低容易产生路基土的冻害现象，本文通过对路基土的冻胀机理和冻胀的影响因素进行了详细的分析，并得出了相对应的防治冻害的相关措施，为高寒地区路基土的设计、施工、维护等方面提供指导。
【关键词】：路基土；冻胀；防治措施中图分类号：u213.1 文献标识码：a 文章编号：一、前言路基土在极低的气温下，会产生冻结现象，水分的冰析作用和迁移积聚现象是导致路基土不均匀冻胀的直接原因。
冻胀的强弱程度跟土体在发生冻结时候的温度、土体内含水量的多少和水的来源、土的颗粒的大小和外部荷载的作用等多方面的因素有关。
二、路基土的冻胀影响因素分析1、土质对路基土产生冻胀的影响土体中的矿物质成分、密实度和粒度的成分是土质对路基土产生冻胀影响的最主要原因。
当路基土的土颗粒的粒径在0．1 mm以上时因为空隙较大，使得水分容易被排出，因此不会发生冻胀。
当土颗粒的粒径减小到一定程度，空间的空隙减小到一定程度之后，就容易发生冻胀。
当土颗粒粒径在0．1—0．05 mm范围之间，土体就会产生冻胀，这个范围内土体冻胀的可能性最大；当土体颗粒粒径在0．002 mm以下的时候，土颗粒分散性增大使得水分迁移量减小，使得土体的冻胀性逐渐减弱。
矿物成分对冻胀的影响不会发生在颗粒较粗路的路基土中。
土的密实程度也会对土的冻胀造成影响，在含水率固定的条件下，路基土密度的降低会增大土体之间的孔隙。
当密实度较小的土体发生冻结的时候，留有充分的孔隙和空间让冰发生自由膨胀也不会引起土颗粒间间距的变化，这时的土体产生的冻胀量比较小。
随着密实度的增大，自由水充填到了土颗粒间的孔隙之中，因此路基中水分在变成冰后的膨胀空间就会受到限制使得路基土冻胀程度变大。
当土体处于一个标准的密实度范围内，土颗粒间的孔隙在最小的范围内，这时的土体的密实度就阻碍水分的迁移，使得冻胀量也就达到了最大值。
2、水对路基土产生冻胀的影响路基土中的含水率，是促使路基土产生冻胀的基本条件。
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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冻胀性土的原因分析和防治措施
【学员问题】冻胀性土的原因分析和防治措施？
【解答】1.现象
土在冻结状态时，有较高的承载力和较小的压缩性，甚至无压缩性，但冻融后承载力大大减弱，压缩性增高，产生大量融沉，对地基的稳定性影响很大，常造成建筑物裂缝、倾斜、倒塌。
2.原因分析
在寒冷地区，当温度等于或低于0℃时，含有水的土，其孔隙中水结成冰使土体积产生膨胀；当气温升高，冰融化后体积缩小而下沉，由于融化、冻胀深浅不一，导致建筑物不均匀下沉造成裂缝、倾斜甚至倒塌。
这种冻胀融沉与土的颗粒大小和含水量有关，土颗粒愈粗，含水量愈小，冻胀融沉就愈小（如砂类土基本不冻胀），反之就愈大如粉砂粘性土）。
冻土按冻结状态又分季节性冻土和永冻土两类，前者有周期性的冻结融化过程，后者冻结状态持续多年或永久不融。
3.预防措施
（1）地基宜选在干燥较平绥的高阶地上，或地下水位低、土冻胀性较小的建筑场地上。
尽量避开地下水发育地段（如有地面水流、地形低、易积水处）。
（2）基础宜深埋于季节影响层以下的永冻土或不冻胀土层上。
（3）加强结构刚度，或采用独立基础、桩基或砂垫层等措施，尽量减少冻胀融沉的不均匀变形。
（4）水是冻胀祸根，又是融化热源。
在施工和使用期间应做好建筑物的散水、排水、截水设施，防止雨水、地表水、生产废水和生活污水侵入地基。
在山区应做好截水沟，或在房屋和构筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流，避免基础堵水而造成冻
（5）基础梁下有冻胀性土时，应在梁下填以炉渣等松散材料，并留5～15cm空隙，以防止因土冻胀将基础梁拱裂。
室外台阶、散水坡宜与主体结构断开，散以非冻胀性材料。
（6）对冬期开挖的工程，要随挖、随砌，随回填土，严防地基受前不能交付正常使用的工程，应对地基采取相应的过冬保温措施。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。
结语：借用拿破仑的一句名言：播下一个行动，你将收获一种习惯；播下一种习惯，你将收获一种性格；播下一种性格，你将收获一种命运。
事实表明，习惯左右了成败，习惯改变人的一生。
在现实生活中，大多数的人，对学习很难做到学而不厌，学习不是一朝一夕的事，需要坚持。
希望大家坚持到底，现在需要沉淀下来，相信将来会有更多更大的发展前景。