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1、冻土作为一种特殊类型的地基土,其强度和变形特性与其他类型土具有较大差别,我国冻土主要分布于青藏高原及大小兴安岭,东西部一些高山顶部,即高纬度、高寒地区。冻土是在温度等于或低于零摄氏度,并且含有固态冰的土,其划分种类较多,按冻结时间长短可分为:瞬时冻土、季节冻土、多年冻土;按形成与存在的自然条件不同,又可将多年冻土分为:高纬度多年冻土、高海拔多年冻土;按与下卧土层的关系,可将季节冻土分为季节冻结层和季节融化层。冻土是一种温度敏感性土体,在冻土区工程建设中不可避免地会遇到土层处于冻结、未冻结、正在冻结、正在融化以及已经融化等不同的状态。即使大的物质成分
2、和含水量等都保持不变,在冻土区的地基土也将比在融化区具有显著的可变性、复杂性。因此在工程建设中必须加以足够重视,并设法采取预防措施,消除由于冻土变形强度弱化或冻胀、融沉所引起的各种危害。要想在工程建设中对冻土所引起的危害加以防范,首先应该了解其工程特性。1?冻土的工程特性冻土的工程特性主要包括其物理性质、力学性质、冻胀及融沉性。1?1?冻土的物理性质1?1?1?总含水率冻土的总含水率是指冻土中所有的冰的质量与骨架质量之比和未冻水的质量与土骨架质量之比的和。1?1?2?冻土的含冰量因为冻土中含有未冻结水,所以冻土的含冰量不等于冻土融化时的含水率,衡量
3、冻土中含冰量的指标有相对含冰量、质量含冰量和体积含冰量。相对含冰量是冻土中冰的质量与全部水的质量之比;质量含冰量是冻土中冰的质量与冻土中土骨架质量之比;体积含冰量是冻土中冰的体积与冻土总体积之比。1?2?冻土的力学性质冻土的强度与变形特性与其他类型土的最大差别在于其中冰的存在,其力学性质主要取决于其中胶结冰的性质,冰的强度随温度的降低而增加,并随冰晶的结构构造变化而变化。此外,冰的强度还随应变速率的增大而增大,在破坏类型上表现为由塑性向脆性的转变,冰的这些性质直接导致了冻土也具有类似的特征。冻土的强度受温度、压力、以及应变速率的改变而发生很大变化:
4、当温度降低时,冻土的强度随之增加;当荷载作用历时延长时,颗粒间胶结冰产生塑流而具有流变性,这一特点使得冻土的瞬时强度大而长期强度小;随应变速率的加大,冻土强度增大,破坏类型表现出由塑性破坏向脆性破坏转化。冻土的强度有别于其他类型土强度的另一突出表现是围压的影响。在较低围压条件下,冻土的强度是随围压的升高而升高,在较高的围压条件下,随着围压的加大,冻土强度随围压的升高而降低。1?3?冻土的冻胀性在季节冻土区或多年冻土区,当温度降低到土的冻结温度以下时,湿土中的水分就向正冻带迁移,并以冰的形式充填土颗粒间隙,而当土中的水冻结成冰时,体积一般会增大9%,
5、当土中水的体积膨胀到足以引起颗粒间的相对位移时就会引起土的冻胀。冻胀的严重性在于已冻土中由于未冻水分不断地迁移积聚,特别是当负温持续条件及有充分的水源和水的迁移通道时,冻胀会更加严重。影响冻胀的主要因素有:土颗粒粒径大小、矿物成分、土中水分以及补给来源、冻结条件和外部荷载作用等。一般来说,粗颗粒的土由于水分易于排出而不易产生冻胀,随着土颗粒粒径的减小冻胀性逐渐增强,但当颗粒粒径达到黏性土粒径范围(即?0?0075mm)时,由于水分迁移量减小,冻胀量也相应减小;亲水性矿物成分含量高的土冻胀性显著增强;对于冻胀敏感性土,初始含水量大,水分补给充足的土冻
6、胀性特别强;温度越低,未冻水含量越少,冰的相对含量增加,冻胀性就越显著;增加土体的外部附加荷载会对土体冻胀产生显著的抑制作用。1?4?冻土的融沉性冻结深度或融化层厚度,一般通过勘探和实测地温方法进行直接判定。我国多年冻土地区融化深度约3m左右,所以对多年冻土融陷性等级评价也按3m考虑,根据计算融陷量及融陷系数对冻土的融陷性分成5级。冻土在融化过程中在无外部荷载作用下所产生的沉降,称为融化下沉或融陷,在有外部荷载作用下产生的压缩变形称为融化压缩。2?冻土地基工程的施工方法冻土地基工程的施工方法主要包括冻土地基的工程防护及改造。2?1?冻土地基的防护在
7、我国目前由于工程实践水平有限,冻土区工程建设主要集中于冻土工程防护及改造方面,而对其利用尚未开始。在冻土区工程建设中,冻土危害主要表现为冻胀及融化下沉,从而导致建筑物地基产生不均匀沉降,并造成建筑物破坏。对冻土进行防治及改造的目的在于,预防冻土天然状态的改变或消除其危害产生的根源,避免冻土对工程产生危害。防护的方法主要有:采用架空通风基础、粗颗粒土垫高地基、铺设隔垫层及各种热桩、强制循环制冷桩等。2?1?1?架空通风基础是将建筑物通过桩、柱抬升隔离地表通过埋置通风管道或预设隔热垫层,使建筑物不能和地表直接接触,以达到冻土地基不改变其原始温度条件而得
8、以维持其稳定性,净架空距离一般?1?0m,该方法目前使用较为广泛。它的优点在于:在夏季地基土层由于上部建筑物的遮阳作用而不
