1、季節性凍土對工程的影響及防范措施凍土是指零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時凍土數小時/數日以至半月，季節凍土半月至數月以及多年凍土數年至數萬年以上。地球上多年凍土，季節凍土和短時凍土區的面積約占陸地面積的50%其中，多年凍土面積占陸地面積的25%凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質，含有豐富的地下冰。因此，凍土具有流變性，其長期強度遠低于瞬時強度特征。中國凍土可分為季節凍土和多年凍土。季節凍土占中國領土面積一半以上，其南界西從云南章鳳，向東經昆明、貴陽，繞四川盆地北緣，到長沙、安慶、杭州一帶。季節凍結深度在黑龍江省南部、內蒙古東北部、吉林省西北部可超過3米，往南隨緯度降低而減

2、少。多年凍土分布在東北大、小興安嶺，西部阿爾泰山、天山、祁連山及青藏高原等地，總面積為全國領土面積的1/5強。凍土地區氣溫低，土層凍結，降水少，流水、風力和溶蝕等外力作用都不顯著，凍融作用那么成為凍土地貌發育的最活潑因素。隨著凍土區溫度周期性地發生正負變化，凍土層中水分相應地出現相變與遷移，導致巖石的破壞，沉積物受到分選和干擾，凍土層發生變形，產生凍脹、融陷和流變等一系列復雜過程，稱為凍融作用。它包括融凍風化、融凍擾動和融凍泥流作用。融凍泥流是凍土地區最重要的物質運移和地貌作用過程之一。一般發生在數度至十余度的斜坡上。當凍土層上部解凍時，融水使主要由細粒土組成的表層物質，到達飽和或過飽和狀態，

3、從而使上層土層具有一定的可塑性，在重力的作用下，沿著融凍界面向下緩慢移動，形成融凍泥流，年平均流速一般缺乏1米。由于泥流順坡蠕動時，各層流速不一，表層流速大于下層，所以有時可把泥炭、草皮等卷進活動層剖面中，產生褶皺和圓柱體等構造形態。季節性凍土指的是冬季凍結春季融化的土層。自地外表至凍結層底面的厚度稱凍結深度。季節性凍土是受季節性的影響，冬季凍結、夏季全部融化。我國季節性凍土區面積大約513.7萬平方千米，占國土面積的53.5%,其南界西從云南章鳳，向東經昆明、貴陽，繞四川盆地北緣，到長沙、安慶、杭州一帶。季節凍結深度在黑龍江省南部、內蒙古東北部、吉林省西北部可超過3米，往南隨緯度降低而減少。

4、季節性凍土的凍脹性、融沉性等特性對工程影響重大。所以在季節性凍土地區的工程建筑或工程應特別注意考慮季節性凍土對工程的影響及防范措施。影響土的凍脹性因素影響土的凍脹性因素很多，如土的顆粒組成、土的礦物成分、含水量、土體密度、土中溫度及梯度等，但歸納起來主要有三個方面，即通常所說的土、水、溫三大要素1土中含水量對凍脹的影響國內很多資料說明，土中凍前含水量對凍脹有一定影響，但不是全部水分，而是超出起始凍脹含水量的水分，其關系式用下式表達：y=a(W-Wp)式中：刀一凍脹率(%)W一凍土層內凍前平均含水量(%)Wp一起始凍脹(相當塑限)含水量(%)a一系數。關于系數a，目前各家取值不一。如中國科學院蘭

5、州冰川凍土研究所、哈爾濱建筑工程學院和黑龍江省寒地建筑科學研究院等是根據理論計算給值，即考慮粘土在封閉系統情況下最大可能產生的平均凍脹率Y:刀=1.09丫d(W-Wp)/2丫W0.8(W-Wp)式中：丫d一土的干容重(1500kg/m3)丫w一水容重另一些單位和學者那么根據室內實驗提出a值，如大慶油田設計院取a為0.67,建工部建筑研究院那么取a為0.32地下水對凍脹的影響地下水作用于凍脹的機理，歸根結底就是凍土中水分遷移的問題。地下水位的上下對凍脹影響可定性描述為：地下水位越淺，土的凍脹量也越大。土質條件一樣時，地下水埋藏深度與土體凍脹性近于反比關系。如果地下水位在臨界深度以內且其他條件保持

6、不變，在凍結過程中，凍脹量逐漸增大，地下水位呈下降趨勢。季節性凍土對磚木構造起脊房屋的危害分析寒冷及嚴寒地區，季節性凍土凍結時膨脹強度高(或承載力大)，解凍時融陷強度低(或承載力小),對冬期和春融期施工增添了一定的難度和復雜性。如考慮不周或不加重視，就可能會導致不同程度的工程質量事故的發生，如建筑物墻體開裂。為了防止這類事故的發生，在冬期進展地基根底施工時，除了在砌筑砂漿或混凝土中摻防凍劑外，還應做到隨挖基槽，隨砌筑根底，隨回填土方。按采暖設計的房屋根底頂面和兩側做好覆蓋保溫工作。季節性凍土地區路基凍害及其防治措施路基凍害的分類根據沿線季節性凍土地區所出現的路基凍害現象，進展歸類總結，主要形成

7、了凍脹、融沉、翻漿冒泥等三種路基病害。1凍脹凍脹是指由于土的凍結作用而造成的體積膨脹現象，這是季節性凍土區常常遇見的病害。凍脹可分為原位凍脹和分凝凍脹兩類，原位凍脹是指凍結鋒面前進過程和已凍土繼續降溫過程中，正凍土中的孔隙水或已凍土中的未凍水原位凍結，造成體積增9%;而當土體凍結以后，由于土顆粒外表能的作用，土中始終存在未凍結的薄膜水。在溫度梯度的誘導下，薄膜水會從溫度高處向溫度低處遷移，正是由于水的抽吸作用使水分集聚在前進的凍結鋒面前方并凍結，分凝成冰透鏡體，這一過程稱為分凝凍脹，分凝凍脹過程造成體積增大1.09倍。通過對發生病害處路肩挖探、鏟探及釬探，發生凍害處的路基土質以粉土為主，局部為

8、粉質黏土、黏土。天然含水量為12.5%33.5%,土層凍脹等級及類別為HV級強凍脹。局管內發生的大局部路基凍害是該類型凍脹，京包線K614+010K781+670間尤為突出，出現不均勻脹高，每年冬季凍起高度達40mm軌道道釘和扣件難以保持軌距，嚴重影響行車平安。凍脹本身不僅引起基床破壞，還可引起橋梁、涵洞根底的凍害。2融沉季節性凍土融化時，冰晶和冰膜融化成水，土層在重力和上覆荷載的作用下，路基及基床會產生不同程度的沉降，即融沉。融沉一般有兩個特性_2j:其一，由于自然營力和人為因素及土體各方面的差異，融沉在空間上具有不連續性，厚度上具有不均勻性。有的路段在以較慢的速度連續下沉一段時間，有的路段

9、突發大量地沉陷，并使周圍局部土體隆起。這是因為凍路基土融化后處于飽和狀態，其承載力幾乎為零，在外部荷載作用下，基床瞬間產生大幅度沉陷并有大量積水冒出。其二，融沉多發生在低路堤地段。由于路堤高度、坡向、填料類別、保溫設施，以及施工季節和施工后形成的地表特征、水文特征及凍土介質特征等因素的綜合影響，土體中各土層的散熱和吸熱有極大差異。當基底土層的散熱超過吸熱時，地溫上升，凍土融化，人為上限下降，路堤就會產生融沉病害。路堤越低，意味著在從上界流向地中的傳熱過程中，熱阻減小。路堤自身的儲熱能力變小，不利于熱穩定，從而易導致路基發生融沉。3翻漿冒泥由于局管內獨特的地質、地理環境，導致在某些路段凍結時間長

10、，解凍緩慢，加之大量的積雪融化后雪水下滲，這樣就在解凍層和未解凍層之間形成自由水。這局部自由水不能及時排出，造成土基軟弱，強度急劇降低，在列車荷載作用下，路基面發生鼓包、唧泥現象，即為翻漿。這種凍害主要發生在河漫灘地貌單元、山前沖洪積平原、坡地的下坡部位、冬前路溝積滿水的地段。翻漿冒泥導致道床下沉，軌道狀態不良，幾何尺寸變化頻繁，需要不斷進展緊急整修。翻漿冒泥引起鋼軌水平差較大，導致鋼筋混凝土軌枕產生縱橫裂紋。無論冬季的線路凍害或是春融期的翻漿冒泥的威脅，致使每年列車通過減速，甚至不得不封鎖線路處理。例如，京包線K681+400處翻漿冒泥比擬嚴重，但是路局內路基凍害中翻漿冒泥現象較少見。凍脹病

11、害的整治措施及其原理1換填基床土國內外的工程實踐說明，用較純潔的砂礫或中、粗砂換填季節性凍土，是削減地基土凍害的理想方法之一。在平面和縱斷面受到限制的情況下，如岔區路基凍害及特大橋、大橋兩端的路基凍害主要采用換填整治的方法。換土深度應至凍結深度之下，換土寬度應包括路肩在內的整斷面。2修建減少路基基床含水量的排水設施修建減少路基基床含水量的排水設施。如修建具有抗凍防滲能力的地表排水設施，以防治因地表水節而引起的凍脹；修建滲溝、暗溝、截水溝等，截斷、疏導地下水或降低地下水位，以防治因地下水補給而引起凍脹。3無機結合料穩定土保溫法在基床表層鋪設保溫層，改善基床溫度環境，使表層下的基床土不凍結或減小凍

12、結深度。保溫材料一般用爐渣，其導熱系數小、，本錢低廉，也可用石棉、泡沫聚苯乙烯板等保溫材料。國外經歷說明，用泥炭或冷壓泥炭磚作保溫材料，效果良好，使用時間長。濕度大的泥炭在水分凍結時，會釋放大量潛熱，能防止泥炭進一步凍結。4人工鹽化路基土溶于水中的鹽類能使水溶液的冰點低于淡水，而且濃度越大，冰點越低。主要有挖軌枕槽鋪鹽，打孔注鹽，稀釋注人和土鹽拌和等幾種施工方法。打孔注鹽的深度至凍結深度的80%,鹽化處理后的土應夯實，減少鹽的流失。鹽化處理易于施工，本錢較低，但只能減小凍脹，不能鏟除凍害，應與其他方法結合使用，或在低溫極值較高的病害輕微段使用，并要根據線路的具體地質條件綜合考慮，以防出現新的路

13、基鹽漬化病害。季節性凍土區和多年凍土區橋梁構造地震反響分析凍土層對橋墩地震反響的影響（1）關于凍土層對橋墩地震反響（墩底應力）的影響問題：在I類場地上，無論是季節性凍土還是多年凍土層，對橋墩地震反響的影響不大。在II類場地上，凍土層對橋墩地震反響的影響十分顯著，不同類型凍土場地上橋墩白最大反響差值可達1倍以上。在I、II類場地上，墩高在10-22m時，凍土層對橋墩地震反響的影響最為顯著。在一般情況下，橋墩的地震反響與凍土性質、橋墩的動力特性以及地震波的性質均密切相關。按融土狀態進展設計往往是不平安的，需要考慮橋墩與凍土層相互作用的影響。（2）關于冬夏季橋墩地震反響（墩底應力）的差異問題：對淺根

14、底，在I、II類場地上，墩高在4-10m的矮墩，冬季（凍土）時的反響普遍要小于夏季（融土）時的反響。因此，對于矮墩按夏季（融土狀態）進展設計是偏于平安的。在II類場地上，對淺卞底，墩高在10m以上的橋墩以及修建在挖孔灌注樁根底和樁根底上的橋墩，其地震反響到底是夏季大還是冬季大沒有一致的規律性，但在冬夏兩季的橋墩地震反響的最大差值僅為6%-11%,故在抗震設計中可不予考慮。（3）不同類型根底的影響比擬。一般情況下，淺根底比深根底（挖孔灌注樁根底、樁根底）橋墩的地震反響要小，但也有少數例外的情況。挖孔灌注樁根底與樁根底橋墩相比，其地震反響的大小無明顯規律性，但從統計結果看，挖孔灌注樁根底橋墩的地震

15、反響要略大于樁根底。但這并不表示淺根底橋墩的抗震性能優于深根底，因為在地震引起地基失效后，淺根底橋墩的震害往往比深根底橋墩要嚴重得多。因此，采用何種根底類型應根據地基的承載力由靜力設計確定。完畢語中國凍土分布十分廣泛，季節性凍土和多年凍土影響的面積約占中國陸地總面積的70%在我國東部區域，從最北端的大小興安嶺地區到長江流域都有凍土分布，在個別年份凍土的范圍擴展到浙江、湖南和福建等省份；在西北地區，青藏高原地區都有廣泛的多年凍土和季節性凍土的分布。中國東部地區凍土的分布主要表現為隨緯度呈帶狀分布，而青藏高原凍士分布主要表現為隨海拔高度呈垂直地帶性分布，西北地區那么兩者兼而有之。在全球變暖景下，近

16、幾十年來，中國地區的凍土總體表現為最大凍土深度減小，凍結時間推遲，融化時間提前，凍結持續日縮短，多年凍土面積萎縮，以及凍土下界上升的總體退化趨勢。凍土的主要轉型時期發生在20世紀80年代中期。同時，在一些地區的凍土也有不同的變化，例如在東北大興安嶺局部地區、青藏高原的柴達木盆地北部地區、青海東南部局部地區，凍土是總體呈增加的趨勢。季節性凍土的凍脹性、融沉性等特性對工程影響重大。本文對季節性凍土的影響因素、分類、各種工程的影響及防范措施作了簡要概述。所以在季節性凍土地區的工程建筑或工程應特別注意考慮季節性凍土對工程的影響及防范措施。隨著科學的開展技術的進步，會出臺越來越成熟、效果越來越顯著、本錢越來越低的技術或手段。參考文獻1 周幼吾，郭東信，程國棟等.中國凍土.北京：科學出版社，20002 張風鵬，西北建工學院，？季節性凍土的危害分析？，20033 馮泰，王玉孝.概率統計輔導M1北京：中國鐵道出版社，19824 鐵