季节性冻土的冻胀力及水工建筑物防冻害措施

浅析冻土对建筑物的危害及预防措施【摘要】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。

【关键词】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。

水工建筑物冻害分析及防治措施分析探讨在气候相对较冷的北方地带，冻害现象体现为较高的频率，尤其是针对水工建筑物。

水工建筑物一旦遭受了冻害，则会存在较大可能出现受冻膨胀或是其他不良现象。

从现状来看，水工建筑中的多数都设计成钢混结构，对此可以选择预制式或者现浇式的两种建筑物类型，而上述类型的水工建筑物通常都可能遭受冻害。

受到冻害带来的不良影响，水工建筑将会减损自身的综合性能，同时也不利于延长建筑物可以运行的年限。

为此针对各种类型的水工建筑物来讲，应当探析引发冻害的根源；结合建筑物出现冻害的真实状况，探求可行的防治对策。

标签：水工建筑物；冻害分析；防治措施近些年以来，城乡建筑行业的整体规模都在迅速扩大；面对新的形势，水工建筑物也逐渐受到了更多的关注。

然而在实践中，处在寒冷地带的很多水工建筑物都有可能遭受较强的冻害。

一旦出现了冻害，那么建筑物本身的结构将会遭受减损，与之相应的各种建筑构件也可能出现裂痕或是冻胀等。

究其根源，冻害现象通常来源于气温骤降、当地土质不良或者外界荷载较高等。

具体来讲，细粒土与混凝土如果具备较大的孔隙度，或者水库表层已经出现了结冰现象，那么很有可能产生冻胀，建筑物因此而承受了过高的静冰压力。

由此可见，冻害现象直接关系着水工建筑本身的安全与寿命等要素。

在防控冻害的具体实践中，应当遵照因地制宜的基本思路来实现全面推进，针对不同类型的冻害特征都要选择与之相适应的防控手段。

1冻害产生的根源从目前来看，水工建筑物如果遭受了来源于冻害的不良影响，那么很有可能减损建筑物本身的各项性能，同时也威胁到了建筑物的安全性。

在严重情况下，遭受冻害威胁的水工建筑物还可能带来人身伤害。

具体来讲，冻害产生的根本原因应当包含如下。

1.1冰冻产生的压力针对各种类型的水工建筑物來讲，与之有关的冻害成因也是各异的。

具体而言，建筑物本身如果承受了过重的冰压力，那么将会引发冻害。

冰压力包含了动态与静态的两类冰压力，在这其中，动冰压力指的是在流冰冲击下的水工建筑遭受冰冻的损伤，此种冰压力的根源在于挤压与剪切力带来的破坏。

水工建筑物冻害分析及防治措施的研究探讨水工建筑中对于基础的要求是极其严格的，在基础的施工中，尤其北方地区，由于季节气温的变化，冻土就成了不可避免的问题，如何根据实际情况减少冻害损失，成了本文研究的方向，本文就水工建筑的公害分析以及相应的防治措施做了研究，希望对大家有所借鉴标签：水工建筑；冻害分析；冻害防治冻土问题是所有涉及的施工单位都很难解决的问题，目前世界上对这类问题的对策也非常的少，涉及的问题主要在冻胀和融沉这两方面，随着季节性气温的变化，施工的土都会发生冻胀和融沉的过程，而在这一过程中，地上建筑会遭到破坏，冻土上的建筑施工难以稳定其基础，就好像在冰面上盖房子一样，春天来了，天气转暖，房子就沉了。

还有很明显的例子，北方的公路，在冬天的时候，大多数都会因为冻胀而开裂。

房子也是一样，因为土壤结构的关系，其膨胀系数是不同的，因此房子的地基也会因为土壤冻胀受力不均匀而发生变形，导致墙体断裂。

一、土冻害的危害分析所谓的土冻害，就是由于季节气温的变化而引起的土壤的冻结，对建筑物带来的危害。

说到土冻害，要明确的就是土冻结的速度问题，因为土的冻结速度直接取决于冻胀量值的大小。

冻胀量值大，就说明冻结速度相对快一些；冻胀量值小，冻结速度相对慢一些。

这是因为冻胀量值大小与水分转移补给条件的好坏兮兮有关；当地下水位举例地基较为接近时，水分转移补给的条件就相对较好，这也能在一定程度上促进土冻结，使冻结速度变快，相反，则冻结速度便慢，因此，形成土冻害的最主要原因就是地下水源或者外来水源距离地基的位置如何根据实际情况减少冻害损失呢？下面来分析水工建筑物冻害防治措施：二、水工建筑物防冻技术措施2.1 防冻措施之换砂法在建筑物中为了防止建筑物的冻害，通常实用最广泛的方法就是换砂法，这种方法也是现阶段最普遍，最简单的，这种方式的施工原理就是通过换砂来消减地基土在受冻害之后的冻胀力，改变建筑基础的土层结构，以此来减小基础受冻之后的变形，挤压等。

《季节性冻土区水工建筑物抗冻技术》- 结课论文学院：水利建筑工程学院专业：水利水电工程班级：姓名：学号：2015.6.2新疆地区衬砌渠道的冻害防治技术摘要新疆寒冷地区的衬砌渠道破坏主要为冻胀破坏，衬砌渠道的抗冻性能是渠道工程设计所要考虑的重点问题。

文中阐述了衬砌渠道的冻胀机理，其主要破坏形式包括冻胀剥蚀、冻胀裂缝、冻融坍塌和冰冻破坏，并为衬砌渠道冻害防治设计对策。

正文1 冻胀破坏的主要形式和机理1．1冻胀剥蚀实际工程中，混凝土衬砌渠道的冻胀破坏十分常见。

由于混凝土衬砌渠道本身含有一定水分，这些水分在负温下冻结成冰，体积发生膨胀，当这种膨胀作用引起的应力超过混凝土自身强度时，就会产生裂缝并增大吸水性。

在第二个负温周期中，结冰膨胀破坏作用更为加剧，经过多个冻结一融化循环和应力的反复作用，最终导致混凝土衬砌渠道的冻融破坏。

轻微的冻胀破坏发生混凝土表面砂浆层剥蚀，并伴有裂缝，由于从裂缝处逐年贯入泥水，缝口处出现局部冻胀，缝宽逐年扩大，在渠道基土冻胀力作用下，将发展成冻胀裂缝。

1．2冻胀裂缝土中的水在负温下结成冰，体积膨胀，并产生冻结力。

由于渠道走向、断面上的高差以及渠道土质的不均匀，造成渠坡、渠底承受阳光的时间及辐射热不同，加上风速及散热条件、地下水补给条件不同，致使渠道基槽各部位的含水量也不同，在负温作用下，渠道基槽上各部位的冻深程度和冻胀量也就不同，使混凝土防渗层受到不均匀的冻胀力和不均匀的变位。

当局部地段混凝土衬砌的抗拉强度不足以克服不均匀的冻胀力和不均匀的变位时，将产生冻胀裂缝。

当局部地段混凝土衬砌的自重和外加的锚固力不足以克服冻胀力时，将产生混凝土防渗层的鼓起。

1．3冻融坍塌当渠道边坡基槽冰冻的土层进入融化期，表层融土中的水分可很快排出，但较深层的融土含水量很大，上有覆盖层，下仍有冰冻层。

这个夹层融土往往会沿冻融土的交界面顺坡下滑。

这个过程往往是在几个冻融周期内完成。

这样，使坡面上的混凝土防渗层在冻胀裂缝的基础上，进一步架空、错位．有的鼓起成台阶型破坏，有的鼓起滑坡、坍塌。

季节性冻土对建筑物的影响及其防治措施摘要：我国北方地区有较长的寒冷季节，冻土分布广泛，使得冻土成为冬季建筑物施工的重要影响因素之一。

本文分析了冻土产生冻胀力的原因及其对建筑物造成的危害，并探讨了针对冻土危害的防治措施。

关键词：季节性冻土、危害、防治措施1、前言冻土是指温度在0℃以下，含有冰的各种岩石和土壤。

按照冰冻的时间长短分为季节性冻土和多年冻土。

季节性冻土是受季节影响，呈周期性冻结融化的土，并且在地面以下有一定深度，其上部往往受季节的影响，冬季冻结，春夏融化。

尚小云大剧院地处河北省南部，冬季比较寒冷，且尚小云大剧院紧邻南宫湖，呈三面环湖状，南宫湖的侧向补给水量大，地表层滞水丰富，极易在寒冷季节形成冻土。

其地基基础的施工必须考虑防冻胀问题，并做出相应的防冻措施。

2、冻土的冻胀性在寒冷地区并不是所有土类都存在冻胀，而主要是细粒土，尤其是粘性土，冻胀性最为突出。

粘性土产生冻胀的原因，不仅是由于水分冻结时体积增大1/11，更重要的是在冻结过程中，它还能把周围没有冻结区的水分吸附到冻结区(即迁移集聚)，使冻结区水分源源不断地增加，冰晶体不断扩大，形成冰夹层，土体随之逐步膨胀，一直到水源补给断绝才会停止。

显然，在冻结过程中，水分自非冻结区向冻结区迁移的原因，是与粘性土中存在结合水及其迁移的特点有关。

但是，到目前为止，其中的奥秘人们还不是很清楚的。

粗粒土的冻胀性是微不足道的；细砂土即使含水量较高，也只表现轻微的冻胀现象。

粉砂中粘粒含量很少时，结合水的冻胀危害也是很小的。

当粉砂中粘粒含量较多时，有一定的结合水膜，其冻胀性与粘性土相似。

粘性土含水量接近塑限ω，才开始冻胀，即超过塑限的那部分含水量(主要是弱结合水)才能够构成冻胀性。

3、冻土对建筑物造成的危害土壤中的水分在冰冻过程中，体积会增大，产生冻胀力迫使土粒发生相对位移，这种现象称为土的冻胀。

冻胀土到了次年的春夏，冰层会融化，体积会变小，造成地基沉陷，这种现象称为融陷。

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。

水工建筑物的冻害及防冻措施摘要：对冻胀的形成与发展过程做了详细阐述，并对冻胀形成的主要原因作出分析，提出冻胀性破坏对水工建筑物的影响及其防治措施。

关键词：冻胀；冻胀系数；换填本排水渠道不畅通及干渠周围地下水位高，每年冬季停灌后，大量的渠水、地下水滞留在渠道内，使渠道内常年有30～60cm积水，部分水工建筑物周围有100cm左右积水。

冬季渠道有20cm左右厚冰层，干渠季节性冻土层厚度达60～80cm。

在干渠上修建的闸、涵、护坡等水利工程存在着不同程度的冻胀性破坏，冻胀力作用于水工建筑物的基础，轻者使基础抬起产生不均匀变形，重者使基础产生断裂导致建筑物产生严重破坏，严重影响了建筑物的正常使用和使用寿命。

本文就冻害产生的原因和防治措施做一些介绍。

1 冻胀的形成与发展过程所谓的冻胀指土在冻胀过程中土的水分(包括外界向冻结锋面迁移的水分，及孔隙中原有的部分水分)冻结成冰，形成冰层、冰透镜体、多晶体冰晶等等的冰人侵体，引起土颗粒之间相对位移，因而使土体产生不同程度的膨胀现象，严重形成冻胀，使地表冻胀高包和冰冻裂缝等现象。

从冻土分层观测结果可以看出，土体最大冻胀率出现的地方是从地表至冻层1／3～2／3处，产生的冻胀量约占总冻胀量的70 ～90% ，因而称之为主冻胀带或者强冻胀带。

土体的最大冻胀率分布在1／5～4／5最大冻结深度部位。

其中冻胀变化过程可划分为三个阶段：(1)冻胀剧烈增长阶段：冻胀量随冻结深度增加而剧烈地增长，一直可以延续到2／3～4／5的最大冻结深度。

(2)冻胀缓慢一稳定阶段：尽管冻结深度仍然继续增加，但冻胀量增加缓慢，并逐渐相持在已有的冻胀量水平，此阶段一直保持到地表土开始融化。

(3)冻胀量下降阶段：随着气温的回升，土壤开始融化，冻胀量逐渐下降，此阶段一直保持到冻胀量消失。

实践证明，土的冻结是由于土体内水分的迁移或者运动形成的。

当地下水位越高，地表的冻胀量越大，土体冻结，水分向冻结锋面迁移或者运动，以薄膜一毛细作用的迁移方式为主，也就是主要通过薄膜水和毛细水(是指处于地下水面以上的某一高度范围内，充满着土壤空隙的水体，其冰点比0℃略低，冻结时土壤的毛细管就成为地下水向冻结锋面运动的主要通道)的联合作用下完成的。