冻胀土
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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]。
小桥涵基础埋深还应考虑,冲刷深度和冰冻深度在满足地基稳定和变形要求的前提下,地基宜浅埋,当上层地基的承载力大于下层土时,宜利用上层做持力层。
除岩石地基外,基础埋深不宜小于0.5m。
高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。
在抗震设防区,除岩石地基外,天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15;桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不一小于建筑物高度的1/18~1/20。
位于岩石地基上的高层建筑,其基础埋置深度应满足抗滑要求。
基础宜埋置在地下水位以上,当必须埋置在地下水位以下时,应采取地基土在施工时不受扰动的措施。
当基础埋置在易风化的岩层上,施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。
当存在相邻建筑物时,新建建筑物的基础埋置深度不宜大于原有建筑基础。
当埋置大于原有建筑基础时,两基础间应保持一定净距,其数值应根据原有建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定。
当上述要求不能满足时,应采取分段施工,设临时加固支撑,打板桩,地下连续墙等施工措施,或加固原有建筑物基础[1]。
4相关计算编辑确定基础埋深应考虑地基的冻胀性。
地基的冻胀性类别应根据冻土层的平均冻胀率η的大小,按本规范附录G0.1查取。
季节性冻土地基的设计冻深zd应按下式计算:zd=z0·ψzs·ψzww·ψze式中 zd——设计冻深。
若当地有多年实测资料时,也可:zd=h’-△z,h’和△z分别为实测冻土层厚度和地表冻胀量;z0——标准冻深。
系采用在地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值。
当无实测资料时,按本规范F采用;ψzs——土的类别对冻深的影响系数ψzw——土的冻胀性对冻深的影响系数ψze——环境对冻深的影响系数注:环境影响系数一项,当城市市区人口位20~50万时,按城市近郊取值;当城市市区人口大于50万小于或等于100万时,按城市市区取值;当城市市区人口超过100万时,按城市市区取值,5km以内的郊区应按城市近郊取值。
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。
防止土石坝粘性土料冻胀和龟裂的方法土石坝护坡的养护使长期的工作,所以应该定期的对其进行检查,及时发现问题,及时进行修理养护,尤其是在汛期的时候,更应该密切的关注护坡的安全性,就更不应该大意,不然会造成无法挽回的灾难。
标签:土石坝;粘性土料;冻胀;龟裂一、冻胀土的特性与冻胀力1.冻胀特性冻土是零摄氏度以下,并且含有冰的岩石和土壤,可以分为短时冻土和多年冻土,冻土是一种对温度十分敏感的土体介质,含有丰富的地下冰,所以冻土具有流变性,长期的强度远低于瞬时强度特征,由于土或者岩石产生了冻胀作用,使得构造遭受很大的破坏,土产生的冻胀会出现冻害造成破坏,影响土石坝的使用寿命,这就是冻胀土的现象。
二、土石坝粘性土料冻胀和龟裂的原因1.干缩和冻融裂缝对于干缩裂缝主要是由于土体表面水分蒸发而收缩,但是土体的内部不会收缩,使得表层土受到约束,产生接应力而形成裂缝,所谓的冻融裂缝主要是由于土体冻结后气温骤降,表层冻土收缩时会受到内部的土体影响,所以表层出现裂缝,而且干缩和冻融裂缝呈现着龟裂状,纵横交错,这种裂缝主要在含水量高的细粒土中,没有护坡或者是保护层的粘性土上、下游坝坡,无法避免裂缝的产生,裂缝一般情况下对坝的安全没有什么影响,但是特殊情况下就会加剧土石坝的隐患,由于裂缝可能出现在水库泄空使得上游的防渗铺盖表面,如果没有对填土表面进行保护,会因为干缩而出现裂缝。
2.变形裂缝(1)纵向裂缝纵向裂缝是走向与坝轴平行的裂缝,主要出现在坝顶和坝坡,而且在坝顶很多,这主要是由于坝的横断面上坝身、坝基变形导致的。
(2)横向裂缝这种横向裂缝是一种走向与坝轴线垂直的裂缝,主要出现在坝体与岸坡接头的地方,但是由于沿着坝轴线的横断面坝高不一样,而且覆盖层的厚度也是不一样的,导致的沉降量也是不同的,还有就是坝体沿坝轴线水平位移使得坝顶拉裂,使其很容易出现横向的裂缝,并与下游相贯通,使得渗流出现,造成很大的危害性。
(3)水平裂缝水平裂缝主要是坝体内部的裂缝,形成集中渗漏的通道,这是一个严重的隐患,这主要是由于坝壳棱体密实的窄心墙坝、高压缩性地基上的土石坝及坝下埋管、坝身坝基内部塑流拉伸裂缝。
水利概论论文水利施工是我国经济建设中的基础性工程,在推动国民经济发展上发挥着重要的作用。
下文是店铺为大家搜集整理的关于水利概论论文的内容,欢迎大家阅读参考!水利概论论文篇1浅析季节冻土区水利工程基础设计我国冻土地区的范围十分广泛,季节冻土的冻胀现象对一个地区经济的影响非常的明显,这也会使得水利工程基础设计工作存在一定的难度,针对这样的状况,我们必须要采取有效的措施对其加以控制和处理,只有这样,才能更好的确保水利工程基础的质量及性能,本文主要结合某省季节冻土地区的特点,对其进行详细的分析。
1、冻胀土概述除了很少一部分工程坐落在岩石地基之外,很多都处于软土地基上,在这些软土地基当中还掺入了很多的细碎颗粒,通常都是粉质土或者是粘土,根据我国当前的水利水电工程建设当中所制定的行业标准,如果土壤颗粒直径在0.05mm之内,且其土粒的质量超过土样总质量的6%的时候,我们就可以判定其为冻胀土。
2、水利工程冬季工作的具体条件水利工程在冬季施工的过程中会受到严寒和气温作用的影响,同时在施工的过程中,很多工程都处在软基的位置上,基土的粒径相对较细,通常其土质类型都是冻胀土,土的冻胀型较为明显,水利工程是和水相关同时也是短桩的一个特例。
3、地基土产生冻胀的原因分析地基土出现冻胀的一个非常重要的原因是因为水分在结冰之后出现了严重的膨胀现象而导致的,所以,我们可以总结出地基土出现冻胀的问题主要是因为水分、土质和负温这三个因素,水分本身具有非常强的流动性以及渗透性,在这一过程中水分会向下部的土体流动,之后分布就会出现非常明显的变化,这样就使得水分出现了位置上的移动,迁移的主要结果就是在冻结面和冰夹层中间形成了一个冰透镜,这样也就使得冰层出现了十分明显的膨胀现象,地表和之前比起来也出现了非常严重的隆起问题,通常,水分的含量和地下水位之间是正向的关系,而在这样的情况下水分迁移也就越便利,所以水分的迁移通常会发生在细粒土当中。
4、基础设计的过程中应该考虑的因素4.1预防冻害的措施在确保建筑物位置的基础上,我们应该选择一些地市相对较高,地下水位不是很高,同时地表水及冻胀性不是很强的场地,如果选择了低洼的场地,我们一定要保证地基的高度。
冷库地基冻胀和地坪冻鼓的处理冷库地基冻胀和地坪冻鼓的危害很大,而且比较常见,特别是在易于冻胀的土壤(如粘性土)和地下水位较高的情况下,它常是冷库进行大修的主要原因之一。
在冷库地坪开始出现冻鼓的情况时,如不及时采取措施,会由冷冻线往地下不断深入,以及土壤中的水分不断向受冻部位迁移,而使冻鼓情况不断发展,严重时会将地基抬起,而照成冷库结构的损坏,因此,在发现地坪冻鼓的情况后必须及时查明原因采取措施,加以修复。
地基冻胀和地坪冻鼓的修复,首先是对已经结冻的土壤进行解冻,然后,在针对建筑的损坏的情况分别进行修复,土壤解冻的方法有两种。
一.自然解冻法即用提高冷库库房温度来使土壤解冻,这种方法对于冻胀不久的地坪来说不会带来什么困难,但对于冻胀时间很长,冻结线已侵入很深,那么在是修复时必须十分谨慎,否则容易发生事故。
自然解冻法通常是采用停止库房冷却,使库温升高进行解冻,解冻必须十分缓慢,以使融化出来的水分能全部自然地渗回周围的土壤中,不管在什么情况下,都必须使库房的温度保持在冻结点以下,以便使解冻过程中冻土的下部往上逐步进行,一般在库温提高到-4℃左右,并保持一定时间以后,冻土即从其下部开始渐渐融化。
在处理过程中,应经常测量冷库柱子和地面的水平位置,并根据测量结果控制解冻过程。
与其它各种快速解冻法比较,自然解冻法是最安全的,其缺点是需要较长的时间。
二.人工解冻法即向地坪下的冻土施加人工热源,可用的热源有蒸汽、温水、热风、电热器等。
设有地下通风管的冷库,如果冻结线较浅,可采用蒸汽加热或热风的方法,若冻结先较深,则需插入人工加热器,最好用电热器,加热部分应位于冻胀土壤的下部,使冻土由下往上解冻,这样效果最好。
凡采用以上两种方法解冻过程中,在被冻胀变形的部位要适当施加压力,以利于恢复原位。
采用人工解冻方法并加压,地坪下土壤解冻恢复原位需要的时间较短,但因解冻快,必须特别注意采取安全措施。
若地坪冻鼓是由于管理、使用不当,冻鼓深度较浅,防潮隔热层和地下防冻措施未遭到破坏时,只需使地坪下冻土解冻,复位、然后修补地坪裂缝即可。
影响土体冻胀的主要因素及冻胀防治江帆【摘要】With the increasing development of science and technology, the lack of resources seriously affected the People's Daily life, which makes the scientists had to turn to underground resources. The application of freezing method is more and more widely, in northern of our country mostly belongs to the alpine region, frost heave reason is that the main factors of hydraulic structure engineering damage. Understand the frost heave factor of land, analysis the influence of various factors on the frost heave of soil, such as the soil particles to the influence of frost heave and the influence of moisture on soil frost heave, the in-fluence of temperature on soil frost heave and the influence of the external load of soil frost heave, and so on, can effectively e-liminate the harmful effects of frost heave. It has important theo-retical significance in the prevention of frost damage.%随着科学技术的日益发展,资源的匮乏严重影响了人们的日常生活,这使得科学家们不得不转向地下资源。
冻土地基施工要求
1、基础梁下有冻胀土时,应在基础梁下填以炉渣等松散材料,并根据土的冻胀性预留冻胀变形的空隙。
2、为了防止施工和使用期间的雨水、地表水、生产废水和生活污水等浸入地基,应做好排水设施。
山区应做好截水沟或在建筑物下设置暗沟,以排走地表水和潜水,避免因基础堵水而造成冻结。
3、按采暖设计的建筑物,当年不能竣工或入冬前不能交付正常使用,或使用中可能出现冬期不能正常采暖时,应对地基采取相应的越冬保温措施。
对非采暖建筑物的跨年度工程,入冬前应及时回填,并采取保温措施。
膨胀土地基施工要求
1、膨胀土基础施工前应完成场地平整、挡土墙、护坡、防洪沟及排水沟等工程,使排水通畅,边坡稳定。
2、施工场地应做好排水措施,禁止施工用水流入基坑(槽),施工用水管网严禁渗漏。
3、临时生活设施、水池、淋灰池、洗料场、混凝土预制构件场、搅拌站及防洪沟等应有防渗措施,至建筑物外墙的距离不应小于10m。
4、膨胀土地基基础工程宜避开雨季施工。
开挖基坑(槽)发现地裂、局部上层滞水或土层有较大变化时,应及时处理后方能继续施工。
5、膨胀土地基基础施工宜采用分段快速作业法,施工过程中不得使基坑(槽)曝晒或泡水。
雨季施工应采取防水措施。
6、验槽后,应及时浇筑混凝土垫层或采取封闭坑底措施。
7、灌注桩施工时,应采用干法成孔。
成孔后,应清除孔底虚土,并应及时浇筑混凝土。
8、基坑(槽)应及时分层回填,严禁灌水。
回填料宜选用非膨胀土、弱膨胀土或掺6%石灰的膨胀土。
冻胀和翻浆的定义_道路冻胀、翻浆产生的机理及其治理1 冻胀产生的原因冰冻季节因为大气负温的影响,土粒中水分冻结后就形成为冻土。
在冻土地区,随着冻土的产生和融冻的发生而出现的一些现象就成为冻土现象。
在冻土产生过程中,某些细粒土层在冻结过程中往往会发生土层体积的膨胀,膨胀使地面隆起成小丘,产生的这一现象就是所谓的冻胀现象。
在道路中经常出现以下情况,如:天然地下水位较高;城市道路地下供水、排水管道的泄漏没有及时维修;路表水向路基中的渗透等。
它们为冻胀提供了充足的水源,在形成毛细通道时就构成毛细水的上升,这是构成冰冻季节冻害的主要原因。
当冰冻季节冻结时,土中水分向冻结区迁移并积聚,大气温度降到负温度的时候,道路土层温度也跟随降低到负温度,土颗粒孔隙中的自由水在0℃以下时,自由水首先冻结成冰晶体。
随着气温的继续下降,周围未冻结区土中的水分会向表层冻结冰晶体迁移积聚,使冻结区土层中水分逐渐增大,冻结后的冰晶体也不断增大,只要冻结区周围还存在着水源(如:地下水距离冻结区很近、排水和供水管道泄漏未修复等),并且还存在适当的水源补给通道(即:毛细通道),能够源源不断地补充给冰冻体所需的水分,在这一不平衡的引力不间断地作用下,未冰冻区的水分不断地向冰冻区迁移积聚,使冰晶体不断扩大,在土层中形成冰夹层,由于水在由液态冻结后变成固态时体积会增大9%,因此,土层在冰夹层作用下体积会发生膨胀,也就是冻胀。
冻结区域冰晶体不断增大,不断吸引周围的水分,不断发生体积继续膨胀现象,一直继续到切断冰晶体所需的补给水源,此时的水分继续迁移积聚、冰晶体继续增大才会停止。
2 影响冻胀的因素路基的冻胀现象是在一定条件下形成的,土层必须具备以下几个条件时在冰冻季节才会发生冻胀破坏。
2.1 持续缓慢负温度:持续缓慢负温度会构成冻胀的条件。
大气温度在冰冻季节缓慢地下降,冷却的强度也很小,但是在这一季节负温持续的时间较长,使未冰冻区的水分不断地向冰冻区迁移积聚,冰冻区域冰晶体逐渐增大,在土层中形成冰夹层,土层在冰夹层作用下形成明显的冻胀现象。
严寒地区路基冻胀原因分析及整治摘要:严寒地区路基由于地表水下渗以及地下水的毛细上升、冻结过程中产生聚冰效应,导致基床水分聚集,致使填料含水率较大,冬季严寒时路基、尤其是路堑及低路堤地段出现冻胀从而导致轨道抬升。
因此,为了减小路基基床含水率,采用了疏堵相结合的处理措施,确保既有设施的安全。
关键词:严寒地区;路基冻胀;整治;路基冻害在路堤段数量最多,过渡段次之,路堑段最少。
发生冻害的地段多是低矮路堤和零断面换填路基。
冻害区段地表水、地下水丰富,部分区段水位较高,导致路基在冬季负温作用下发生冻胀。
一、季节性冻土区铁路路基从整个东北地区地形、气候和地质环境来看,具备了路基冻胀发生的条件。
而东北地区也是我国受冻害影响最严重的地区,冻害严重影响着铁路安全运营,每年冬季都要花大量人力物力进行线路维修,降低了列车运营效率。
二、东北地区环境条件对路基冻害影响1.东北地区东西主要为低山丘陵,可形成较厚的风化残积层;而中部为强烈沉降区,地势低洼,聚集水,使地下水很浅。
2.大部分地区降雨,从东南向西北,降雨只有西北部降雨局部为200~300mm,从东南向西北减少。
降雨主要集中在6、7、8月份,基本可渗透路基。
3.气候寒冷,路基冻深为80~230cm,北部还出现多年冻土。
4.在低山丘陵有风化残积层,由碎石或黏土夹碎石组成,山麓地带、山间谷地、盆地松散层堆积相对较厚,坡洪积类型。
岩性为腐殖土、粉土、黏土夹碎石、砾石。
在沉降平原区,为粉土和黏土。
三、根据冻害调查资料的分析,总结引起路基冻害的普遍原因是:1.路基基床的表面不平整,造成基床表面积水加之道床脏污引起道碴陷槽或道碴囊等表层冻害。
冻害深度和强度随道碴陷槽或道碴囊的深度不同而不等,最终造成线路下沉等冻害;2.路基填筑的土体来源不同,特别是基床部分,大都来自当地的粉质粘土,一般含水量较大。
由于填筑时的土层厚度不均及夯实密度不同,引起土体冻胀量差异,形成冻害;3.路基低矮,两侧多是农田、沼泽和湿地,或上游侧地表排水不畅。
第四节冻土一、冻土的分类冻土是指温度等于或低于摄氏零度、且含有冰的各类土。
根据其冻结时间和冻结状态可将冻土分成多种类型。
(一)按冻结时间分1.季节性冻土季节性冻土是受季节性的影响,冬季冻结,夏季全部融化,呈周期性冻结、融化的土。
季节性冻土在我国的华北、西北和东北广大地区均有分布。
因其周期性的冻结、融化,对地基的稳定性影响较大。
季节性冻土根据其结构形式,又可分为:(1)整体结构:土在冻结时,土中水分有向温度低的地方移动的性能。
整体结构冻土是由于温度骤然降低,冻结较快,土中水分来不及移动即冻结,冰粒散布于土颗粒间,肉眼甚至看不见,与土粒成整体状态。
融化后土仍保持原骨架,建筑性能变化不大。
(2)层状结构:地表温度不很低,且有变化,土中水分冻结一次,融化一次,又冻结一次,则形成层状结构冻土。
这种土融化后骨架整个遭受破坏,对建筑性能影响较大。
(3)网状结构:由于地表不平,冻结时土中水分除向低温处移动外,还受地形影响,使水分向不同方向转移,而形成冰呈网状分布的冻土,这种土一般含水、含冰量较大,融化后呈软塑或流塑状态。
(4)扁豆体和楔形冰结构:由于季节性冻结和融化,土中水分向表层低温处移动,往往在冻层上限冻结成扁豆体状冰层,当冻土层向深度发展,扁豆体状冰层即夹于冻土层之中。
当岩层或土层具裂隙时,水即在裂隙中成冰楔体。
此类结构的冻土,承受荷载时易沿冰体滑动。
2.多年冻土多年冻土是指冻结状态持续多年(一般是二年或二年以上以上)不融的冻土。
多年冻土常存在地面以下一定深度,其上部接近地表部分,往往亦受季节性影响,冬冻夏融,此冬冻夏融的部分常称为季节融冻层。
因此,多年冻土地区常伴有季节性的冻结现象。
多年冻土根据其垂直构造、水平分布和冻结发展趋势,又可分为下列几种类型:(1)按垂直构造分:(a)衔接的多年冻土:冻土层中没有不冻结的活动层,冻层上限与受季节性气候影响的季节性冻结层下限相衔接。
(b)不衔接的多年冻土:冻层上限与季节性冻结层下限不衔接,中间有一层不冻结层。
碎石土的冻胀类别碎石土是一种常用的路基材料,具有良好的承载能力和排水性能。
然而,在冬季寒冷地区使用碎石土时,需要考虑其冻胀特性。
冻胀是指由于土壤中水分的冻结而引起的体积膨胀现象。
本文将从碎石土的冻胀原理、影响因素以及冻胀防治措施等方面进行探讨。
了解碎石土的冻胀原理对于理解其冻胀特性至关重要。
冻胀是由于土壤中的水分在低温环境下发生结冰而引起的。
当土壤中的水分结冰时,水分会由液态转变为固态,体积会发生膨胀,从而导致土壤的体积增大。
而碎石土中的石粒间存在空隙,这些空隙中的水分在冻结时会引起土壤的体积膨胀,进而对路基产生变形和破坏。
影响碎石土冻胀特性的因素有很多。
首先是土壤含水量的影响。
含水量越高,冻胀膨胀量就越大。
因此,在设计路基时需要合理控制碎石土的含水量,以减小冻胀引起的变形。
其次是土壤的颗粒级配。
颗粒级配对土壤的排水性能有很大影响,而良好的排水性能可以降低土壤中的水分含量,从而减小冻胀膨胀量。
此外,土壤的固结状态也会影响冻胀特性。
松散的土壤结构会增加土壤中的空隙,使得冻胀引起的变形更加明显。
针对碎石土的冻胀特性,需要采取一系列的防治措施。
首先是合理选择土壤材料。
应选择具有较好抗冻胀性能的碎石土,避免使用冻胀敏感的土壤材料。
其次是合理设计路基的截水排水系统。
通过设置排水沟、排水管和雨水收集设施等,及时排除路基中的积水,减小土壤含水量,从而减小冻胀引起的变形。
此外,还可以采取加筋措施,如使用钢筋网片或地下排水带等,增强碎石土的抗冻胀能力。
最后,定期检测和维护路基,及时修复受损部位,保持路基的完整性和稳定性。
碎石土的冻胀特性是在冬季寒冷地区使用该材料时需要重点考虑的问题。
了解冻胀原理、影响因素和防治措施,可以帮助我们更好地设计和维护碎石土路基,保证道路的安全和使用寿命。
通过合理的设计和科学的管理,可以最大限度地减小碎石土冻胀引起的变形和破坏,提高道路的可靠性和可持续性。
黑龙江大学水利电力学院heilongjiangdaxueshuilidianl ixueyuan冻胀土对挡土墙的破坏及防护措施学校:黑龙江大学学院:水利电力学院班级:水工一班姓名:苗广超学号:20135206序号:39冻胀土对挡土墙的破坏及防护措施摘要由于土的冻胀作用,使得没有设计防治冻害或不足防治冻害的挡土墙遭到破坏,文章分析产生破坏原因与破坏型式,提出挡土墙产生冻害的综合因素与防治措施。
墙受侧向土压力主要由墙身自重来平衡、沿基础底面发生滑动,自重大,断面尺寸较大,墙身较重:倾覆破坏、产生接近于圆弧状的滑动面而丧失稳定性,对地基承载力的要求较高。
关键词冻胀土挡土墙冻害防治措施1.挡土墙的破坏形式墙受侧向土压力主要由墙身自重来平衡、沿基础底面发生滑动,自重大,断面尺寸较大,墙身较重:倾覆破坏、产生接近于圆弧状的滑动面而丧失稳定性,对地基承载力的要求较高。
挡土墙的破坏形式主要有以下几个原因:1.山体滑坡等自然力的破坏,挡土墙本身无法抵抗,例如挡墙内侧通过超重车辆.由于外部荷载改变。
2.导致荷载与设计不符.设计不良导致的无法承受侧向土压力而被荷载破坏.由于地震,无法继续保证使用功能的破坏、粉化等等导致无法继续承受侧向土压力。
3.由于地基不良或者持力层土体结构变化、洪水。
仍有问题。
导致挡土墙基础产生滑移,而发生倾覆式破坏,而发生位移或者崩裂等形式的破坏.基础滑移式破坏,例如渗水后冻融。
造成的自身结构开裂.临界正常使用年限。
4.整个墙体处于疲劳极限,最终破坏,或建筑施工有超大振动。
5.例如浸水,塌陷等,由于施工不当或者环境侵蚀等原因,化学物质粉化混凝土等等.2.土的冻结及冻胀处理所谓的土的冻胀,主要是冬季在土中沿着温度的降低方向生成了冰晶体形状的霜柱,使路面产生隆起的一种现象。
隧道侧墙的破坏主要由于土中霜柱的作用使土体沿冷却方向的横向产生冻胀,从而使隧道的侧壁,向冷空气侵入的隧道中心轴方向推移,因而沿着侧墙部分的水平方向产生了作用力。
坡面上的冻胀作用是沿着垂直方向发生的。
冻胀作用使道路产生的破坏状态在中央部分冻胀量最大,因而沿路面中心线的纵断方向上产生纵向裂缝。
这种冻胀破坏与冬季期间道路除雪情况以及路面施工接缝情况有密切关系。
施工时在路面中心如果有接缝,则接缝处水平方向的抗拉强度比路面其他部分要小。
冻胀现象已经成为道路产生破坏的一种形式。
在春融期,由于路基土中冰晶体的融解,又成为土基或垫层承载力降低的原因。
对砂石路,春融期间在荷载的作用下产生的翻浆现象,将会使道路出现严重病害。
为了防止上述的冻胀现象所引起的道路破坏,首先需要了解冻胀发生的机理,因此对引起道路冻害的一些因素,如土质、气温、土中水等要详细进行调查,特别是对防止道路等土木构造物产生冻胀作用采用的措施研究中,应注意易引起地基冻胀的土是否发生了冻结,因而确定土的冻结深度是非常必要的。
另外,对道路附属构造物上部的填土是否会产生冻胀,也有必要进行确定。
在那些寒冷地区,对冻结深度的确定及其深度范围土的冻胀可能性的判断都成为冻胀调查的要点。
道路的冻害防止措施,当前主要采用置换法、隔温法及稳定土的处治方法等。
一般情况下,所采取的措施从经济性、施工方便及可靠性方面考虑,主要采取非冻胀敏感的粒状材料置换冬季期间最大冻结深度约70%范围的置换法。
但是,由于材质良好的置换材料造价较高,因而采用了隔温法等一些特殊的防止措施。
3.挡土墙破坏机理挡土墙背的土层在岸边较高的地下水位和湖水透过墙体的天然补给的条件下, 土层处于高含水率状态。
若土体由细颗粒土(如:粉质粘土)形成, 则保水性更强。
土层高含水率和强保水性导致其冻胀敏感性增强, 表现出较强的冻胀性。
寒期的原位冻胀实验观测也证实了这一点。
挡土墙对其后冻结土层产生的水平冻胀应力(σ)及相应的冻胀变形形成了约束,墙体的刚度越大, 对冻胀应力及其变形的约束性越强。
如水平冻胀应力足够大时, 挡土墙将产生弹性位移Δi。
若水平冻胀应力继续增大, 挡土墙达到刚度极限后,相应位移达到一定限度, 墙砌体将在其薄弱部位产生塑性裂缝, 若位移继续增大, 即引起挡土墙产生局部损坏或整体破坏;说明:寒期内, 各低温冻结时段的不同冻结深度内, 作用于挡土墙背的单位水平冻胀力的大小随冻结深度呈浅弱深强的趋势。
3.1标准冻深非冻胀粘性土,地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中,不少于10年实测最大冻深的平均值,就是标准冻深。
冻深是冬季时自地平面以下冻结的深度。
3.2工程设计冻深设计冻深指工程地址各计算点冻结深度的设计取用值。
Zd=φf*ψd*ψw*ZkZd—设计冻深,mφf-冻深年际变化的频率模比系数φd-日照及遮荫程度影响系数φw-地下水影响系数Zk—标准冻深,mφd=a+bφi式中:φi—典型断面(N-S,B/H=1.0,M=1.0)某部位i的日照及遮荫程度修正系数,阴或阳面中部的φi值的地理位置有图查得a,b—系数φw=(1+αe(-Zw0))/(1+αe(-Zwi))Zw0—邻近气象台的地下水位深度,m对于粘土、重、中壤土,当Zw0>3.0m 时,可取Zw0=3.0m;对于轻壤土、沙壤土,当Zw0>2.5m时,可取Zw0=2.5m;对于砂,当Zw0>2.0m,可取Zw0=2.0m;α—系数Zwi—计算点的地下水位深度,m;可取计算点地面(开挖面)至当地冻结前地下水位的距离。
3.3基础冻深3.4冻胀量在寒冷地区,铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等。
由于土或岩石中产生的冻胀作用,常常使这些构造遭受较大的破坏。
土所产生的冻胀引起道路的冻害。
造成道路破损,因而影响车辆的通行,降低道路的使用寿命。
所谓的道路冻胀,主要是冬季在路基土中沿着温度的降低方向生成了冰晶体形状的霜柱,使路面产生隆起的一种现象。
隧道侧墙的破坏主要由于土中霜柱的作用使土体沿冷却方向的横向产生冻胀,从而使隧道的侧壁,向冷空气侵入的隧道中心轴方向推移,因而沿着侧墙部分的水平方向产生了作用力。
坡面上的冻胀作用是沿着垂直方向发生的。
冻胀作用使道路产生的破坏状态在中央部分冻胀量最大,因而沿路面中心线的纵断方向上产生纵向裂缝。
这种冻胀破坏与冬季期间道路除雪情况以及路面施工接缝情况有密切关系。
施工时在路面中心如果有接缝,则接缝处水平方向的抗拉强度比路面其他部分要小。
3.5冻胀土的分类一般性分类,是对包括工程建筑中常遇到的各类土,考虑土的主要工程地质特征而进行的划分。
这是一种比较全面的综合性分类,其有着重大的理论和实践意义,最常见的土分类就是这种分类,也称通用分类。
局部性分类。
仅根据一个或较少的几个专门指标,或者是仅对部分土进行分类,例如按粒度成分的分类,按塑性指数的分类及按压缩性指标的分类等。
这种分类应用范围较窄,但划分明确具体,是一般性分类的补充和发展。
专门性分类。
根据某些工程部分的具体需要而进行的分类。
它密切结合工程建筑类型,直接为工程设计与施工服务。
如水利水电、地质、工业与民用建筑、交通等部门都有相应的土分类标准,并以规范形式颁布,在本部门统一执行。
专门性分类是一般性分类在实际应用中的补充和发展。
3.6挡土墙的冻胀破坏原因原因主要是基础冻土融化后,土的含水量增大,导致承载能力显著降低,使挡土墙前趾处的地基压力超过地基承载力,挡土墙产生前倾,而前倾后其重心也前移,更加大了前趾的地基压力。
经过数年冬冻春融的循环,最后使挡土墙倾斜甚至倾倒,但土墙的地基因冻土融化而降低了其抗剪强度,如墙身的抗滑稳定性降低,使挡土墙产生位移。
当挡土墙后填土的含水量较大,地下水位较高时冬冻使墙后土体膨胀,产生较大的水平冻胀力,使墙身前倾,甚至倾倒。
墙后冻土水平冻胀力与墙前静水压力的联合作用,使墙身受水平剪力而产生裂缝。
4.挡土墙的抗冻措施将基础底面深埋于冻层以下25 cm,以消除基底法向冻胀力的作用,这是一种常用的简单且防冻效果较好的措施,特别适合我省冻深在1. 8 m以内的地区。
深埋基础虽然消除了基底法向冻胀力,但墙背的法向冻胀力依然存在,所以一般采用重力或半重力式挡土墙。
对于深埋基础工程量大,可采用非冻胀性土换除冻胀性土等换基措施。
如: ①采用隔水封闭法,即将含水量低于朔限的土夯实后,采用朔料薄膜包裹封闭,体内充填纯砂,隔断外来水分补给,置换原来土体; ②在墙基础底板处可以采用铺1 层或2 层泡沫朔料或聚苯乙稀泡沫保温板。
换基可以提高基底与地基的承载力和摩擦系数,增加抗滑稳定性; 同时也可以通过换基切断地下水,防冻害。
由于冻融的影响主要位于挡土墙的前趾,在换基时前趾应大于冻深,后趾可略高于冻深。
在冻层深度较大地区,当地基为黏性土时,采用自锚桩基础比较适宜,但爆孔要求严格,一般用于地下水位低,黏土层较厚的地基。
对于地下水位高且黏土层较薄或卵石层以及淤泥地基,能否采用爆扩需要桩需要现场实验决定。
挡土墙后的回填土如属于黏性土,挡土墙易受水平冻胀力的作用而破坏。
在保证侧向渗径长度的前提下,回填非黏性土或采用铺一层泡沫朔料或聚苯乙稀泡沫保温板,可以消除减小水平冻胀力。
在挡土墙内设排水孔排除墙后填土的水分也是一种有效的防冻害措施。
挡土墙可采用保温法削减或消除冻胀。
由于挡土墙顶部属于双向冻结, 设计时可以在挡土墙填土水平方向和墙背两个方向铺设聚苯乙烯泡沫保温板。
保温板减轻了回填土受冻程度, 降低了冻层深度, 保温板的伸缩性使冻胀力不直接作用在挡土墙上, 有效地消除了冻胀产生的破坏。
保温材料的厚度( 1 /10~ 1 /15) H1, 按回填土冻胀类型设计相应铺设长度。
采取降低墙后填土含水量和墙后地下水位的方法, 可以有效地防止挡土墙产生冻害。
本方法又可以细分为两种方法。
①隔水封闭法。
在墙后一定填土范围内铺设防渗膜, 使水分不能渗透到墙后填土中, 降低墙后填土含水量, 使之低于土壤起始冻胀含水量, 削减或消除冻害。
②排水法。
根据挡土墙的高度, 在墙体设置一排或多排排水孔, 使墙后填土中水分通过排水孔排出, 降低墙后地下水位, 达到消除冻害的目的。
设计排水孔间距一般为2m ~ 3m, 呈梅花状布置, 排水孔直径为6cm ~ 8cm。
排水孔后设反滤料。
参考文献[1]、王英华、陈晓东、叶兴水工建筑物北京:中国水利水电出版社(2004)[2]、中华人民共和国行业标SL211—98 水工建筑物抗冲冻设计规范。