冻土地基与地基处理研究综述

发布时间：2020-08-03 01:15:06 来源：文档文库

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冻土地基与地基处理研究综述

王泽兴

【摘要】寒区工程建设现已成为一种趋势，但在建设工程中，特殊地质问题的解决与处理也成为亟待研究的方向。针对冻土这一特殊地质，对其工程特性分析，对比现有冻土地基处理的方法。发现现大量工程都是采用单一的设计原则去改善地基基础的状态。本文的研究成果可以为处理冻土这一特殊地质地基提供依据。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》

【年(卷),期】2019(000)026

【总页数】2

【关键词】寒区工程；冻土地基；工程特性；地基处理

1 概述

冻土位于温度0℃或低于0℃至少连续存在两年的岩土层[1]。北半球多年冻土区面积约占陆地表面的24%，季节冻土约占30%[2]。多年冻土中有机碳储量相当于目前大气中碳储量的两倍，其中近地表活动层中的碳储量约12%，其中88%位于多年冻土层中[3-4]，仅北极地下3m 深度内的土壤碳储量就占全球土壤碳库的30%-40%[5]。现在，全球变暖导致了多年冻土区的快速变化。

刘洁[6]通过对青藏高原的现状分析，得出要解决青藏高原冻土对地基基础所产生的冻胀、融沉现象，需要在工程前期对此进行勘察，并提出了冻土建筑物地基设计的设计原则：（1）保护冻土的原则；（2）允许融化的原则；（3）融化速率原则。主要从两个方面分析了冻土地基处理的情况。分别是季节的选择和基础结构的处理。程佳[7]等通过现场试验利用石灰桩的放热作用来处理高温岛状冻土地基，从地温、变形、承载力三个方面对石灰桩处理岛状多年冻土的应用效果进行评价，并对石灰桩处理高温岛状冻土地基的施工工艺进行总结。程永锋[8]等通过在冻土地基上进行一个冻融过程的地温监测，研究结果表明：输电线路冻土装配式基础冬季施工，既可在冬季加速地基回冻，又可利用土体自然固结和融沉，提高压实度，从而在暖季减弱热量向地基深部扩散，有利于地基保持冻结。吴彤[9]等通过试验证明了冻土地区桩基础抗拔承载力规范计算方法是可行的。由此可知，改善冻土地基工程特性是目前急不可待的事情。

2 冻土地基的工程特性

冻土地基最明显的特点就是对温度很敏感，特别是现在全球变暖导致多年冻土地基也出现了明显的变化，主要表现体现在冻土的结构、强度与性质，即冻胀和融沉[10]。在冻结状态下，冻土地基具有较低的压缩性或不具压缩性和较高的强度等工程特性。但在全球变暖的现状下，冻土地基承载力降低，压缩性变化较大，使地基产生融陷冻胀。

冻土融化，其内部结构与体积会发生激烈变化，使土体在相对原来的受力状态下产生沉陷变形，同时土体空隙中的水也会排除，进一步造成土体密实。但是含冰量高的冻土地基，在融化后，土体会变成稀泥土，造成地基大幅度沉降，直接影响地基上层的建构筑物。多年冻土地区，融沉和冻胀问题都比较严重，所以要修建工程难度很大。

3 冻土地区不良地质处理措施

冻土不良地质预防与处理的目的是基于改变自然状态下的冻土，来消除产生危害的根源，从而避免危害的产生。行业内部常常对冻土地基进行夯实处理，但此方法局限性大。施工上主要采取的措施有以下几种：垫高基础、强制循环制冷桩以及通风基础等。垫高基础要求提供平整的场地，这样可以保证因为不均衡导致的热量从冻土地基导出，从而确定冻土状态的稳定；强制循环制冷桩可以通过将冻土与道路基础使用桩基隔离开来，并铺设绝热材料来防止冻土地基不良危害的产生；通风基础要综合考虑路基路面的荷载，以自然通风为主，强制通风为辅。通过这几种措施的对比，可以得出通风基础应用更广泛，操作性更强。此外，采用一些防治措施也很有必要，比如热棒技术、采用隔热保温材料以及热棒与隔热保温材料联合应用等方法。

4 结论

本文通过对冻土地基工程特性的分析以及对不同地基处理方法的对比，得出以下结论：

4.1 现有的大量实践证明，在处理冻土地基冻胀、融沉现象时，采取的措施高于单一，顾此失彼，应综合考量，提出更加科学有效的措施。

4.2 应加大对复合地基应用的研究，针对不同环境下的冻土地基采取适合的方式，因地制宜。

总之，冻土不良地基的处理预防应根据相应的环境来开展实施，综合考虑各种情况，以保证在冻土地区的公路正常运行，为实际工程提供经验。

参考文献

[1]秦大河,姚檀栋,丁永建,等.冰冻圈科学辞典[M].北京：气象出版社，2016.

[2]Zhang T, Barry R G, Knowles K, et al. Statistics and characteristics of permafrost and ground-ice distribution in the Northern Hemisphere[J]. Polar Geography, 1999,23(2)：132-154.

[3]Zimov S A, Schuur E A G ,Chapin F S. Permafrost and global carbon budget[J]. Science,2006,312(5780)：1612-1613.

[4]Tarnocai C, Canadell J G, Schuur E A G, et al. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region [J/OL]. Global Biogeochemical Cycles ,2009,23(2)[2018-12-08].

[5]Ping C L, Jastrow J D, Jorgenson M T, et al. Permafrost soils and carbon cycling [J]. Soil ,2015,1(1)：147-171.

[6]刘洁.浅谈青藏高原冻土地基基础处理[J].四川水泥,2016(9)：267.

[7]程佳,赵相卿,金兰,孟进宝,蔡汉成.石灰桩处理岛状多年冻土地基现场试验研究[J].铁道工程学报,2019,36(1)：17-20，37.