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        淺析季節(jié)性凍土地區(qū)工程建設(shè)基礎(chǔ)合理淺埋的可能性

        2015-06-03 22:16:12郝曉琴
        關(guān)鍵詞:影響因素

        郝曉琴

        摘 要:該文主要分析了季節(jié)性凍土對(duì)工程建設(shè)的危害、引起土的凍脹現(xiàn)象機(jī)理、不利影響,以及防治凍脹危害的主要工程措施;影響凍脹的土、水、外界氣溫等因素;對(duì)場(chǎng)地土凍結(jié)深度的影響因素,在對(duì)于深厚季節(jié)性凍土地區(qū)(凍結(jié)深度大于2m),基礎(chǔ)合理淺埋在保證建筑安全方面實(shí)現(xiàn)的可能性,基礎(chǔ)底面下允許凍土層最大厚度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。沒(méi)有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的可按現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中由地基土的凍脹性、基礎(chǔ)形式、采暖情況、基底壓力所確定的基底允許凍土層最大厚度有關(guān)數(shù)據(jù)資料查取。

        關(guān)鍵詞:凍脹機(jī)理 影響因素 安全合理的基礎(chǔ)淺埋

        中圖分類(lèi)號(hào):TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)03(c)-0074-01

        季節(jié)性凍土的凍脹性對(duì)工程建設(shè)的不利影響:發(fā)生凍脹時(shí),使路基隆起,路面鼓包、開(kāi)裂或錯(cuò)縫折斷。引起建筑物的開(kāi)裂、傾斜甚至倒塌。而發(fā)生融陷后,路基路面變軟或翻漿,也會(huì)使建筑物發(fā)生不均勻的沉降或下沉,或使建筑物開(kāi)裂破壞。

        導(dǎo)致土的凍脹現(xiàn)象機(jī)理:當(dāng)大氣季節(jié)性降溫時(shí),大氣負(fù)溫進(jìn)入土中,將土中的水變成冰晶體,伴隨氣溫的不斷降低,弱結(jié)合水的最外面開(kāi)始凍結(jié),不斷擴(kuò)大冰晶體,使冰晶體附近土粒的結(jié)合水膜變薄,土粒會(huì)產(chǎn)生剩余的分子引力,此外,因結(jié)合水膜變薄,增加了水膜中的離子深度,從而形成滲透壓力。通過(guò)兩種力的共同作用,下臥沒(méi)有凍結(jié)區(qū)水膜較厚處的弱結(jié)合水被吸引到水膜較薄的凍結(jié)區(qū)凍結(jié),增大了冰晶體,且繼續(xù)存在不平衡引力。若下臥沒(méi)被凍結(jié)區(qū)有水源和一定的補(bǔ)給來(lái)源(毛細(xì)通道),補(bǔ)充源源不斷的水到凍結(jié)區(qū),這樣未凍結(jié)區(qū)的水會(huì)不斷遷移和積聚到凍結(jié)區(qū),不斷擴(kuò)大冰晶體,凍夾層也逐漸形成,土體也隨之而隆起,凍脹現(xiàn)象因此產(chǎn)生。

        引起融陷現(xiàn)象機(jī)理:受季節(jié)影響,氣溫回暖,土層開(kāi)始解凍,積聚在土中的冰晶體融化,土體發(fā)生下陷,此現(xiàn)象即融陷現(xiàn)象。

        有三方面因素會(huì)影響凍脹。

        (1)土的因素。細(xì)粒土中通產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象,粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂等毛細(xì)現(xiàn)象較為顯著,具有上升高度較大的毛細(xì)水,且有較快的上身速度,水源補(bǔ)給通暢,同時(shí),土有較細(xì)的顆粒,具有較大的表面能,土中礦物成分有較強(qiáng)的親水性,含有的結(jié)合水較多,因此能遷移和積聚大量的結(jié)合水。但粘土因有很小的毛細(xì)空隙,對(duì)水分遷移有很大的阻力,水源補(bǔ)給通道不暢,故存在很小的凍脹性。故在現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011附錄G表G.0.1下標(biāo)注:“3.塑性指數(shù)大于22時(shí),凍脹等級(jí)降低一級(jí);4.粒徑小于0.005mm的顆粒含量大于62%,為不凍脹土?!睂?duì)于粗顆粒土,結(jié)合水很少或者不存在,自由水在空隙中凍結(jié)后,水分的遷移和積聚不會(huì)發(fā)生,且砂礫中幾乎沒(méi)有毛細(xì)現(xiàn)象,所以凍脹現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。

        (2)水的因素。因水分的遷移和積聚導(dǎo)致了土層發(fā)生凍脹,凍結(jié)區(qū)附近如果有較高的地下水位,且毛細(xì)水上升高度能夠達(dá)到或接近凍結(jié)線,使外部水源能補(bǔ)給給凍結(jié)區(qū),則凍脹會(huì)很強(qiáng)烈。

        (3)外界氣溫的影響。當(dāng)氣溫突然下降,且有很大的冷卻強(qiáng)度時(shí),土的凍結(jié)面向下推移比較迅速,也就是有很快的凍結(jié)速度,這樣冰夾層在土層中看不到,看到的只是分布在空隙中的冰晶體,這是形成的凍土凍脹現(xiàn)象不明顯。如果氣溫下降緩慢,有很小的冷卻強(qiáng)度,但有很長(zhǎng)的負(fù)溫持續(xù)時(shí)間,則明顯的閑夾層會(huì)在土中形成,凍脹現(xiàn)象明顯。

        三方面影響地基土的凍脹因素證明:在負(fù)溫的持續(xù)作用下,有較高地下水位的粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂等土層的凍脹危害通常都是很大的。為了用科學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算地把土的凍脹性評(píng)價(jià),根據(jù)其土的類(lèi)名、凍前天然含水量ω、凍結(jié)期間地下水位距凍結(jié)面的最小距離hw,把地基土按凍脹性分類(lèi),并確定凍脹等級(jí):Ⅰ級(jí)不凍脹土、Ⅱ級(jí)弱凍脹土、Ⅲ級(jí)凍脹土、Ⅳ級(jí)強(qiáng)凍脹土、Ⅴ級(jí)特強(qiáng)凍脹土。

        主要防治凍脹危害的工程措施為:將構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面置于當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度以下。因此在現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011的地基計(jì)算中對(duì)季節(jié)性凍土地基的場(chǎng)地凍結(jié)深度zd有明確的計(jì)算公式:zd=z0·ψzs·ψzw·ψze。根據(jù)當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度z0按地基土的類(lèi)別、凍脹性和環(huán)境條件進(jìn)行修正。其中ψzs——土的類(lèi)別對(duì)凍結(jié)深度的影響系數(shù),因巖性不同、土的顆粒的粗細(xì)不同,導(dǎo)熱系數(shù)有所不同,當(dāng)其他條件相同時(shí),粗粒土比細(xì)粒土的導(dǎo)熱系數(shù)大,其影響的凍深也大,見(jiàn)表1。ψzw——土的凍脹性對(duì)凍結(jié)深度的影響系數(shù),由于土中水在相變時(shí)要放出大量的潛熱,而凍脹土凍結(jié)的過(guò)程是放熱的過(guò)程,放熱減緩了凍深的發(fā)展速度,因此凍深相對(duì)變淺,見(jiàn)表2。ψze——環(huán)境對(duì)凍結(jié)深度的影響系數(shù),見(jiàn)表3。

        季節(jié)性凍土地區(qū)基礎(chǔ)埋置深度宜大于場(chǎng)地凍結(jié)深度。對(duì)于深厚季節(jié)性凍土地區(qū)(凍結(jié)深度大于2m),當(dāng)建筑基礎(chǔ)底面土層為不凍脹、弱凍脹、凍脹土?xí)r,基礎(chǔ)合理淺埋在保證建筑安全方面是可以實(shí)現(xiàn)的,埋置深度可以小于場(chǎng)地凍結(jié)深度,基礎(chǔ)底面下允許凍土層最大厚度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。沒(méi)有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的可按現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中由地基土的凍脹性、基礎(chǔ)形式、采暖情況、基底壓力所確定的基底允許凍土層最大厚度有關(guān)數(shù)據(jù)資料查取。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2000.

        [2] 國(guó)標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011[S].

        [3] 工程地質(zhì)手冊(cè)[M].4版.北京:中國(guó)建筑出版社,1970.

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