季节性冻土地基处理方案及实例

季节性冻土地基处理方案及实例

宋明德

甘肃赛普项目管理有限责任公司甘肃定西743000

摘要：季节性冻土具有冬季冻结和夏季融化的特性，其工程特性表现为冻胀及融陷，对建筑物地基影响较大，本文结合工程实例，探讨了季节性冻土的地基处理方案。

关键词：季节性冻土；地基处理；工程实例

季节性冻土是指按冻结状态持续时间，地壳表层冬季冻结而在夏季又全部融化的土。依据土的类别、冻前天然含水率、冻结期间地下水位距冻结面的最小距离、平均冻胀率划分为不冻胀、弱胀冻、胀冻、强胀冻、特强胀冻五级。

季节性冻土作为建筑物地基，在冻结状态下，具有较高的强度和较低的压缩性或不具压缩性。但融化后地基承载力大为降低，压缩性急剧增高，使地基产生融沉；相反，在冻结过程中又产生冻胀，对地基不利。冻土的冻胀和融沉与土的颗粒大小及含水量有关，一般土颗粒愈粗，含水量愈小，土的冻胀和融沉性愈小，反之则愈大。季节性冻土具有周期性融化、冻结现象，对地基的稳定性影响较大。

某易地扶贫搬迁项目按照规划及设计要求共建住宅41户，均为一层砖混结构，每户住宅由房屋、围墙及大门组成。该项目已交工两年有余，住户均已入住。但大门在冬季由于地面隆起导致大门不能顺利开启，进入春季地面下降，大门可正常使用，但大门和围墙连接处及大门门洞已出现裂缝及破损现象。分析原因，该现象为地基土冻胀引起。

一、场地地层概况

根据野外钻孔编录，结合室内土工试验分析，场地地基土由耕土层①、粉

质粘土层②组成，各层土特征描述如下：

耕土层①（Q4ml）：黑褐色，不均匀，稍密，稍湿，结构疏松，富含有机质及植物根系，密实程度较差。层厚0.50-1.00m。

粉质粘土层②（Q42al）：灰褐色，均匀，湿，呈可塑状态，局部可见砂砾石颗粒和生物碎屑，含植物根系，水平层理，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。最大揭露厚度9.50m，最大揭露深度10.00m。

二、水文地质条件

场地最大揭露深度为10.00米，未发现地下水。

三、原因分析

1、地基土内水份在冬季由于温度降低结冰导致体积增大，引起地面膨胀，进入春季由于温度升高，地基土内冰体消融导致体积变小，引起地面缩减。本场地情况符合地基土冻胀概念。

2、场地内粉质粘土层②含水量大，其含水量ω（%）介于21.9%-24.6%，平均值为23.1%，塑限含水量ωp（%）介于16.9%-181%，平均值为17.5%，依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-211)的有关规定，该地基土为冻胀等级为Ⅲ级，冻胀类别为胀冻，易引起地基土冻胀。

3、场地海拔高度较高，介于2070-2080m，冬季天气较冷，平均气温低于-10℃，是地基土冻胀的外部原因。

四、地基处理深度确定

由于拟建场地位置较为偏僻，没有当地气象资料参考，依据拟建场地海拨高度较城区（标准冻结深度1.00米）高350米左右推断，当地标准冻结深度为1.20米，因此地基处理深度按照1.20米计算。

五、地基处理的几种措施

根据以上分析，大门冬季隆起现象是由于冻胀原因引起，其处理措施有以下几种：

1、保温：对大门周边挖槽，采用炉渣及砂砾石回填，但基槽开挖深度较大，其处理效果不很明显。

2、排水：大门出现冻胀现象和粉质粘土层含水量较大有关，采用排水措施可以在一定程度减缓冻胀现象的发生，但粉质粘土层渗透系数很低，需较长时间才能达到排水要求，采用渗透系数较高的粗砂可以有效解决粉质粘土层的排水问题。

3、换填：粉质粘土层易冻胀原因和其黏粒含量较大有关，采用不易冻胀材料（如粗砂）进行换填，可以有效降低冻胀现象的发生,但由于住宅大门已完工，换填深度达到冻结深度1.20米，其密实度及和基础结合部的施工存在难度，对大门基础存在一定安全隐患，且处理费用较大。

4、注浆：采用洛阳铲或冲击钻成孔，然后注入带压水泥浆，其优点是可以对部分土体利用水泥浆进行固定，减少地基土涨缩现象的发生。但地基土为粉质粘土，渗透系数很低，水泥浆扩散速度及扩散效果均较差，处理效果不理想。

六、地基处理方案的确定

根据以上分析，结合场地实际地质情况，最终选定采用排水及换填方式进行处理。

1、排水及换填材料：采用经淘洗的粗砂，要求大于2mm粒径的质量不应小于总重量的50%。其主要原因是利用粗砂渗透系数较高来增强粉质粘土的排水性能，利用粗砂较大的空隙率减缓粉质粘土的冻胀及融沉。

2、处理宽度（见图1）：大门两层各处理600mm，总处理宽度为1200mm。大门基础底面宽度为600mm，为保证处理效果，在大门基础两侧各增加300mm。

3、换填厚度（见图2）：粗砂换填厚度按照300mm计算。其主要原因是大门已完工，过大的换填深度会对基础安全造成影响。

4、处理深度（见图3）：处理深度是按照场地估算的标准冻结深度1.20m来确定的。地面开挖300mm后采用洛阳铲或冲击钻成孔，其深度为900mm，然后用粗砂回填至-300mm，然后整场地用粗砂回填。

5、钻孔处理间距（见图3）：大门内侧钻孔间距为800mm，大门外侧间距为900mm，钻孔直径为100mm。

6、处理要求：换填及排水所用粗砂均应夯实，地表用水泥砂浆抹平。

七、处理效果

根据以上方案对场地大门进行了处理，经过一个冬天的检验，未出现冬天大门开启困难，大门和围墙连接处及大门门洞已出现裂缝及破损现象未发展，说明处理效果良好。

八、小结

含水量较大的粉质粘土作为建筑物地基在气温较低的冬季比较容易出现冻胀现象，进入春季又会出现融沉现象，经多次重复，对基础安全影响较大，甚至会危及基础安全。本实例说明采用渗透系数和孔隙率较大粗砂对已出现冻胀现象的粉质粘土地基进行处理是可行的，也是比较经济的。

参考文献：

[1]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年版；

[2]《冻土工程地质勘察规范》（GB50324-2014）；

[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；

[4]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；

[5]《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）；

[6]《工程地质手册》第四版