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冻土地基特性及施工要点分析

2015-07-13 180 0

我国幅员辽阔，在青藏高原等地区具有大量的冻土层，而在东西部的高山顶部，由于温度较低，也存在大量的冻土层。冻土是一种温度低于零度的土层，其中往往含有固态的冰和土，按照不同的分类方法，可以将其分为瞬时冻土、多年冻土和季节冻土，而根据形成的自然条件，可以将冻土层分为高海拔多年冻土等几种。在建筑建设中，冻土层对施工具有很大的影响，因此，需要详细了解其特性，然后制定相应的施工方法。
　　1 冻土地基的施工特性
　　冻土具有多种工程特性，大概包含物理特性、融沉性和力学特性等几种，根据冻土的特性进行建筑施工，能够更好的保证建筑的质量。
　　1.1 冻土的物理特性
　　首先是含水量，冻土中含有大量的水分，含水量指的是冻土中所有的冰同土骨架的质量之比以及不冻水和土骨架的质量之比的总和。然后是冻土中的含冰量。冻土中的水分不完全是冰，同时还含有一定的未冻水，因此，衡量冻土中的含冰量不能直接测量冻土融化后的含水量，需要对其进行具体的分析，例如相对含冰量和体积含冰量等。不同的分类需要不同的测量方法，相对含冰量指的是冻土中冰的质量同所有水分的总质量之比，而体积含冰量则是将冻土中的冰的体积同冻土的总体积进行对比。
　　1.2 冻土的力学特性
　　冻土的变形特性同其他种类的土相比，主要的差别在于冰的含量。冰含量的多少对土质的力学特性具有重要影响，随着温度的降低，冰的强度也逐渐增强，此外，冰中结构的变化，也会影响到冻土的力学特性。冰的强度还会随着应变速率的变化而变化，从而导致冻土的特性也随着变化，主要表现为由塑性变为脆性，这些特性都是由冰的特性变化引起的。冻土的强度受外界条件的影响较大，像温度、压力等。假如温度降低，冻土的强度也会随之变强，当荷载的时间延长时，能够使颗粒间的胶结冰产生较强的塑流性，从而使之具有了流变性，这样会使冻土具有瞬时的较大强度，然而却使其长期的强度减小。此外，应变速率的变化也会影响冻土的强度，主要表现为由塑性向脆性转变。
　　冻土的强度还受到围压的影响，这是冻土强度不同于其他类型土的一个重要表现。冻土的强度随着围压的变化，呈现一种相反的趋势，当围压较大时，冻土强度随着围压的升高而降低，而当围压较低时，冻土的强度反而随着围压的降低升高，这与其他类型的土的特性完全不同。
　　1.3 冻土的冻胀性
　　在季节性的冻土区或者多年的冻土区，当温度降低到一定程度时，冻土中的水分就会逐渐形成冰冻颗粒，然后逐渐向着正冻带转移，填充其中的空闲区域，一般情况下，当冻土中的水分凝结成冰后，体积会增大百分之九，当冻土的体积膨胀到一定程度时，就会造成颗粒之间的相对位移，从而造成冻土的冻胀。冻胀的严重与否主要取决于土中的未冻水分迁移的数量，假如温度持续降低，导致冻土中的水分逐渐转移，从而增大冰冻层的厚度，这样就会使冻胀更加严重。
　　冻胀的主要影响因素有：土颗粒中矿物的成分、土中的含水量、颗粒的大小以及冻结的条件和外部环境等。一般情况下，颗粒较大的土层不易出现冻土层，然而，随着时间的延长，土中较大的颗粒逐渐减少，分解成较小的颗粒，从而使土的粘性逐渐增加，导致土的冻胀性逐渐增强。土中含有丰富的矿物物质，其中的亲水物质能够大量的吸引水分，从而增强冻土的冻胀性。
　　2 施工工艺及其方法
　　2.1 施工工艺
　　首先，在施工前，需要对钻机进行选择，根据施工场地的具体情况，选取合理的钻机，然后在进行桩基施工时，通过旋挖钻机成孔施工工艺，保证施工的正常进行，防止影响施工进度。然后是施工前的准备。充足准备能够使施工进行的更加顺利。首先，需要进行测量和放样，明确每个桩的位置及其所需要挖掘的深度，误差允许范围为≤±5cm，这样能够保证施工的安全进行，此外还可以设置相应的防护措施，使检测标高和桩中心更加方便。为了尽量减少钻孔对场地的影响，可以采用以填代挖的方法。然后是护筒的埋设。按照设计的要求将护筒埋入到一定深度，然后在其表面涂抹一层渣油，防止其外面被腐蚀。在施工完成之后，将护筒保留在施工现场，这样能够很好的减少冻土对桩基础的拔力，此外，还能减少外表面对水的亲和力。然后，将钻机就位。钻机采用自动化系统，在开钻之前，将其调整到正确位置，然后将机架杆调垂直，减少钻机机杆的晃动。钻机就位后进行钻孔工作，在钻孔的过程中，时刻观察土质的特点，然后采用合适的钻头。旋挖钻机是将旋挖钻头切入到土体中，然后利用钻头的挤压将土挤入料斗中，最后提出地表，装入运装车中运走。
　　2.2 冻土地基工程的施工方法
　　冻土地基工程的施工方法包括冻土地基的工程防护及其改造。在我国的现阶段工程施工中，主要是采取防护和改造，而对于冻土的利用尚未实现。在进行冻土施工时，冻土的主要危害是冻胀和融化下沉，这样会导致建筑物的不均匀下沉，甚至造成建筑物的倒塌。
　　对冻土的防护和改造主要是为了消除或者预防其危害的产生，主要方法包括架空通风基础和铺设隔垫层及各种热桩等。
　　冻土的改造主要是为了消除冻胀和融沉特性，从而使工程正常进行，并保证建筑物的建设质量。目前采用的方法主要有换填法和物理化学法。换填法是使用较为广泛的一种方法，就是用粗砂等防冻性较好的材料置换掉土体材料，从而减少地基的冻胀性。物理化学法则是根据冻胀产生的原因，交换阳离子和盐分，从而影响冻土的地基规律，主要措施是在冻土中加入一定量的可溶性无机盐，用憎水物质减少土体对水分的亲和性，从而减少水分的聚集。物理化学方法是一种比较简单的防护措施，同时成本较低，是目前采用较为广泛的一种方法。
　　3 结束语
　　综合上述所说，在进行冻土施工时，需要综合考虑土中水分的多方面来源，在保证给水安全的基础上，从材料和管理等方面保证工程的质量，减少成本的消耗，增加企业的收入。
　　参考文献
　　[1]葛云峰.冻土地基及地基处理[J].科技传播，2013（18）：105.
　　[2]菅志伟.利用热棒技术处理冻土地基[J].建筑工程技术与设计，2014（12）：26-26.
　　[3]张立强，邹驰.关于冻土地基的几点思考[J].林业科技情报，2013，45（2）：134-135.

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