柳俊哲冻土(低温建筑技术).docx

季节性冻土的冻胀因素及其分类单炜 1 张玉富 1,2 柳俊哲 1（1.东北林业大学土木工程学院,哈尔滨, 150040; 2.黑龙江省交通科学研究所,哈尔滨, 150070）摘要：本文对公路桥涵季节性冻土冻胀的影响因素进行了分析,并利用冻胀率进行分类供防冻害设计时进行参考 关键词：季节性冻土；影响因素；冻胀率；分类STUDY ON INFLUENCEAFCTOR OF FROS-THEAVEANDCLASSIFICATIONS FOR SEASONAL FROST SOILSSHAN Wei1 ZHANG Yu-fu1,2 LIU Jun-zhe1(1.School of Civil Engineering, Northeast Forest University, Harbin, 150040; 2.Heilongjiang Communications ScienceResearch Institute, Harbin, 150070)Abstract: In this paper, the analyses on influencing factor of frost heave are being conducted in the light of seasonal frost soils for highway projects. In the meantime, the classification of seasonal frost soils for highway-bridge are presented for the design of frost damage preventionKey words: seasonally frozen ground; influencing factors; frost heaving ratio; classification⑵为水w标准差 S：S = t 4偏差系数C:V0 前言影响土的冻胀性因素很多，如土的颗粒组成、 土的矿物成分、含水量、土体密度、土中温度及 梯度等，但归纳起来主要有三个方面，即通常所 说的土、水、温三大要素。

就其过水的桥涵结构 物地基土而言，水是影响冻胀的主要因素，而其 多寡又是决定冻胀强弱的重要条件因此，我们 在研究公路桥涵地基土冻胀时，把水分，尤其是 地下水对其冻胀的影响作为主要研究内容试验 选择常见且冻胀性较强的粘土、亚粘土和细砂在 庆安冻土科学试验站做不同含水量、不同地下水 位条件下的原形冻胀试验重点观测气温、地温、 土中温度、冻结深度、地表冻胀、分层冻胀、土 中含水量和地下水位等庆安冻土科学试验站， 地处黑龙江省中部，小兴安岭西麓，北纬 46° 53',庆安县城郊格木克河旁，位于I 2、I'和II 2公路自然区划交界处，面积约6000 m?土质为 粉性土，沿河滩方向由低往高粉土层厚4~6m ；相 应断面土中含水量多年平均值为 28.8~37%，相应 地下水位多年平均值为20~200 cm；多年平均气温 1.7°C，多年平均冻结指数2363度日，最低气温 -42r；多年平均冻胀量397 mm,最大冻胀量达437 mm；多年平均冻胀率34.4%，最高冻胀率38.2%, 是防治工程冻害方面试验研究的理想场地1 冻胀的影响因素分析1.1 土中含水量对冻胀的影响国内很多资料表明，土中冻前含水量对冻胀有一定影响，但不是全部水分，而是超出起始冻胀含水量的水分，其关系式用下式表达：n =a（w-w） ⑴p式中：n为冻胀率（％）； w为冻土层内冻前平均 含水量（％）； w为起始冻胀（相当塑限）含水量P（%）； a为系数。

关于系数a，目前各家取值不一如中国科 学院兰州冰川冻土研究所、哈尔滨建筑工程学院 和黑龙江省低温建筑科学研究所等是根据理论计 算给值，即考虑粘土在封闭系统情况下最大可能 产生的平均冻胀率n :1.09丫 ( ) 08()n = d V - w 丿沁 0.8 w - w 丿2y p pw式中：Y d为土的干容重（1500 婕/m3） ；Y 容重另一些单位和学者则根据室内试验提出 a 值如大庆油田设计院取a为0.67，建工部建筑 研究院取a为0.3为此，我们也按（1）式关系，分析整理了现场试验资料，如表1所示算术平均值«为:&仝巳=0.36ni=1£ (-訂i=0.068n — 1作者简介:单炜（1965-），男，内蒙人，东北林业大学副教授，从事道路工程的科研、设计与监理工作表1 粘性土a值资料 编号Z (cm)n (%)W-Wi pa .i资料 编号Z (cm)n (%)W-Wi pa .i11204 816 70 29201702 99 10 322JL厶U101 • O5 1JL U. f16 70 31厶u211713 16 8u • 0—0 463120』*丄5 416 7vy * J 丄0 32221713 26 80 4741355 511 10 50231255 017 50 295135J * J5 411 1Vy * J Vy0 4924丄厶丿125J * Vy5 0JL / *17 50 296135j * I5 011 10 45251254 617 50 267JL Q J129J * vy3 613 9vy * 1 J0 261106 012 30 498129J * VZ3 6丄j *丿13 9U.—U0 2627138U.U5 0JL — * J13 40 3791"4 813 80 3528丄j 01384 913 40 37101215 013 80 3629JL O1384 413 40 3311丄厶丄121J * Vy5 313 8Vy * J vz0 3230丄J <31133 510 9Vy * J J0 32121552 5丄j • 06 8vy * J O0 37J vy31丄丄j1133 510 90 32131552 36 80 34321133 710 90 34141552 06 80 29331344 915 20 3215150厶.u2 5u. 06 30 40341345 2JL J * —15 2u • 0—0 3416丄Q V1502 76 30 43351345 015 2vy * J 10 33171503 06 30 48361414 814 20 34181703 09 10 33371414 614 2ky * J 10 32 19 170 30 91 033 J i 38 141 51 142 036 sC==二 0.189 (18.9%)v a保证率为95%的a值：a = a + 1.645s = 0.47因此 n =0.47(W-W) ⑶根据⑶式计算粘性土冻胀分类含水量界限 值，并参照有关资料做部分修正。

i类不冻胀土 n W1即 W-W W 1/0.47则 WWW +2.1取 WW W +2II类弱冻胀土 115 亦即W>W +32p1.2 地下水对冻胀的影响如前所述，地下水埋藏深浅对土的冻胀影响 很大，对于这方面许多文献作过很好论述为定 量分析地下水与桥涵基土的冻胀关系，我们对庆 安冻土科学试验站多年的试验资料（包括粘性土 数据159组、细砂数据51 组）进行分析 粘性土的冻胀率与地下水位的关系如下：k 二 a expbz 二 35.1e-0.019z （4）dR 二 0.88 F = 410.74 >f =6 810.01细砂的冻胀率与地下水位的关系，可用⑸式表示k 二 a + bIn z 二 24.2 - 5.2ln z （5）dR = 0.87 F 二 391.62 >F =7.20.01式中：Z为冻前地下水位（cm）；其它符号意义同 上。

根据⑷、⑸式分别计算粘性土、细砂的冻胀 分类地下水界限值及推荐值如表2 所示2 公路桥涵工程季节性冻土分类综上试验结果，重点考虑地下水、冻前土中 含水量对土冻胀的影响，学习借鉴有关冻土分类 方法，我们本着简便适用的原则，将公路桥涵工 程季节性冻土按其冻胀性（冻胀率）划分五类： 不冻胀（n W1%）、弱冻胀（1%2 0>1 5>1 0>0 5W0 5细砂计算值0 870 540 330 06V0 06 推荐值 >10>0 6>0 4>01W0J表3季节性冻土分类土的名称冻前土的天然含水量W（%）冻结期间地下水位低于冻结线的最小距离 hw（m）冻胀类别岩石、碎石土、砾砂、粗砂、中砂（粉粘 粒含量<15%） 不考虑不考虑不冻胀W<12(Sr<0.5)>1.5不冻胀W1.5碎石土、砂砾、粗砂、中砂（粉粘粒含量>15%）12VWW18(0.5VSr<0.8)>1.5弱冻胀细砂、粉砂粘性土W>18(Sr >0 8)WW1414VWW19<1. 5>1 5—<1.5——>10—1 02Z>0.60.6NZ>0.40.4$Z>0.1<0 1―>10—1. 0 三 Z>0.60 6三7>0 4<0 4冻胀■强冻胀 不冻胀 弱冻胀强冻胀W>19WWWp+2Wp+2VWWWp+8Wp+8VWWWp+15Wp+15VWWWp+32>1.010二7>0 6<0 6>2.。