凍土線路地基與基礎(chǔ)處理方案

1、 內(nèi) 容 提 要輸電線路經(jīng)過凍土地區(qū)，進行詳細的地質(zhì)調(diào)查和收資，掌握沿線凍土性質(zhì)、融沉等級、地溫分布、水文地質(zhì)情況、季節(jié)凍結(jié)層的凍漲等級是關(guān)鍵。季節(jié)性凍土地段,存在于本工程河谷、河漫灘、地下水埋藏較淺的地段,最大凍結(jié)深度范圍內(nèi)的粉土、粘性土及粉砂具有凍漲性，凍漲級別為凍漲-強凍漲。本專題結(jié)合呼倫貝爾地區(qū)季節(jié)性凍土地段的特點和我院在同類地基上基礎(chǔ)防凍設(shè)計的經(jīng)驗，對季節(jié)性凍土地區(qū)基礎(chǔ)型式及地基處理方案進行了分析研究，在凍漲土地基選擇了梯形斜面基礎(chǔ)，在強凍漲且地下水位很淺的跨河及沼澤地段，淺基礎(chǔ)無法施工的塔基，選擇了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。多年凍土地段，根據(jù)呼倫貝爾地區(qū)多年凍土的類型、埋藏深度、融沉等級，提

2、出了地基與基礎(chǔ)的處理方案，在弱融沉的多冰凍土地基，采用了施工運行期允許融化的設(shè)計原則，推薦采用了梯形斜面基礎(chǔ)，地基基底進行了清除多冰凍土的措施，防止地下冰融化導(dǎo)致的基礎(chǔ)下沉。在屬融沉等級的富冰凍土地基，采用保持地基凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計原則，利用凍結(jié)狀態(tài)的多年凍土作地基，選擇了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。目 錄1呼倫貝爾段凍土分布及特點12 季節(jié)性凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計22.1凍漲對送變電工程造成的危害 22.2季節(jié)性凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計的主要原則42.3季節(jié)性凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)通常采取的處理措施42.4季節(jié)性凍土地段地基與基礎(chǔ)處理方案52.5季節(jié)性凍土地段地基與基礎(chǔ)處理方案的選擇83多年凍土地區(qū)線

3、路地基與基礎(chǔ)設(shè)計 93.1多年凍土融沉對送電線路造成的危害 103.2多年凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計的主要原則 113.3多年凍土的融沉性分析 113.4多年凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計方案 153.5多年凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計方案的選擇 154結(jié)論性意見161 呼倫貝爾段凍土分布及特點 本工程線路穿行于呼倫貝爾市的鄂溫克旗、新巴爾虎左旗，穿越大興安嶺，屬嚴寒地區(qū)。河谷、河漫灘及地下水埋藏較淺地段范圍內(nèi)的粉土、粘性土以及粉砂均具凍脹性，級別為凍脹強凍脹,最大凍結(jié)深度3.12m，屬季節(jié)性凍土。在上述區(qū)域的局部地段存在多年凍土，多年凍土主要分布于惠騰高勒河谷灘地及哈拉哈河谷灘地、階地，長度約5.

4、6km。其次零星分布于背陰山坡處。屬于高緯度多年凍土，呈島狀分布，整體及層狀構(gòu)造，類型主要為多冰和富冰凍土， 凍土一般厚度在15m,上界為36m，下界為410m。根據(jù)我院調(diào)查資料，該凍土層融沉類別為弱融沉融沉。多年凍土是凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)多年而不融的凍土,多年凍土常存在于地面下的一定深度，其上部接近地表部分，往往亦受季節(jié)性影響，冬凍夏融，此冬凍夏融的部分常稱為季節(jié)凍融層。因此,多年凍土地區(qū)常伴有季節(jié)性凍結(jié)現(xiàn)象。根據(jù)國家電網(wǎng)公司500kv呼倫貝爾-遼寧直流送電線路工程(呼倫貝爾段)設(shè)計招標文件的有關(guān)要求，針對線路所經(jīng)地區(qū)凍土地段的地形、地質(zhì)、水文、施工條件、塔位分散等特點，借鑒建筑部門在凍土地區(qū)進行工

5、程建設(shè)的經(jīng)驗，充分認識沿線凍土的類型、危害程度，掌握其發(fā)生、發(fā)展的科學規(guī)律。通過對沿線凍土工程地質(zhì)條件及凍土地基的調(diào)查，采取合理的處理措施和方法。本專題針對季節(jié)性凍土、多年凍土兩類不同類型凍土的特點，進行地基與基礎(chǔ)的設(shè)計分析研究，選擇合理的基礎(chǔ)方案及處理措施,確保線路的可靠運行。2 季節(jié)性凍土地段地基與基礎(chǔ)的設(shè)計2.1 凍漲對送變電工程造成的危害本工程地處高寒地區(qū),送電線路凍土地區(qū)地基與基礎(chǔ)的防凍漲處理是至關(guān)重要的,設(shè)計中務(wù)必給予足夠重視。在呼倫貝爾凍土地區(qū)輸變電工程多次發(fā)生建、構(gòu)筑物的凍漲破壞，均屬基礎(chǔ)設(shè)計及施工不當造成。凍漲對送變電工程造成的危害主要案例如下所述：呼倫貝爾的根河市處于大興安

6、嶺地區(qū)，110kv變電站于2003年建成投產(chǎn)。2005年主建物及設(shè)備支架，因凍漲導(dǎo)致墻體開裂、設(shè)備支架傾斜，嚴重影響了變電站的正常運行。經(jīng)對本次凍害的調(diào)查分析表明，在基礎(chǔ)設(shè)計中，雖然考慮了將基礎(chǔ)埋置深度埋在了標準凍結(jié)深度之下，但是沒有采取消除切向凍漲力的措施，是導(dǎo)致這次凍漲事故發(fā)生的主要原因。（見圖一） 圖一海拉爾至牙克石220kv送電線路工程于1997年12月建成投產(chǎn)，2003年位于東大泡子附近的n29號塔灌注樁基礎(chǔ)因凍漲導(dǎo)致樁頂傾斜、聯(lián)梁與樁身連結(jié)處開裂、鐵塔傾斜，線路不能正常運行，n29號塔灌注樁基礎(chǔ)不得不向大號側(cè)移位后重新施工，給生產(chǎn)運行造成了損失。經(jīng)對本次凍害的調(diào)查分析表明，基礎(chǔ)入土

7、深度滿足正常設(shè)計荷載和克服切向凍漲力驗算所需的設(shè)計深度，該線路在東大泡子附近的其它4基相同塔型、相同地質(zhì)條件、相同埋深的灌注樁基礎(chǔ)運行正常，均未發(fā)生此類凍害事故的發(fā)生。這次n29號塔灌注樁基礎(chǔ)凍漲事故發(fā)生的主要原因，是該灌注樁基礎(chǔ)施工時樁身在凍結(jié)深度范圍內(nèi)的部分出現(xiàn)約2.0m擴大頭, 導(dǎo)致在法向凍漲力作用下，造成樁向上拱起(見圖二)、傾斜開裂、不能使用。2003年，n29號塔灌注樁基礎(chǔ)在移位按原設(shè)計圖紙重新施工后，運行至今狀態(tài)良好，均未再次發(fā)生此類凍害事故的發(fā)生。實踐證明，在強凍漲地段灌注樁基礎(chǔ)的施工，保證凍深范圍內(nèi)樁身光滑、不出現(xiàn)擴大頭現(xiàn)象，是灌注樁基礎(chǔ)穩(wěn)定的首要條件之一，應(yīng)引起施工單位的高

8、度重視。圖二伊圖里河至阿里河66kv線路穿行于呼倫貝爾市范圍內(nèi)的大興安嶺地區(qū)，該線路工程于1976年建成投產(chǎn)。在強凍漲的沼澤地及山凹地下水位較高地區(qū)，在凍融循環(huán)的反復(fù)作用下，桿塔傾斜嚴重，基礎(chǔ)向上拱起(見圖三)，鐵塔主材彎曲 ，嚴重影響線路的正常運行（見圖四）。圖三圖四導(dǎo)致這次凍漲事故發(fā)生的主要原因是按舊的送電線路基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)程中規(guī)定，對于碎石、卵石、中粗砂，不論天然含水量大小，均屬不凍漲的。因此，沒有對該類地基土采取抗凍漲措施，造成此類凍害事故的發(fā)生。經(jīng)過對以往工程凍害的調(diào)查分析證明，今后的工程應(yīng)嚴格按照現(xiàn)行的架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定（dl/t5219-2005）的規(guī)定，根據(jù)不同的工程地質(zhì)

9、條件及各類土的天然含水量，進行地基土凍漲類別劃分，采取相應(yīng)措施，消減凍漲力和進行基礎(chǔ)極限抗凍拔穩(wěn)定驗算，確保不再發(fā)生此類凍害事故。2.2季節(jié)性凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計的主要原則凍土地區(qū)線路基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵決定于凍土地基的特性，鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計時，首先要判明凍土地基存在的可能，當存在凍土地基時，基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)大于地基土的標準凍結(jié)深度。按架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定（dl/t5219-2005）附錄c3的要求，劃分地基土凍漲類別(見下表)，根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件，采取相應(yīng)措施，消減凍漲力和進行基礎(chǔ)極限抗凍拔穩(wěn)定驗算。地基土的凍漲性分類土的名稱天然含水量w%凍結(jié)期間地下水位低于凍結(jié)的最小距離m凍脹性類

10、別碎（卵）石，礫，粗、中砂（粒經(jīng)小于0.075mm的顆粒含量大于15%），細紗（粒經(jīng)小于0.075mm的顆粒含量大于10%w121.0不凍脹1.0弱凍脹12w181.01.0凍脹w180.50.5強凍脹粉砂w141.0不凍脹1.0弱凍脹14w191.01.0凍脹19w231.01.0強凍脹w23不考慮特強凍脹粉土w191.5不凍脹1.5弱凍脹19w221.51.5凍脹22w261.51.5強凍脹26w301.51.5特強凍脹w30不考慮粘性土wwp+22.0不凍脹2.0弱凍脹wp+2wwp+52.02.0凍脹wp+5wwp+92.02.0強凍脹wp+9wwp+152.02.0特強凍脹wwp+1

11、5不考慮注1: wp塑限含水量，%。注2: w在凍土層內(nèi)凍前天然含水量的平均值。注3:塑性指數(shù)大于22時，凍脹性降一級。注4:粒經(jīng)小于0.005mm的顆粒含量大于60%時為不凍脹土。注5:碎石類土當充填物大于全部質(zhì)量的40%時，其凍脹性按充填物土的類別判定注6:碎石土、礫砂、粗砂（粒經(jīng)小于0.075mm的顆粒含量不大于15%）、細砂（粒經(jīng)小于0.075mm的顆粒含量不大于10%均按不凍脹考慮?；A(chǔ)極限抗凍拔穩(wěn)定驗算，冬季最大風速資料應(yīng)在工程初步設(shè)計中確定，當無資料時可取正常最大設(shè)計風荷載的60，或根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗確定。季節(jié)性凍土地區(qū)基底持力層不允許殘留凍土，如發(fā)現(xiàn)基底受凍應(yīng)在基礎(chǔ)澆制前予以清除

12、，并鋪設(shè)墊層，保證地基土穩(wěn)定。在季節(jié)性凍土地區(qū)除考慮常規(guī)設(shè)計內(nèi)容外，尚應(yīng)驗算在切向凍漲力作用下基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，若不滿足要求，或改變基礎(chǔ)型式或采取相應(yīng)的防凍害措施。2.3季節(jié)性凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)通常采取的處理措施凍土地區(qū)對基礎(chǔ)造成危害的原因是作用于基礎(chǔ)上的切向凍漲力。國內(nèi)外工程界進行了大量的實驗研究,總結(jié)出許多有效方法，由于架空送電線路鐵塔布置地域分散，工程地質(zhì)條件多變復(fù)雜，在建筑行業(yè)常用的基礎(chǔ)設(shè)計方法和措施，因經(jīng)濟指標較高或因方案復(fù)雜而無條件實施，能夠直接取用的方法有限， 我院在內(nèi)蒙古東部地區(qū)送電線路工程中積累了大量的工程設(shè)計經(jīng)驗，綜合以往工程設(shè)計和國內(nèi)外工程界的實驗研究結(jié)果，比較適用于送電

13、線路地基與基礎(chǔ)的有如下幾種處理方法：2.3.1換填法利用非凍漲性材料（如中砂、粗砂、卵石等）置換基礎(chǔ)周邊一定范圍內(nèi)的凍漲性土體，避免切向凍漲力作用于基礎(chǔ)上，(見圖五)圖五用基側(cè)填砂來防止切向凍漲力是一個即簡便又經(jīng)濟的好辦法，但它僅適用于地下水位之上，如果所填之砂達到飽和狀態(tài)和含泥量過多，在凍結(jié)時土與基礎(chǔ)周圍堅固地凍結(jié)在一起有較高的凍結(jié)強度，就會失去效果。施工時必須保證換土寬度不小于基礎(chǔ)底板的寬度，才能保證安全可靠。2.3.2梯形斜面基礎(chǔ)該基礎(chǔ)是將基礎(chǔ)設(shè)計成圖六的型式，國內(nèi)外工程界進行的試驗研究結(jié)果表明，其側(cè)面坡度1：7為宜，從試驗的數(shù)據(jù)看，切向凍漲力確實不小，因此，我們使用梯形斜面基礎(chǔ)的目的，

14、就是將基礎(chǔ)側(cè)面設(shè)計成不小于9度的斜面來消除切向凍漲力，這樣可使基礎(chǔ)受力清楚，計算準確，安全可靠。(見圖六)圖六關(guān)于（其截面為上小下大斜面）梯形斜面基礎(chǔ)防切向凍漲力的問題早有簡單地報道,但都認為它是錨固基礎(chǔ)的一種,即用下部基礎(chǔ)斷面中的擴大部分來阻止切向凍漲力將基礎(chǔ)抬起,類似于帶擴大板的自錨式基礎(chǔ)。這種作用對將基礎(chǔ)埋深設(shè)在凍層之內(nèi)的淺基礎(chǔ)毫無意義。實驗證明用斜面基礎(chǔ)抵御切向凍漲力當角大于等于9度時基礎(chǔ)穩(wěn)定的原因,不是由于凍漲力被下部擴大部分給錨住，而是由于在傾斜面上出現(xiàn)拉力分量與冷縮分量疊加之后的開裂，切向凍漲力退出工作造成的。應(yīng)該說明的是,在凍漲土層范圍之內(nèi)的基礎(chǔ)擴大部分根本起不到錨固作用,因在

15、上層凍漲時基礎(chǔ)下部所出現(xiàn)的錨固力,等凍深發(fā)展到該層時,隨著該層的凍漲而消失了,只有處在下部未凍土中且擴大端頂面也深入到標準凍深線以以下的基礎(chǔ)的括大部分才起錨固作用,我們所說的淺埋基礎(chǔ)根本不存在這一深入未凍土層中的部分。(見圖七) 圖七用斜面基礎(chǔ)防切向凍漲力具有如下特點：a 在凍漲作用下，基礎(chǔ)受力明確，技術(shù)可靠，當其傾斜角大于等于9度時，將不會出現(xiàn)因切向凍漲力作用而導(dǎo)致凍害事故的發(fā)發(fā)生；b不但可以在地下水位之上，也可在地下水位之下應(yīng)用；c耐久性好，在反復(fù)凍融作用下防凍漲效果不變；d不用任何防凍漲材料就可解決切向凍漲問題；e該種基礎(chǔ)施工時較常規(guī)基礎(chǔ)相比稍有麻煩,基礎(chǔ)表面要求光滑。2.3.3 樁基礎(chǔ)

16、采用樁基礎(chǔ),就是利用深基礎(chǔ)在不凍土中的樁土間摩擦力(或凍結(jié)阻力)平衡凍漲土區(qū)域內(nèi)作用于鐵塔基礎(chǔ)上的切向凍漲力。深基礎(chǔ)一般用于地基軟弱的強凍漲地段?；A(chǔ)入土深度應(yīng)滿足正常設(shè)計荷載和克服切向凍漲力驗算所須的設(shè)計深度，但是要保證基礎(chǔ)施工時樁在凍深范圍內(nèi)樁身光滑、不出現(xiàn)擴大頭現(xiàn)象。一般采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)或打入式樁基礎(chǔ)。2.4季節(jié)性凍土地段地基與基礎(chǔ)處理方案 根據(jù)我院現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查表明，本工程河谷、河漫灘及地下水埋藏淺的地段最大凍結(jié)深度3.12m范圍內(nèi)的粉土、粘性土及粉沙有凍漲性，級別為凍漲-強凍漲的具體情況, 基礎(chǔ)必須采取防凍漲措施，以避免送電線路因地基土凍漲，基礎(chǔ)失穩(wěn)而發(fā)生倒塔事故，對于線路地基凍漲的

17、問題,提出如下二個處理方案:2.4.1方案一 根據(jù)對凍土地段現(xiàn)狀、地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查，地基穩(wěn)定性評價分析與實踐，結(jié)合我院在內(nèi)蒙古東部地區(qū)線路工程設(shè)計的成功經(jīng)驗，對于階地地下水位埋藏較深的凍漲地基,可利用非凍漲材料(如中砂、粗砂、卵石等)，置換基礎(chǔ)周邊范圍內(nèi)的凍漲性土體，避免切向凍漲力作用于基礎(chǔ)上。此方法僅適用于地下水位之上的地基，采用時應(yīng)根據(jù)工程水文地質(zhì)條件逐基確定，基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)大于地基土的標準凍結(jié)深度，才能保證安全可靠。2.4.2方案二對于地下水位較淺的跨越河谷及大開挖施工困難的沼澤地段的強凍漲地基，結(jié)合水文資料（包括洪水、淹沒、沖刷及河床演變）和凍土工程地質(zhì)條件，確定采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。該種

18、深基礎(chǔ)型式施工方便，減少了地下水位較高地區(qū)，粉質(zhì)土體流動，大開挖施工困難帶來的諸多不便，是跨河及地下水位較高的軟弱地基地段廣泛采用的基礎(chǔ)型式。樁基入土深度應(yīng)滿足正常設(shè)計荷載和克服切向凍漲力驗算所需的設(shè)計深度。承臺或框架聯(lián)梁下留出一定的空隙，或在空隙內(nèi)充填松軟材料，防止在強凍漲土中產(chǎn)生的法向凍漲力將樁基和聯(lián)梁拱壞。對于可以進行大開挖施工的具有凍漲性或強凍漲地段的地基均采用梯形斜面基礎(chǔ)，該種基礎(chǔ)型式我院在內(nèi)蒙古東部220kv線路聯(lián)網(wǎng)工程中得到廣泛應(yīng)用。(見下表)內(nèi)蒙古東部地區(qū)線路工程梯形斜面基礎(chǔ)使用數(shù)量統(tǒng)計表？工程名稱梯形基礎(chǔ)用量(基)投產(chǎn)時間占鐵塔基礎(chǔ)數(shù)量的百分數(shù)牙-忠220kv線2252003

19、年3月71.8忠-扎220kv線 2062003年3月63海-扎220kv線 622004年6月12.4友-伊220kv線 352004年12月19扎-音220kv線 1712004年11月35.8音-烏220kv線 872004年11月33烏-突220kv線 1102005年11月38突-九220kv線 1932005年11月45呼倫-滿洲里220kv線 712005年12月63在上述工程應(yīng)用中證明，用梯形斜面基礎(chǔ)克服切向凍漲力是最有效措施之一,以上工程投運至今，沒有出現(xiàn)因切向凍漲力作用而導(dǎo)致的基礎(chǔ)傾斜、鐵塔主材彎曲等凍害事故的發(fā)生，基礎(chǔ)是穩(wěn)定的。 2.5季節(jié)性凍土地段地基與基礎(chǔ)處理方案的選

20、擇從上述兩方案的比選中可知，換填法雖然防止切向凍漲力是一個即簡便又經(jīng)濟的好辦法，但沿線凍漲-強凍漲地段多為河谷、河滿灘及階地，地下水位埋藏較淺，約為0.5-2.0m,采用換填法,在地下水位之下,防凍漲質(zhì)量不易保證。故在季節(jié)性凍土地段推薦采用即可在地下水位之上應(yīng)用，也可在地下水位之下應(yīng)用的梯形斜面基礎(chǔ)作為本工程季節(jié)性凍土地段基礎(chǔ)的首選方案。在跨河及強凍漲的沼澤地段，淺基礎(chǔ)無法實施的地基采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的方案。桃花水即積雪融水，多發(fā)生在諸如呼倫貝爾市的高寒且降雪量大的大興安嶺地區(qū)，由于此類地區(qū)，冬季降雪大部分要積累在來年4月份以后才開始融化，致使積雪融水集中，流量較大。而4月份以后天氣變暖也正是

21、電力工程施工的好季節(jié)，在河漫灘及沼澤地段的基礎(chǔ)施工將受到影響,建議施工時采取防洪措施或避開積雪融水泛濫的季節(jié),減少不必要的損失。3 多年凍土地段線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計3.1多年凍土融沉對送變電工程造成的危害本工程地處高寒地區(qū),送電線路多年凍土地區(qū)地基與基礎(chǔ)的防融沉處理是至關(guān)重要的,設(shè)計中務(wù)必給予足夠重視。在呼倫貝爾凍土地區(qū)輸變電工程多次發(fā)生建、構(gòu)筑物的凍漲破壞，均屬基礎(chǔ)設(shè)計及施工不當造成。融沉對送變電工程造成的危害主要案例如下所述：其上部接近地表部分，往往亦受季節(jié)性影響，冬凍夏融，此冬凍夏融的部分常稱為季節(jié)凍融層。因此,多年凍土地區(qū)常伴有季節(jié)性凍結(jié)現(xiàn)象。其主要危害表現(xiàn)在公路地基融沉、路面下沉而不能

22、使用。鐵塔基礎(chǔ)地基融沉，造成基礎(chǔ)下沉，嚴重影響線路的正常運行。3.2多年凍土地段線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計的主要原則本工程多年凍土主要集中在呼倫貝爾段惠騰高勒河谷灘地及哈拉哈河谷灘地、階地、局部存在于背陰處山坡坡腳，多年凍土地區(qū)送電線路基礎(chǔ)的設(shè)計務(wù)必給予足夠重視，內(nèi)蒙古東部多年凍土地區(qū)此類構(gòu)筑物的破壞，主要表現(xiàn)在冬凍夏融，如夏季地基土融沉，造成公路、鐵塔基礎(chǔ)下沉。冬季季節(jié)性凍層凍漲向上拱起，反復(fù)作用，造成鐵塔傾斜、主材彎曲、電桿卡盤基礎(chǔ)拱出地面、電桿嚴重傾斜不能使用，均屬處理措施及施工不當造成 (見圖八) 。 圖 八在工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域?qū)Χ嗄陜鐾恋鼗A(chǔ)的設(shè)計一般可以采取下列不同的設(shè)計原則:（1）保持

23、凍結(jié)法就是始終保持地基處于凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計方法,一般來說,當凍土厚度較大,土溫比較穩(wěn)定,或者是堅硬的和融陷性很大的凍土,采用保持凍結(jié)法比較合理,特別是對送電線路基礎(chǔ),如能采取措施,保證基礎(chǔ)周圍凍土地基溫度不比天然狀態(tài)高時,可按保持凍結(jié)法進行設(shè)計。保持凍結(jié)狀態(tài)的設(shè)計宜用于下列之一的情況：a）多年凍土的年平均地溫低于-1.0的地基;b）持力層范圍內(nèi)的地基土處于堅硬的凍結(jié)狀態(tài)；c）最大融化深度范圍內(nèi),存在融沉、強融沉、融陷性土及其夾層的地基。（2）允許融化法就是利用正在融化或融化后的土作為地基，融陷的承載力很高的土層埋深較淺；不連續(xù)分布的小塊島狀凍土融陷量不大的凍土則采取允許融化的原則較為合理。特別是

24、對上部結(jié)構(gòu)剛度較好或?qū)Σ痪鶆虺两挡幻舾械慕Y(jié)構(gòu)物按允許融化原則進行設(shè)計。當予估融陷量超過地基容許變形值時，也可采取人工予融法將凍土融化后再建基礎(chǔ)?；蛘哌m當加固地基（如換填融性不大的土等）按容許融化的原則設(shè)計時，要驗算地基的強度（包括持力層和下臥層）。在確定地基的承載力值時，所采用物理力學性質(zhì)指標應(yīng)盡量模擬以后地基的實際受力狀態(tài)。除強度驗算外，還必須計算地基的變形，地基變形的計算方法和容許變形值與一般天然地基一樣，僅需將壓縮性指標換成正在融化中的土或已融土的變形性質(zhì)指標，以便將融陷變形考慮進去。允許融化狀態(tài)的設(shè)計宜用于下列之一的情況：a）多年凍的年平均地溫為-0.5-1.0的場地;b）持力層范圍的

25、地基土處于塑性凍結(jié)狀態(tài);c）在最大融化深度范圍內(nèi),地基土為不融沉和弱融沉性土；d）地基土逐漸融化的最大深度可根據(jù)凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（jgj118-98）附錄b的要求確定。3.3多年凍土的融沉性分析本工程多年凍土主要存在于惠騰高勒河谷灘地及哈拉哈河谷灘地、階地、局部存在于背陰處山坡坡腳，島狀分部，無規(guī)律，大多為凍土沼澤現(xiàn)象。是多年凍土區(qū)適宜的水熱環(huán)境條件下形成的，同時凍土沼澤的發(fā)育又促進凍土層形成，它可分為低位、中位、高位三種類型。在內(nèi)蒙東部凍土區(qū)的泥炭沼澤多數(shù)由于下臥多年凍土或地下冰層的存在而形成，由于地面積水的溫度很低，多長塔頭（苔草墩）。凍土沼澤現(xiàn)象多分布在河漫灘，階地或臺地上，

26、在夏季可以釬探獲得季節(jié)融化深度資料。但是設(shè)計中必須注意凍土沼澤形成區(qū)的多年凍土或地下冰和季節(jié)融化層的熱平衡狀況，合理的確定多年凍土的融沉等級是至關(guān)重要的。關(guān)于多年凍土的融沉性問題,我國的建筑科研部門作了大量工作,將多年凍土的融沉性，主要以土的類別、總含水量，根據(jù)平均融沉系數(shù)的大小，融沉可分為不融沉、弱融沉、融沉、強融沉、融陷五級。見下表：土的名稱總含水量w(%)平均融沉系數(shù)o融沉.等級融沉類別碎（卵）石，礫、粗、中砂（粒徑0.074、含量15%）w10o1不融沉w101o3弱融沉碎（卵）石，礫、粗、中砂（粒徑15%）w12o1不融沉12w151o3弱融沉15w253o10融沉w2510o25強

27、融沉粉、細砂w14o1不融沉14w181o3弱融沉18w283o10融沉w2810o25強融沉粉土w17o1不融沉17w211o3弱融沉21w323o10融沉w3210o25強融沉粘性土wwpo 1不融沉wpw wp41o3弱融沉wp+4w wp153o10融沉wp+15w wp351025融陷工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路和電力等工程對凍土地基的融沉性適應(yīng)程度是不相同的，一般對不融沉、弱融沉的構(gòu)筑物基礎(chǔ)設(shè)計時，無須考慮多年凍土地基融沉影響。因為一般構(gòu)筑物的主要結(jié)構(gòu)在設(shè)計和使用過程中都容許有一定變形量，以適應(yīng)地基的融沉性，但是當融沉、強融沉、融陷級的融沉土的融沉量超過構(gòu)筑物的容許變形值時，對構(gòu)筑物

28、基礎(chǔ)必須采取相應(yīng)的設(shè)計措施。本工程中的多年凍土屬于高緯度多年凍土，呈島狀分布見(圖九)，類型主要為富冰和多冰凍土，該凍土層融沉類別為弱融沉融沉。對于多年凍土的上限埋深、季節(jié)融化層的分布、凍漲性、層厚內(nèi)地下冰的分布等，我院根據(jù)對本線路工程的現(xiàn)場勘察，多年凍土類型主要為富冰和多冰凍土，凍土的上限埋深為3-6m，下限埋深為4-10m，根據(jù)地區(qū)資料，該凍土層融沉類別為弱融沉和融沉。由于多年凍土呈島狀分布，無規(guī)律，結(jié)合線路工程特點，對于i、ii級融沉凍土可以不進行處理。對于iii級融沉凍土必須采取地基處理措施。 圖 九多年凍土地區(qū)的地基設(shè)計，當以凍結(jié)狀態(tài)用作地基時，一般情況下基礎(chǔ)應(yīng)錨固在多年凍土上限(用

29、凍層起始深度)以下(凍結(jié)狀態(tài)的地基中)。當多年凍土按保持凍結(jié)狀態(tài)的原則用作地基時，應(yīng)確定年平均地溫、壓縮土層設(shè)計深度范圍內(nèi)大地溫度分布,凍土的抗剪強度以及季節(jié)融化層土的凍漲性；當多年凍土按允許逐漸融化狀態(tài)的原則用作地基時，應(yīng)確定不同深度凍土、融土的融化下沉系數(shù)和壓縮系數(shù)、融土的抗剪強度以及季節(jié)融化層土的凍漲性。3.4多年凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計方案根據(jù)我院在內(nèi)蒙東部區(qū)線路工程中的工程實踐，參照凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范，本工程多年凍土基礎(chǔ)設(shè)計有下列基礎(chǔ)形式和措施可供選擇：（1）灌注樁基礎(chǔ)該基礎(chǔ)適用于各種地質(zhì)條件下的凍土地基,當上部結(jié)構(gòu)荷載大,對沉降變形量或相鄰基礎(chǔ)的沉降差要求比較嚴格時,往

30、往利用樁基嵌入融化層以下多年凍土層,得到較高的承載力和較小的地溫場變化,因而一般多采用保持多年凍土凍結(jié)狀態(tài)設(shè)計,本工程樁基礎(chǔ)應(yīng)用于融沉的富冰凍土地基。在季節(jié)融化層范圍內(nèi)應(yīng)采取保持樁身材料的耐久性措施。（2）梯形斜面基礎(chǔ)該基礎(chǔ)適用于弱融沉的多冰凍土地基，一般采取多年凍土允許融化的設(shè)計原則，為防止地下冰融化導(dǎo)致的基礎(chǔ)下沉，地基處理采取基坑底部清除多冰凍土層，基礎(chǔ)底面延伸至多冰凍土層之下的措施。（3）防護措施基礎(chǔ)在施工和使用期間，應(yīng)對周圍環(huán)境采取防止破壞溫度的自然平衡狀態(tài)的保護措施，建立完善的排水設(shè)施，必要時基坑底部設(shè)置保溫層,防止熱量下傳，地下冰融化導(dǎo)致的基礎(chǔ)下沉。鐵塔的地基基礎(chǔ)設(shè)計在最大融化深度

31、范圍內(nèi)，應(yīng)嚴格進行抗凍脹性計算，并采取抗凍脹性構(gòu)造措施，施工中不得隨意簡化程序，以確保工程質(zhì)量。3.5 多年凍土地區(qū)線路地基與基礎(chǔ)設(shè)計方案的選擇本工程的多年凍土類型主要為富冰凍土和多冰凍土，上限深度為3-6m,下限深度為4-10m，根據(jù)地區(qū)資料，該凍土層融沉類別為弱融沉-融沉。對于弱融沉的多冰凍土地基，由于多冰凍土埋藏深度較淺，約在地下3-4m之間，厚度在1m左右,應(yīng)采用施工及運行期允許融化的設(shè)計原則，基坑基底清除多冰凍土層，無須考慮多冰凍土地基融沉影響。經(jīng)上述分析研究,推薦采用梯形斜面基礎(chǔ),基礎(chǔ)底面延伸至多冰凍土層之下,按季節(jié)性凍土的常規(guī)設(shè)計方法來設(shè)計。但在最大融化深度范圍內(nèi)，嚴格進行抗凍漲性計算，施工中不得隨意簡化程序，以確保工程質(zhì)量。對于