冻土基础和基础施工原则

对于永久冻土区以外的建筑，通常认为结构的所有荷载都是通过基础基础传递到承重地，而与基础两侧接触的地面只是偶尔承受垂直荷载(如桩和深基础)。在深层季节性冻结区和多年冻土区，地基与地基之间的相互作用有不同的评价方法。荷载通过所有与地基接触的地面传递到地面。这与基础表面与地面的粘结有关，其结果是切向应力和法向应力从地面传递到基础，又从基础传递到地面。传递应力的值则受吸附强度的限制。

地基与地面相互作用产生的应力方向随时间而变化，并取决于地基所处的层(季节性冻结或常年冻结)。基础的主要嵌入类型如图18.1所示。因此，在季节性冻结(或解冻)层内，从地面传递到基础的切向应力在一年中冻结和隆起的部分时间内发展，并指向向上。在长期冻土层内与基础一侧的粘结作用下，冻土从基础中吸收一部分荷载，不仅通过其基础，而且通过整个侧面。同时，地基下部与常年冻结土层的侧贴冻结，增加了地基的抗逆性起伏在季节性解冻层冻结过程中形成的。由于法向力和切向力以及升沉力(有时是摩擦力)的共同作用，基础可以是稳定的，也可以是移动的(隆起或沉降)。地基不均匀运动

图18.1。冻土基础图(a, b -);C, d - in闭合融区；E、f-分别为季节解冻地和季节冻结地):

1 - 5 -地面(1 -在整个施工期间处于冻结状态

2 -施工前或运行期间人工冻结，

3 -施工前或运行期间人工解冻，

4 .受季节性融化和冻结，5 -在整个结构运行期间处于解冻状态);6 -永久冻土的上表面(a)和季节性冻土的底部(b)。

图18.1。冻土基础图(a, b -);C, d -在封闭谈话;E、f-分别为季节解冻地和季节冻结地):

1 - 5 -地面(1 -在整个施工期间处于冻结状态

2 -施工前或运行期间人工冻结，

3 -施工前或运行期间人工解冻，

4 -经受季节性的解冻和冻结，5 -在整个结构运行期间处于解冻状态);6 -永久冻土的上表面(a)和季节性冻土的底部(b)。

向上或向下是建筑物变形的主要原因。将基础埋设在季节性冻结层或季节性解冻层的底部以下，会导致每年的隆起过程的影响，地面沉降只作用于侧面的一部分。完全嵌在季节性冻融层中的基础，不仅在侧面，而且在基础底部也发生了隆起和沉降。

确保结构的保存和耐久性以及所需的操作质量的措施必须在设计和设计时加以考虑多年冻土施工．这是通过选择结构的优化设计特征、基础类型、增强地基结构性能的方法以及调节结构与基础之间的热相互作用来实现的。通常把这些措施的一套或其中的一部分称为保证工程结构稳定性的方法。根据惯例，所有这些方法被统一为两大组，称为使用冻土作为基础的原则，根据建筑规范和条例77-18-76。

原理一:长期冻土用于冻结状态的基础，在施工期间和在结构运行的整个给定期间内被保存。这包括下列确保结构稳定性的方法:(a)通过保持地面基础冻结;(b)限制冻结地基的解冻;(c)地面基底的初步冻结;(d)在施工和运行过程中冻结地面基底。

原则的IP。永久冻土在解冻状态下使用(在结构运行过程中允许解冻或在施工前解冻至设计深度)。这包括确保结构稳定性的以下方法:(a)通过调整基础上的结构，以允许基础的差异沉降，并允许在操作过程中解冻多年冻土(一种建设性方法);(b)冻土预解冻;(c)稳定永久冻土上表面的初始位置。

在多年冻土上施工的原则和控制方法的选择，一方面是基于对现场地质条件的全面研究，并考虑到结构的施工和运行过程中可能发生的变化，另一方面是基于对施工特点(基础的大小、使用的结构材料和结构的使用寿命)的全面考虑。以及操作方式(有放热或无放热，使用湿式或干燥过程等)。有关结构材料的供应和运输条件、建筑电力供应和工作季节依赖性的数据很重要。让我们考虑在永久冻土区实现第一条原则的方法。

使地面保持冻结或冷却以确保结构稳定的方法

1928年，N.A. Tsytovich开发了一套地基中常年冻土的热物理和强度计算程序后，这种方法开始被广泛使用。该方法是基于完全去除释放热量通过建筑物或构筑物，即保护现有的温度制度指常年冻结的地面，或指冷却到低于自然温度的地面。地板下的通风地窖，由于易于建造和运行的可靠性，在实践中得到了广泛的认可，是保持热量从结构中排出的最广泛的结构。从1928年起，在俄罗斯北部和东北部(沃尔库塔、诺里尔斯克、雅库茨克、马加丹等城市)建造了大量基础保持冻结的工程结构。半个世纪的持续经营经验证明，这种施工方法是蓬勃发展的。后来，在阿拉斯加和加拿大北部的建筑过程中，它被外国专家广泛使用。在这种情况下，通常使用几种类型之一的地下室(图18.2a,b,c)。它们是:1)开放的，即建筑下从四面开放的空间

图18.2。以地面为基础的第一原则的建筑结构:a-c -地窖(a -通风开放，b -通风封闭，带一些通气孔，c -地面冷)，d-f-建筑结构(d -在基础上填充冷却管道，e -冻土有限解冻，/-地面初步冻结);1-3 -冻土边界(1 -在自然条件下，2 -在结构运行过程中发展的条件下，3 -初步冻结后)。

图18.2。以地面为基础的第一原则的建筑结构:a-c -地窖(a -通风开放，b -通风封闭，带一些通气孔，c -地面冷)，d-f-建筑结构(d -在基础上填充冷却管道，e -冻土有限解冻，/-地面初步冻结);1-3 -冻土边界(1 -在自然条件下，2 -在结构运行过程中发展的条件下，3 -初步冻结后)。

或在全年(冬季和夏季)都有空气流通的建筑物内;2)封闭的，带有气孔的，通过封闭在一个底部的地窖空间，并在其上设置通风孔，以便保持基地冻结或冷却所需的空气循环;3)没有建造气孔的冷底——作为一种规则，在有强风的地区，气孔在冬天会被雪堵塞。

基于结构完全散热的假设，进行了特殊的热工程计算，以确定通风和不通风地窖的高度。由N.A. Tsytovich提出的这种计算方法是由N.I. Saltykov、G.V. Porkhayev等人改进的。经验表明，根据地质条件的严重程度和结构的大小，酒窖的高度可以从0.5米到1.8-2.0米不等。在北方，采用隔热的多层密封地板，以减少地下室上方地板的热量损失。

如果根据热工计算结果发现自然通风不足，则启动强制通风或人工冷却地面。其中一种结构变体如图18.2所示。

一种通过解冻长期冻土来保证结构稳定性的方法

用这种方法，可以使长期冻土解冻到由热工程计算确定的深度。地基深入永久冻土，位于静止的解冻盆地之下(见图18.2e)。可以减少基础施工部分或完全废弃冷却系统的成本。然而，随着融化盆地的形成，冻结地基的年平均温度有所升高，承载力下降。为了补偿地基承载力的下降，地基必须深入地基，这就增加了地基的造价。此外，该方法还需要非常严密地控制融冰盆地中多年冻土上边界的位置。

一种通过预先冻结地基来保证结构稳定性的方法

在有永久冻土岛的地区，很难将建筑物完全建在冻土岛上。在这种情况下，对未冻结的地面层进行初步冻结(见图18.2f)，然后在冷却系统的帮助下保持冻结。这种方法的主要缺点是成本高，施工时间延长，通常需要冻结3-6个月。因此，该方法在土木工程和工业工程实践中尚未得到广泛应用。但在水利工程建设中应用广泛:在多年冻土带内修建大坝时，在坝体内形成防渗冻土核;适用于在高水压条件下开挖隧道和在未结冰地区的矿山作业过程中。

一种在施工和运行过程中利用地面冻结来保证结构稳定性的方法

这种方法通常用于那些不连通类型冻土发生的地区，这些地区的永久冻土层与季节性冻结层分离。地基底部铺设在永久冻土层下的解冻地面层中。在基础建造完成后，冷却系统将被放入0.5华氏度(约0.35摄氏度)深的永久冻土中。0m，安装在毗邻基础的各个部分，然后开始基础上结构的施工。冷却系统周围的地面冻结导致其体积增加，冷却系统之间的未冻结地面产生了巨大的水平压力。膨胀力固定了地基，防止它在起伏力的作用下向上移动。随着时间的推移，地面完全冻结，保持基础的稳定性。

地基类型

在原理一基础施工过程中，采用浅(面)桩(图18.3)。浅基础主要用于轻型，单层，最常见的木质建筑。它们被放置在季节性解冻层内的浅层挖掘中，或直接放置在地面上。这些类型基础结构的运行伴随着季节性冻结和地面隆起以及季节性解冻和沉降过程中具有脉动模式的变形。在桩基础中，桩压力由冻结地面对桩面的反作用力和地面与桩侧面的附着力来平衡。若多年冻土强度不能保证桩上结构的稳定性，则采用桩后基础，桩脚插入桩底(见图18.3 II)。

为了制造桩，钢筋混凝土，木材或金属被使用。设计时应考虑单桩、桩对和桩群的布置。桩可以通过钻孔放置，也可以通过下放到位以及钻孔和打孔放置(见图18.3 III)。在第一种情况下，桩安装在一个直径大于桩直径的初步钻孔中。在桩和孔壁之间的空间用泥浆或灰浆填满，之后凝固。钻孔灌注桩被打入直径小于桩直径的孔中。该方法适用于年平均气温接近0℃时。下桩安装在预热预解冻的地面上。

如上所述，在多年冻土区内施工的第二条原则包括确保结构稳定性的几种方法。

在运行过程中，在允许的多年冻土融化条件下，使地上结构适应不同沉降以保证结构稳定性的方法这是一种建设性的设计和施工方法，也是北方最古老的基础工程方法。当使用这种方法进行施工时，由于建筑物和构筑物的热量释放和地面沉降，在建筑物和构筑物下方形成一个解冻池(图18.4a)。这种沉降通常是不同的，因为地面的岩性不均匀，建筑物的热量释放不均匀，负荷分布不均匀，还因为发生了解冻

继续阅读:地基冻土的改善方法

这篇文章有用吗?

+ 10 3