土中水分条件对冻胀的影响

土中水分含量与条件是引起土体冻胀的关键,土中无水就不会冻胀,但是也不是土中有水就一定会产生冻胀。对于每一种土来讲,其含水率都有一个界限,只有超过这个界限后,土中水相变成冰体积膨胀才能产生土体冻胀,这个界限含水率称为起始冻胀含水率。土中含水率小于起始冻胀含水率时,土中的原驻水是 “冻而不胀”,其原因是在这种含水率的情况下,水相变成冰体积膨胀充填了土的孔隙,地表层并不显示隆起。根据中国科学院冰川冻土所吴紫汪研究员的试验,几种典型土的起始冻胀及安全含水率见表3.3。

表3.3　几种典型土的起始冻胀及安全冻胀含水率

在封闭型冻结时,土体的冻胀性大小主要取决于土中原驻水量。但在开敞型冻结时,冻胀性的强弱主要取决于外来水补给情况,特别是地下水位的高低,尤其关键。一般是以地下水位以上的毛细管高度决定外来水补给的可能性。若在冻结期内,土体的冻结锋面与地下水位的距离小于该种土质的毛细管上升高度,则认为是开敞型冻结,如果外界冻结强度适宜,则会引起极强冻胀。如果土体的冻结锋面与地下水位的距离大于该种土质的毛细管上升高度,则认为是封闭型冻结,土体的冻胀取决于原驻水含量。

现将我国现行规范中关于冻胀性季节冻土介绍如下。

(1)JTJ024—85 《公路桥涵地基与基础设计规范》中对季节冻土的冻胀性分类如表3.4所示。

表3.4　季节性冻土分类表

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注 1.ωP—塑限含水率;ω—天然含水率 (标准冻深范围内冻前含水率的平均值);Sr—土的饱和度。
2.表内冻胀类别是根据冻胀率kd分为五级 (冻胀率kd系天然地表最大冻胀量与标准冻深之比值,以百分数计)。当kd≤1时为不冻胀土;1＜kd≤3.5时为弱冻胀土;3.5＜kd≤8时为冻胀土;6＜kd≤13时为强冻胀土;kd＞13时为强冻胀土。
3.当含盐量超过0.5%时,应根据实际情况降级考虑。

(2)GB50007—2002 《建筑地基基础设计规范》中根据土类 (主要是粒径成分)、土中天然含水量和与地下水关系,把土按冻胀性强弱分为五级,如表3.5所示。

表3.5　地基土的冻胀性分类

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注 1.ωP—塑限含水率 (%);ω—在冻土层内冻前天然含水量的平均值。
2.盐渍化冻土不在表列。
3.塑性指数大于22时,冻胀性降低一级。
4.粒径小于0.005mm 的颗粒含量大于60%时,为不冻胀土。
5.碎石类土当充填物大于全部质量的40%时,其冻胀性按充填物土的类别判断。
6.碎石土、砾砂、粗砂、中砂 (粒径小于0.075mm 颗粒含量不大于15%)、细砂 (粒径小于0.075mm 颗粒含量不大于150%)均按不冻胀考虑。

(3)TB10035—2002 《铁路特殊路基设计规范》对季节性冻土的冻胀性分类见表3.6。

表3.6　季节性冻土的冻胀分级

续表

注 1.平均冻胀率为地表冻胀量与冻层厚度减地表冻胀量之比。
2.盐渍化冻土不在表列。
3.塑限指数大于22,冻胀性降低一级。
4.碎石类土当充填物大于全部质量的40%时,其冻胀性按填充物土的类别判定。

(4)对于融化层土的冻胀性分类见表3.7。

表3.7　融化层土的冻胀性分类

注 1.ωP—塑限含水率,%;ω—冻前天然含水率在冻层内的平均值。
2.盐渍化冻土不在表列。
3.小于0.05mm 粒径含量大于60%时,为不冻胀土。
4.碎石类土的填充物大于全部质量的40%时,其冻胀性按填充物土的类别判定。