任务三 寒冷地区施工
一、冻土的工程性质
地面下一定深度的土温，随大气温度而改变。当地层温度降至摄氏零度以下时，土体便会因土中水冻结而形成冻土。冻土是一种温度强敏感土体土质，含有地下水，这是与其他岩土最为本质的区别。温度的变化会导致冻土一系列的力学行为变化，这种变化常常是复杂的，并直接影响到以冻土为载体的工程建筑物的稳定性。具体地讲，温度的正负变化可使得土体中水分发生相变，这一过程对于土体的强度和变形特性而言，可导致质的变化，并直接引发建筑物地基失稳。
二、冻土引发的工程问题
由多年冻土引起的特殊工程地质问题，主要有融沉、冻胀、冰锥、冻胀丘、融冻泥流、热融滑塌、热融湖塘、沼泽湿地、厚层地下冰等不良地质现象，现主要介绍以下两项。
（1）融沉是指多年冻土融化，使建在多年冻土区的建筑物地基变形和破坏，主要表现为基础下沉、基础向阳侧边坡和建筑物肩开裂及下滑、边坡溜塌等。
（2）冻胀是土体冻结时产生的最重要的物理力学过程，是因为水由液体变成了固体，体积膨胀增大而产生的，表现为地表的不均匀升高变形。
冻胀的原因有二：①由于土中水变成冰时，体积增大（约为水体积的9%）；②由于冻结过程中水分子转移和重新分布，形成冰夹层使体积增大，这是冻胀的主要原因。由前一原因引起的冻胀大致为土总体积的1%左右，而后一原因引起的冻胀可达土总体积的10%～20%甚至更大。
当土的温度降到0℃以下时，土孔隙中的自由水首先在接近0℃时冻结。土内出现小的冰晶，它与土粒之间由结合水膜隔开。当土的温度继续降低，最外层的结合水开始冻结，它们参与到冰晶体中去，冰晶体变大。这时冰晶体周围的结合水膜比别处薄，阳离子的浓度比别处大。这就使冻结区与未冻结区的结合水之间产生不平衡，弱结合水就由水膜厚的地方向水膜薄的地方转移，冰晶体进一步加大，使地面隆起。
冻胀的基本条件：
1）土中含有一定数量的细颗粒，并由它们在土中形成较多的弱结合水。
2）土中原始含水量较高，可以不断的由未冻结区向冻结区传递水分。
3）负温度下降速率不高。否则水分来不及转移，连结合水本身也冻结了。
岩石、碎石土、砾砂、中砂、粗砂属于不冻胀土。细砂、粉砂、黏性土是具有冻胀可能的土。冻胀使基础埋深浅于土的冻结深度的建筑物发生不均匀地抬起，融化时又不均匀的下沉，年复一年的受到损害。因而在寒冷地区修建工程时应注意采取相应措施。
三、岩石的抗冻性
岩石抵抗冻融破坏的能力称为抗冻性。常用冻融系数和质量损失率来表示。
冻融系数（Rd）是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度（Rc2）与冻融前干抗压强度（Rc1）之比，用百分数表示，即
质量损失率（Km）是指冻融试验前后干质量之差（ms1-ms2）与试验前干质量（ms1）之比，以百分数表示，即
试验时，要求先将岩石试件浸水饱和，然后在-20～20℃温度下反复冻融25次以上。冻融次数和温度可根据工程地区的气候条件选定。
岩石在冻融作用下强度降低和破坏的原因有二：①岩石中各组成矿物的体膨胀系数不同，以及在岩石变冷时不同层中温度具有强烈不均匀性，因而产生内部应力；②由于岩石孔隙中冻结水的冻胀作用所致。水冻结成冰时，体积增大达9%并产生膨胀压力，使岩石的结构和连接遭受破坏。据研究，冻结时岩石中所产生的破坏应力取决于冰的形成速度与其局部压力消散的难易程度间的关系。自由生长的冰晶体向四周的伸展压力是其下限（约0.05MPa），而完全封闭体系中的冻结压力，在-22℃作用下可达200MPa，使岩石遭受破坏。
岩石的抗冻性取决于造岩矿物的热物理性质和强度、粒间连接、开空隙的发育情况以及含水率等因素。由坚硬矿物组成，且具有强的结晶连接的致密状岩石，其抗冻性较高。反之，则抗冻性低。一般认为Rd>75%，Km<2%时，为抗冻性高的岩石；另外，Wa<5%，KR>0.75和饱水系数小于0.8的岩石，其抗冻性也相当高。
四、寒地施工措施
解决基础防融沉、冻胀的办法与技术如下：①适当提高基础填土高度，用天然土保温，这种方法价廉，可普遍采用；②在基础埋设工业保温层（PU，EPS等），埋设5～10cm保温板，在工程实践中均取得良好的工程效果；③埋设通风管，就是在允许的情况下在基础上埋设直径30cm左右的混凝土横向通风管，可以有效降低基础温度；④在允许的情况下采用抛石基础，即用碎块石填筑基础，利用填石基础的通风透气性，隔阻热空气下移，同时吸入冷量，起到保护冻土的作用，一般砌石工程中可采用；⑤地基土换填，换填方法是用粗砂、砾石等粗粒土置换冻胀性或融沉性地基土，以达到消减地基土的冻胀或融性；⑥采取排水隔水措施。无论是地表水还是地下水，它的流动和侵入都会带来大量的热，使多年冻土融化。在季节融化层的冻结过程中，丰富的水分引起地基工程强烈的冻胀。