冻土是指温度在0℃以下，其中含有冰的各种土。季节性冻土是指该冻土在冬季冻结、夏季融化的土层。多年冻土或永冻土是指冻结状态持续3年以上的土层。在我国，季节冻土遍布全国，而多年冻土主要分布在大、小兴安岭，青藏高原及西部高山等地，约占国土面积的22％。
冻土处理技术是随着冻土地区经济发展的需要而发展起来的，其目的是为了确保冻土地区工程建筑物的安全和正常使用。一般来说，冻土地基问题主要包括以下两方面的内容。
1）冻胀引起的破坏问题：冻胀是指土体冻结过程中，土中水分冻结成冰，并形成冰层、冰透镜体、多晶体冰晶等形式的冰侵入体，引起土颗粒的相对移动，使土体产生不同程度的扩张现象。冻胀的外观表现是土体表面不均匀的升高，冻胀变形常常可以形成冻胀丘及隆起等地形。在季节性冻土区和多年冻土区，由冻胀引起破坏的事例屡见不鲜。
2）融沉引起的地基稳定性问题：融沉又称热融沉陷，是指由于自然或人为因素改变了地面的温度状况，引起季节融化层的深度加大，导致地下冰或多年冻土层发生局部融化，上部土层在自重和外部营力作用下产生沉陷。此外，还可出现热融滑坍、融冻泥流等，造成边坡破坏，这些都是不利于工程建筑物安全和正常运营的条件。
在冻土区修建建筑物，除要满足非冻土区建筑物所要满足的强度与变形条件外，还要考虑以冻土作为建筑物地基时，其强度随温度和时间而变化的情况。所以，采取什么样的防冻胀和融沉措施来保证冻土区建筑物地基的稳定，是关系到冻土区工程建设成败的关键。
1.多年冻土区的地基处理措施
在我国多年冻土地区，多年冻土的分布一般不具连续性，所以建筑物的平面布置具有一定的灵活性。一般来说，在坚硬冻土地区和高震级地区，采用保持冻结状态进行设计是经济合理的。如果地基土融化时，其变形不超过建筑物的容许值，且采用保持冻结状态又不经济时，应采用逐渐融化状态进行设计。但是，当地基土的年平均气温较高（不低于－0.5℃），且处于塑性冻结状态，采用保持冻结和逐渐融化的设计方案都不经济时，宜采用预先融化状态进行设计。对一栋建筑面积很小、基础相连或很近的正常建筑物来说，是没有办法将地基土分成冻结与不冻两个稳定部分，所以此时应采用同一种设计状态。
在下列情况之一时，可采用保持冻结状态原则进行设计：
1）多年冻土的年平均气温低于－1.0℃的场地；
2）持力层范围内的地基土处于坚硬冻结状态；
3）最大融化深度范围内，存在融沉、强融沉、溶陷性土及其夹层的地基；
4）非采暖建筑或采暖温度偏低、占地面积不大的建筑物地基。
在下列情况下应采用逐渐融化状态进行设计：
1）多年冻土的年平均地温为－0.5～1.0℃的场地；
2）持力层范围内的地基土处于塑性冻结状态；
3）在最大融化深度范围内，地基为不融沉或弱融沉性土；
4）室温较高、占地面积较大的建筑或热载体管道及给排水系统等对冻层产生热影响的地基。
为控制地基土的变形，可根据需要采用不同的地基处理措施和结构设计方法。多年冻土区常用的地基加固方法见表4－5。在选用地基处理方法时，应力求做到安全实用、确保质量、经济合理、技术先进。同时，由于我国地域辽阔，多年冻土区的水文地质、工程地质条件千差万别，各地的施工机械条件、技术水平、经验积累都不尽相同，所以在选用地基处理方法时还要因地制宜，有效利用当地条件，充分发挥各地的优势。
表4－5 多年冻土区常用的地基加固方法
续表
2.季节性冻土区的地基处理措施
季节性冻土区的铁路、公路、工业与民用建筑等都普遍存在严重的冻害问题。例如，铁路、公路的路基常由于不均匀冻胀及融沉作用而不平坦，路面产生裂缝，冻结层春季融化，产生翻浆、冒泥等现象，有时中断交通。季节性冻土区的地基处理措施可归纳为两类：以清除或削减冻融为目的的地基处理措施和以增强建筑物抵抗和适应冻融变形能力为主的结构措施。
（1）地基处理措施
通过对冻融产生的基本条件及影响因素的分析认为，冻土的土质、水分（包括外界补给水）和土中负温值是产生冻融的基本要素，因此，只要消除其中一个因素，就可清除或削弱土体的冻融，实际工作中常采用换填法、保温法和排水隔水法等措施。
1）换填法：采用粗砂、砾石等非（弱）冻胀性材料置换天然地基的季节性冻土，以削弱或基本消除地基土的冻融，其效果与换填深度、换填料的粉粘粒含量、换填料的排水条件、地基土质、地下水位以及建筑物适应不均匀冻胀变形的能力等因素有关。在采取换填法处理时，应根据建筑物的具体情况、地基土质及地下水位情况，确定合适的换填深度和控制粉粘粒的含量。在有条件的情况下，还应做好换填层的排水。
2）保温法：在建筑物基础底部或四周设置隔热层，增大热阻，以推迟地基土的冻结、提高土中温度、减少冻结深度，进而起到防冻胀的一种方法。可以用来隔热的材料相当多，例如草皮、树皮、炉渣、土块、混凝土、玻璃纤维、聚苯乙烯泡沫等，在某些条件下，土、冰、雪、柴草等也可作为隔热材料。近年来，由于各种人造材料的发明，保温法的应用范围越来越广，涉及道路、工业与民用建筑及水利工程等领域。
3）排水隔水法：通过隔断补给水源和排除地表水等措施，降低地下水位及季节冻层范围内土体的含水量，从而降低土的冻胀。但是，排水和隔水的方法应结合工程运用条件、工程地点的土质及水文地质条件进行选择，否则，不但起不到防冻害的效果，反而会给工程造成危害。
（2）结构措施
除上述地基处理措施外，还可根据建筑物的重要程度、运行年限及结构特点等采用不同的设计原则和防冻害的结构措施。对于以墩、桩为基础的桥梁、渡槽及其他重要建筑物，应保证建筑物在冻胀或融沉作用下不产生变形，所以常采用深基础或各种形式的锚固基础。对于工业与民用建筑中的平房、低层楼房和农田水利工程中的小型涵洞、小型水闸、引水渠道等建筑物来说，为了节省投资，可采用浅埋基础，并采取一定的结构措施，增强其适应不均匀冻胀变形的能力。目前，在寒冷地区，主要采用柔性结构、增加结构的刚度和整体性及合理分割结构、设置变形缝等3种措施增强建筑物适应不均匀变形的能力。此外，还可采用回避性的结构措施，即在建筑物的形式选择、总体布置及结构形式等方面采取措施，避开不利的冻胀条件。回避性的结构措施主要有架空法、埋入法和隔离法3种。
在实际工程中，需要结合建筑物的等级、要求、地基条件及当地材料等具体情况确定宜采取的防冻胀措施。比如，建在弱冻胀或中等冻胀土地基上允许冻胀变形的小型建筑物，可考虑采用单一的消除、削减冻胀的处理措施，将冻胀引起的建筑物变形控制在允许范围之内。但在强冻胀土地基上修建不允许变形或允许冻胀变形很小的建筑物时，只采用单一的消除、削弱冻胀的处理措施，可能难以达到防治冻害的目的，而且在经济上也往往是不合理的，在这种情况下，宜采取综合防治措施，即以一种措施为主，同时配合其他一种或几种措施。
小 结
本章的学习重点是岩溶塌陷、地面沉降、地裂缝、采空塌陷、矿井突水、瓦斯爆炸和岩爆等地质灾害防治工程的设计与施工，以及湿陷性黄土、软土、膨胀土、盐渍土、红粘土、冻土等特殊土的处理技术，难点是岩溶塌陷、地面沉降、地裂缝、采矿塌陷、矿井突水等灾害的防治工程设计。岩溶地区因岩溶发育的不均一性，使得防治岩溶塌陷灾害的难度较大、成本较高，对于一般工程可以考虑采用强夯、跨越等方法处理，但对于重要工程，应采取桩基、灌注填充等方法处理；在地面沉降区，除采取必要的措施控制地面沉降发展外，拟建工程一般应有适度的沉降量预留；地裂缝灾害的防治多以避让为主，或采取一定的结构措施减轻灾害损失；矿山与地下工程地质灾害重在预防，在编制开发利用方案或施工方案时，应针对可能出现的地质灾害，采取合理的开采方式或施工方法，围岩支护、留足保安（或防水）矿柱；在工程实践中，特殊土如湿陷性黄土地区出现的地基沉陷、地面开裂，软土地区的过量沉降、侧向滑移，冻土地区的冻胀、融沉以及边坡滑坍等灾害危及工程建设的案例很多，工程建设时对特殊土地基加固的设计和施工显得尤为重要。
复习思考题
1.岩溶灾害的处理措施有哪些？
2.强夯加固的原理是什么？具体如何实施？
3.灌注填充法如何设计？
4.岩溶地区桩基如何设计？
5.地面沉降有哪些防治措施？
6.什么条件下可以采用人工回灌对地面沉降进行治理？人工回灌治理方法有哪些？
7.人工回灌中应该注意的问题有哪些？如何解决？
8.人工回灌地下水设计及实施步骤有哪些？
9.在地面沉降地区为什么要进行防洪排涝？如何实施？
10.地裂缝的防治措施有哪些？
11.针对地裂缝上已有建筑物，如何布设减灾工程？
12.生命线工程如何避免地裂缝灾害？
13.如何确定塌陷盆地的最大塌陷深度？
14.防治采矿塌陷的井下技术措施有哪些？
15.矿井突水前有哪些“征兆”？如何识别矿井突水水源？
16.矿井突水的防治措施有哪些？
17.如何确定安全防水岩柱厚度？
18.简述矿井注浆堵水的工作程序。
19.防止瓦斯爆炸和岩爆的措施有哪些？
20.湿陷性黄土、软土、冻土地基的处理方法有哪些？