3.2 土的冻胀和多年冻土融沉性分级
3.2.1 季节冻土和季节融化层土的冻胀性分级，应根据土层的平均冻胀率η的大小划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五级，并应符合表3.2.1的规定。冻土层的平均冻胀率η应按下式计算：
式中：Δz——地表冻胀量（mm）；
h——冻结层厚度（mm）。
表3.2.1 季节冻土与季节融化层土的冻胀性分级
续表3.2.1
注：1 ωp为塑限，ω为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 塑性指数大于22时，冻胀性降低一级。
4 小于0.005mm粒径含量大于60%时，为不冻胀土。
5 当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。
6 隔水层指季节冻结、季节融化活动层内的隔水层。
7 对冻胀变形敏感的工程尚应分析冻胀类别为“不冻胀”土的微冻胀性对工程的影响。
8 表中设计冻深Zd按本规范附录D计算。
3.2.2 多年冻土的融化下沉性分级，应根据冻土的融化下沉系数δo的大小划分为不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷五级，并应符合表3.2.2的规定。冻土层的平均融化下沉系数δo应按下式计算：
式中：h1、e1——分别为冻土试样融化前的高度（mm）和孔隙比；
h2、e2——分别为冻土试样融化后的高度（mm）和孔隙比。
表3.2.2 多年冻土的融沉性分级
续表3.2.2
注：1 ω为总含水率（%），包括冰和未冻水；ωp为塑限。
2 盐渍化冻土、泥炭化冻土、腐殖土、高塑性黏土不在表列。
3 粗颗粒土用起始融化下沉含水率代替塑限ωp。
关于土的冻胀性分级问题，我国多年来进行了大量实测和理论研究工作。本规范经分析研究，采用现行行业标准《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ 118中的地基土冻胀性分级。
研究表明：地基土冻胀，除与气温条件有关外，主要与土的类别、冻前含水率和地下水位有关。粗颗粒土中当粉、黏土颗粒增多时，土的冻胀性显著增大。土中含水率超过起始冻胀含水率时，在没有地下水补给的情况下，土层仍有水分迁移现象存在，含水率发生重分布，并产生冻胀。细颗粒土中，小于0.005mm粒径的颗粒含量大于60%时为不冻胀土，其塑性指数大于22时，冻胀性降低一级。本规范表3.2.1中的“不冻胀”的划分标准为平均冻胀率η＜1%，说明此条件下仍具有微弱的冻胀量，高速铁路等工程因对地基变形具有高度敏感性的建筑物，此分类就不适用，应进行专门研究，再细划分。
影响地基土冻胀的地下水深度主要是有关各类土毛细水高度的临界深度；黏土、粉质黏土为1.2m～2.0m，粉土为1.0m～1.5m，砂土为0.50m。当地下水位低于临界深度时，可不考虑地下水对冻胀的影响，仅考虑土中含水率的影响，属封闭系统情况。当地下水位高于临界深度时，可按开敞系统考虑，即考虑土中含水率和地下水补给的影响。如多年冻土活动层黏性土冻胀问题可按封闭系统处理，即在没有地下水补给的条件下，土中含水率和冻胀率间的关系为：
表1 不同盐渍度冻土强度指标的降低
注：3m～5 m深处桩端。
表2 不同泥炭化程度冻土强度指标的降低
注：3m～5 m深处桩端。
式中：η——冻胀率（%）；
ρd——土的干密度，取1.5g/cm3；
ρω——水的密度，取1.0g/cm3；
ω——总含水率（%）；
ωp——塑限含水率（%）。
但是，当季节冻土的冻胀性问题按开敞系统考虑时，即在有地下水补给情况下，冻胀性将会提高，如表3.2.1中当ω大于ωp+15时为特强冻胀。
近十几年内各有关单位对季节冻土层地下水补给高度的研究做了很多工作，见表3、表4、表5和表6。
表3 土中毛细管水上升高度与冻深、冻胀的比较
资料来源：王希尧.不同地下水埋深和不同土壤条件下冻结和冻胀试验研究［J］.《冰川冻土》.1980，2（3）：40-45.
表4 无冻胀层距离潜水位的高度
资料来源：王希尧.浅潜水对冻胀及其层次分布的影响［J］.《冰川冻土》.1982，4（2）：55-61.
表5 地下水位对冻胀影响程度
资料来源：童长江.切向冻胀力的设计［R］.中国科学研究院冰川冻土研究所.大庆油田设计院.1986.
表6 冻胀分类地下水界线值
资料来源：戴惠民，王兴隆.季冻区公路桥涵地基土冻胀与基础埋深的研究［R］.黑龙江省交通科学研究所.1989.
根据上述研究成果，以及专题研究“黏性土地基冻胀性判别的可靠性”，将季节冻土的冻胀性分类表中冻结期间地下水位距冻结面的最小距离hw作了部分调整，其中粉砂由1.5m改为1.0m；粉土由2.0m改为1.5m；黏性土中当ω大于ωp+9后，而改成大于ωp+15为特强冻胀土；
本次修订对表3.2.1做了适当修改。
（1）将“冻结期间地下水位距冻结面的最小距离”一栏修改为“冻前地下水位距设计冻深的最小距离”。
“冻结期间地下水位距冻结面的最小距离”的要求给实际勘察带来很大困难，一方面，什么时期地下水位距离冻结面最近难以预测，另一方面，该指标的勘察确定与冻前含水率的勘察也必然存在季节上的不一致，造成勘察困难。因此，建议将该指标修改为“冻前地下水位距设计冻深的最小距离”，表中对应的取值保持不变。设计冻深应该视为冻结期间的最大冻深，如果冻前地下水位距离设计冻深的距离大于表中取值，且在冻结期间地下水位不上升，则满足修订后的“冻前地下水位距设计冻深的最小距离”，也一定满足修订前的“冻结期间地下水位距冻结面的最小距离”。
（2）对于表中第一种土类“碎（卵）石，砾砂、粗砂、中砂（这些粗砾类土中粒径小于0.075mm的颗粒含量均不大于15%），细砂（粒径小于0.075mm的颗粒含量不大于10%）”，原规范中对地下水位不做考虑。本次修订讨论中，设计单位提出：当此类土下部存在隔水层，且地下水位很高使得该土层呈饱和含水状态时，会出现较强的冻胀。中科院寒旱所的一些路基填土（碎石土、卵石土）在饱和含水条件下的封闭冻胀实验也出现过产生一定程度冻胀的现象，此种冻胀主要源于水相变为冰的体积膨胀。粗砾类土的冻胀性不仅取决于土中的粉黏颗粒的含量，还决定于冻结过程土中水分能否排除。因此，在该类土中，又针对含水状况、隔水层等划分为两种情况处理。
（3）对于冻胀变形敏感的工程（如高速铁路）应考虑土层平均冻胀率η≤1时产生的微冻胀对工程的影响，特殊情况根据需要做专门研究。
冻结深度与冻层厚度两个概念容易混淆，对不冻胀土二者相同，但对冻胀土，尤其强冻胀以上的土，二者相差颇大。冻层厚度的自然地面是随冻胀率的加大而逐渐上抬的，设计基础埋深时所需的冻深值是自冻前原自然地面算起的，它等于冻层厚度减去冻胀量，特此强调提出，引起注意。
关于多年冻土的融沉性分级问题，我国的生产教学和科研部门做了大量工作，取得了可喜的成果。如1984年前将多年冻土的融沉性，主要以土的类别、总含水率和融化后的潮湿程度为依据划分为：不融沉、弱融沉、融沉、强融沉四级。但是，随着生产发展和科学研究工作的深入，已经证明，多年冻土的融沉性应以融沉系数为指标进行分级的做法是正确的，因为这在一定程度上反映了冻土的构造和力学特性（见表7），并与设计原则有密切联系。为此，本规范采用了现行行业标准《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ 118中多年冻土的融沉性分级（见本规范表3.2.2）。本规范此次修订之后与现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021多年冻土融沉性分级取得一致。
表7 冻土的融沉性与冻土强度及构造的对应关系
资料来源：吴紫汪.冻土工程分类［J］.《冰川冻土》，1982，4（4）：43-48.
当Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级融沉土的融沉量超过建筑的容许变形值时，对建筑物而言则必须采取相应的设计原则、适当的基础型式以及能适应不均匀沉降的柔性结构等特殊措施；对线型建筑物而言，除采用保持冻结状态的设计原则外，还必须保证有一个合理的路基最小填土高度，注意环境保护以及路基排水等措施是至关重要的。经多年研究和本规范的专题研究“大兴安岭北部多年冻土地区路基沉陷问题的研究”工作表明，高含冰冻土，即包括富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层地段的路基沉陷，当工程影响下的季节融化深度大于多年冻土天然上限时，其融沉特点是：
（1）沉陷值较大（莫尔道噶—激流河公路测试路段达0.29m～0.51m）。有时产生突陷，沉陷量可达1m～2m。
（2）不均匀沉陷。因为相邻断面或同一横断面上的不同位置其沉陷量不同。
（3）沉陷量过程曲线无收敛趋势。这在饱冰冻土和含土冰层的路基地段，特别突出。
由以上可知，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ融沉性土，从冻结至融化状态时的变形，是建筑设计、施工和使用过程中，都需要认真对待的问题。为此，应注意采取以下几点措施：
（1）加强选址工作；
（2）根据冻土的冻结与融化状态，确定地基设计原则；
（3）提出地基土融沉变形不超过建筑物允许变形值的相应措施，或符合设计原则的其他正确措施。