GB 50324-2014 冻土工程地质勘察规范

标准信息

• 标准编号：GB 50324-2014
• 标准名称：冻土工程地质勘察规范
• 英文名称：Code for frozen soil engineering geological investigation
• 发布日期：2014-06-23
• 实施日期：2015-05-01
• 发布机关：中华人民共和国住房和城乡建设部
• 主编部门：黑龙江寒地建筑科学研究院
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适用范围

本规范适用于冻土地区的工程地质勘察。冻土地区包括季节冻土地区和多年冻土地区。

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第一章 总则

1.0.1 为在冻土地区工程地质勘察中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量，制定本规范。

1.0.2 冻土地区勘察应重视冻土的特殊工程性质，包括冻胀性、融沉性、热稳定性等。

1.0.3 冻土地区勘察除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

1.0.4 冻土勘察应采用综合勘探方法，包括钻探、原位测试和室内试验。

1.0.5 冻土勘察应重视地温观测，查明冻土的温度状态和变化规律。

1.0.6 冻土勘察应分阶段进行，各阶段工作应符合下列要求：

• 可行性研究勘察应对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价；
• 初步勘察应初步查明冻土层的分布、厚度及性质；
• 详细勘察应提供地基设计所需的参数，提出冻土利用和处理措施建议；
• 施工勘察应解决施工中的具体问题，检验冻土处理效果。

1.0.7 季节冻土地区勘察应查明最大冻结深度。

1.0.8 多年冻土地区勘察应查明多年冻土的分布、厚度、温度特征和类型。

1.0.9 冻土勘察报告应提供冻土的物理力学性质指标，为地基基础设计提供依据。

1.0.10 冻土勘察应重视环境保护，防止对冻土环境造成不良影响。

1.0.11 冻土勘察成果必须正确反映场地的工程地质条件。

1.0.12 冻土勘察应根据工程特点和场地条件，综合运用多种勘察方法。

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第二章 术语和符号

第一节 术语

2.1.1 冻土：温度低于0℃且含有冰的土。

2.1.2 季节冻土：冬季冻结、夏季融化的土，冻结状态持续时间一般不超过一年。

2.1.3 多年冻土：冻结状态持续三年以上的土，又称永冻土。

2.1.4 隔年冻土：冻结状态持续一年以上，但不满三年的土。

2.1.5 冻胀：土体在冻结过程中体积膨胀的现象。

2.1.6 融沉：冻土融化后产生沉陷的现象。

2.1.7 冻土融化压缩系数：冻土融化后压缩性增大的系数。

2.1.8 设计融深：工程设计中采用的冻土融化深度。

2.1.9 冻土上限：冻土层顶面的深度，又称多年冻土上限或季节融化层底面。

2.1.10 冻土下限：冻土层底面的深度，又称多年冻土下限。

2.1.11 冻胀率：土体冻结时体积膨胀的比例。

2.1.12 融沉系数：冻土融化后沉陷量与融化前高度之比。

2.1.13 季节冻土冻结深度：自地表面起，标准积雪深度对应的最大冻结深度。

2.1.14 地温：土体的温度，以摄氏度（℃）表示。

2.1.15 年平均地温：多年冻土层中部或底部的年平均温度，是评价多年冻土稳定性的重要指标。

2.1.16 冻土热稳定性：冻土在温度变化时保持其物理力学性质的能力。

2.1.17 冻结强度：冻土与基础材料之间的粘结力。

2.1.18 融化压缩层：冻土融化后产生压缩变形的土层。

2.1.19 活动层：多年冻土地区夏季融化、冬季冻结的土层。

2.1.20 保护冻土原则：保持多年冻土在施工和使用过程中处于冻结状态的设计原则。

2.1.21 允许融化原则：允许地基土在施工和使用过程中融化，但应控制融化深度和融化速率的设计原则。

第二节 主要符号

zs——季节冻土冻结深度（m）

zd——设计融深（m）

δmax——冻胀率（%）

η——融化压缩系数（MPa⁻¹）

δ0——融沉系数（%）

R——地基承载力特征值（kPa）

h——融化压缩层厚度（m）

T——地温（℃）

tm——年平均地温（℃）

qs——冻土与基础冻结强度（kPa）

cu——冻土不排水抗剪强度（kPa）

fc——冻土抗压强度（kPa）

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第三章 冻土的分类

第一节 按冻结时间分类

3.1.1 季节冻土：冬季冻结、夏季融化，冻结状态持续时间一般不超过一年。

3.1.2 隔年冻土：冻结状态持续一年以上，但不满三年。

3.1.3 多年冻土：冻结状态持续三年以上，又称永冻土。

3.1.4 季节冻土主要分布在中纬度地区，冻结深度一般不超过3m。

3.1.5 多年冻土主要分布在高纬度和高海拔地区。

3.1.6 我国多年冻土分布面积约占国土面积的21.5%。

3.1.7 季节冻土地区应查明最大冻结深度及其影响因素。

3.1.8 多年冻土地区应查明冻土上限和下限的深度及变化规律。

3.1.9 隔年冻土是季节冻土与多年冻土之间的过渡类型。

3.1.10 冻土类型分布受地形、植被、积雪厚度等因素影响。

3.1.11 勘察时应根据场地条件判断冻土类型。

3.1.12 冻土类型是确定地基设计原则的重要依据。

第二节 按成因分类

3.2.1 原地冻土：在原地形成，土中水分主要来自当地大气降水和地下水。

3.2.2 迁移冻土：通过水分迁移作用形成，土中水分从远处迁移聚集后冻结。

3.2.3 埋藏冻土：被沉积物覆盖的古代冻土，又称残留冻土。

3.2.4 迁移冻土的含冰量一般大于原地冻土。

3.2.5 埋藏冻土可能存在于非冻土地区之下。

3.2.6 原地冻土的工程性质通常优于迁移冻土。

3.2.7 勘察时应根据冻土成因类型评价其工程性质。

3.2.8 迁移冻土易产生大的冻胀变形。

3.2.9 埋藏冻土的工程性质取决于其埋藏条件和保存状态。

3.2.10 冻土成因类型可通过对冻土结构、含冰特征等进行分析判断。

3.2.11 勘察时应注意区分不同成因类型的冻土。

3.2.12 冻土成因影响地基处理方法的选择。

第三节 按含冰特征分类

3.3.1 少冰冻土：含冰量较少，冰存在于土颗粒之间，冻土工程性质较好。

3.3.2 多冰冻土：含冰量较多，可见冰晶体，冻土工程性质中等。

3.3.3 富冰冻土：含冰量丰富，冰层厚度可达数厘米，冻土工程性质较差。

3.3.4 饱冰冻土：含冰量接近饱和，冰多土少，冻土工程性质差。

3.3.5 含土冰层：含有大量冰和土的混合层，融化后可能产生大变形。

3.3.6 冻土按含冰特征分类表：

冻土类型	总含水率δ（%）	冰夹层厚度
少冰冻土	δ < 10	无冰夹层
多冰冻土	10 ≤ δ < 25	冰夹层 < 2cm
富冰冻土	25 ≤ δ < 50	冰夹层 2cm～5cm
饱冰冻土	50 ≤ δ < 100	冰夹层 > 5cm
含土冰层	δ ≥ 100	以冰为主

3.3.7 少冰冻土和多冰冻土可用于天然地基。

3.3.8 富冰冻土和饱冰冻土融化后会产生大变形，使用时需采取工程措施。

3.3.9 含土冰层不得直接作为地基土，应进行地基处理。

3.3.10 冻土含冰特征是评价冻土工程性质的首要因素。

3.3.11 勘察时应采取代表性试样测定含水率，评价含冰特征。

3.3.12 必要时可采用钻孔电视、红外热成像等方法直接观测冻土含冰特征。

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第四章 冻土的工程性质

第一节 物理性质

4.1.1 冻土的总含水率包括土中液态水和固态冰的含量。

4.1.2 冻土的密度应区分冻结状态和融化状态。

4.1.3 冻土在冻结状态下，由于冰的存在，其密度大于融化状态。

4.1.4 冻土的导热系数远大于融化状态，冻结土的导热系数约为融化土的2～3倍。

4.1.5 冻土的比热容在冻结过程中发生突变，含有相变潜热。

4.1.6 冻土的体积含冰量是影响其工程性质的主要因素。

4.1.7 冻土中未冻水含量与温度有关，温度越低，未冻水含量越少。

4.1.8 冻土的热物理参数应通过试验确定。

第二节 力学性质

4.2.1 冻土的强度远高于融化状态，冻结粘性土的抗压强度可达1MPa～10MPa。

4.2.2 冻土的长期强度低于短期强度，长期强度约为短期强度的50%～70%。

4.2.3 冻土的蠕变特性显著，在恒定荷载作用下变形随时间发展。

4.2.4 冻土的抗剪强度受温度影响显著，温度越低，抗剪强度越高。

4.2.5 冻土与基础之间的冻结强度是寒区基础设计的重要参数。

4.2.6 冻土融化后强度显著降低，可能产生融陷变形。

4.2.7 冻土的压缩性在融化后急剧增大。

4.2.8 冻土的力学性质试验应在负温条件下进行。

第三节 热物理性质

4.3.1 冻土的热容量随含水率变化，含有相变潜热。

4.3.2 冻土的导温系数影响温度传播速度，冻结土的导温系数约为融化土的1/2。

4.3.3 冻土的相变潜热影响融化过程，相变潜热是冰融化所需的热量。

4.3.4 冻土的热阻系数是影响基础热量散失的重要参数。

4.3.5 冻土的表面热交换系数影响冻土与大气之间的热量交换。

4.3.6 冻土温度分布受气候条件、地表覆盖和地形影响。

4.3.7 冻土的热物理性质参数应通过专门试验确定。

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第五章 勘察的基本要求

第一节 勘察阶段

5.1.1 可行性研究勘察阶段：了解区域冻土分布概况，搜集已有资料，进行现场踏勘。

5.1.2 初步勘察阶段：查明冻土层分布、厚度及性质，提供地基设计参数。

5.1.3 详细勘察阶段：提供地基设计所需的参数，提出冻土利用和处理措施建议。

5.1.4 施工勘察阶段：解决施工中的具体问题，检验冻土处理效果。

5.1.5 季节冻土地区勘察应查明最大冻结深度。

5.1.6 多年冻土地区勘察应查明多年冻土的分布、厚度、温度特征和类型。

5.1.7 各阶段勘察成果应满足相应深度的要求。

第二节 勘探方法

5.2.1 钻探应采用干钻法，避免用水循环，防止钻孔融化冻土。

5.2.2 钻进过程中应记录钻进速度的变化，判断冻土层位。

5.2.3 应进行原位测试，包括地温测试、冻胀力测试、冻土强度测试等。

5.2.4 室内试验应包括冻土的特殊试验项目，如冻胀试验、融沉试验等。

5.2.5 物探方法可用于冻土层分布的探测，包括地震法、电阻率法等。

5.2.6 勘探点布置应考虑冻土分布的复杂性和工程特点。

5.2.7 勘探点间距宜为30m～50m，对复杂场地应加密。

5.2.8 勘探深度应超过设计融深以下不小于5m。

第三节 勘探工作量

5.3.1 勘探点间距宜为30m～50m，对复杂场地应加密。

5.3.2 勘探深度应超过设计融深以下不小于5m。

5.3.3 冻土上限和下限深度应予查明，必要时进行专门的地温观测。

5.3.4 每个场地采取冻土试样不应少于6件，进行物理力学性质试验。

5.3.5 地温观测孔的设置应能控制场地地温变化特征。

5.3.6 取样间距在季节融化层和活动层内宜为0.5m～1.0m。

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第六章 冻土测试

第一节 地温测试

6.1.1 应设置地温观测孔，观测深度应超过冻土下限。

6.1.2 观测时间不应少于一个完整的年度周期，以便获取年平均地温和温度变化规律。

6.1.3 地温观测孔的布置应能代表场地的温度分布特征。

6.1.4 地温观测应测定不同深度的地温，包括0m、0.5m、1m、2m、3m、5m、8m、10m等深度。

6.1.5 应绘制地温曲线，分析年变化深度、最高温度出现时间和温度梯度。

6.1.6 地温观测应同步记录气温、降水等气象要素。

6.1.7 年平均地温是评价多年冻土稳定性的重要指标。

6.1.8 地温观测仪器应定期校准，确保观测精度。

第二节 冻胀性试验

6.2.1 冻胀率试验应采用原状土样，保持天然结构和含水率。

6.2.2 试验温度应模拟实际冻结条件，从正温逐渐降低到负温。

6.2.3 冻胀率试验应按下列步骤进行：

• 切取原状土样，装入冻胀仪；
• 安装位移传感器，记录初始高度；
• 施加设计压力；
• 降温冻结，观测冻胀变形；
• 冻胀率应按下式计算：δmax = Δh/h₀ × 100%

6.2.4 冻胀率试验的平行试验不应少于3组。

6.2.5 冻胀率试验结果用于评价土的冻胀性。

6.2.6 冻胀力试验应测定土体在约束条件下冻结产生的最大冻胀力。

第三节 融沉性试验

6.3.1 融化压缩试验应采用有侧限的压缩仪，在上部加荷条件下融化。

6.3.2 融化压缩试验应按下列步骤进行：

• 切取原状冻土样，装入压缩仪；
• 施加设计荷载；
• 升温融化，观测融沉变形；
• 融化压缩系数应按下式计算：η = ε₁₋₂ / p

6.3.3 融沉系数应按下式计算：δ₀ = Δh/h₀ × 100%

6.3.4 融化压缩试验的荷载等级宜为50、100、200、400kPa。

6.3.5 融沉试验应进行到变形稳定为止，稳定标准为每小时变形量小于0.01mm。

6.3.6 融沉试验结果用于评价冻土融化后的沉降特性。

第四节 力学性质试验

6.4.1 冻土抗压强度试验应在负温条件下进行，试验温度应与实际地温一致。

6.4.2 冻土长期强度试验应采用蠕变试验，测定在长期荷载作用下的强度。

6.4.3 冻土与基础冻结强度试验应根据实际工程需要进行，测定冻土与基础材料之间的粘结力。

6.4.4 冻土抗剪强度试验可采用直剪仪或三轴仪，在负温条件下进行。

6.4.5 冻土力学性质试验的试件应保持冻结状态，试验前不得融化。

6.4.6 冻土强度试验的加载速率应符合冻土试验要求。

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第七章 冻土地基评价

第一节 地基承载力

7.1.1 冻土地基承载力特征值应通过载荷试验确定。

7.1.2 冻土地基承载力与温度密切相关，温度越低，承载力越高。

7.1.3 承载力特征值应注明对应的温度条件。

7.1.4 冻土地基承载力也可根据冻土类型和性质按经验公式估算。

7.1.5 载荷试验的压板面积不应小于0.25m²。

7.1.6 冻土地基承载力应进行宽度和深度修正。

7.1.7 地基承载力特征值的确定应考虑冻土的蠕变特性。

第二节 冻胀性评价

7.2.1 冻胀性应根据冻胀率大小分为五级：

冻胀等级	冻胀率δmax（%）	冻胀类别
I	δmax ≤ 1	不冻胀
II	1 < δmax ≤ 3.5	弱冻胀
III	3.5 < δmax ≤ 6	冻胀
IV	6 < δmax ≤ 12	强冻胀
V	δmax > 12	特强冻胀

7.2.2 冻胀率与土的颗粒组成、含水率、地下水位等因素有关。

7.2.3 粉性土和粘性土的冻胀性较强，砂砾石的冻胀性较弱。

7.2.4 地下水位越低，冻胀性越小。

7.2.5 冻胀性评价结果用于确定基础埋深和防冻胀措施。

7.2.6 不冻胀土可不考虑冻胀问题。

第三节 融沉性评价

7.3.1 融沉性应根据融沉系数大小分为五级：

融沉等级	融沉系数δ0（%）	融沉类别
I	δ0 ≤ 1	不融沉
II	1 < δ0 ≤ 3	弱融沉
III	3 < δ0 ≤ 10	融沉
IV	10 < δ0 ≤ 25	强融沉
V	δ0 > 25	强融沉

7.3.2 融沉系数与土的含冰量密切相关，含冰量越高，融沉系数越大。

7.3.3 富冰冻土和饱冰冻土的融沉性较强。

7.3.4 融沉性评价结果用于确定地基处理方案。

7.3.5 融沉变形包括融化压缩变形和自重作用下的下沉变形。

7.3.6 融沉变形可能产生不均匀沉降，对建筑物造成危害。

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第八章 冻土地区地基设计原则

第一节 一般原则

8.1.1 冻土地基设计应考虑冻胀和融沉的影响。

8.1.2 多年冻土地区应采用保护冻土或允许融化原则之一进行设计。

8.1.3 季节冻土地区应采取防冻胀措施。

8.1.4 保护冻土原则：保持多年冻土在施工和使用过程中处于冻结状态。

8.1.5 允许融化原则：允许地基土在施工和使用过程中融化，但应控制融化深度和融化速率。

8.1.6 地基设计应根据冻土类型、温度特征和工程要求综合确定设计原则。

第二节 基础埋置深度

8.2.1 季节冻土地基基础埋深应大于冻结深度。

8.2.2 基础埋深应大于设计冻结深度，设计冻结深度应按下式计算：

zs = ψs·z₀

式中：zs——设计冻结深度（m）；ψs——冻结深度修正系数；z₀——标准冻结深度（m）。

8.2.3 多年冻土地基基础埋深应根据设计原则确定：

• 保护冻土原则：基础埋深应大于季节融化层厚度
• 允许融化原则：基础埋深应根据融化后地基承载力确定

8.2.4 基底下冻土层的温度应予以保证，不得低于0℃。

8.2.5 基础应设置保温层，减少热量散失。

第三节 防冻胀措施

8.3.1 可采用换填法，换填非冻胀性材料，如粗砂、砾石等。

8.3.2 换填深度应大于设计冻结深度，换填材料应洁净、级配良好。

8.3.3 可采用保温法，减少热量散失，保持地基土处于正温。

8.3.4 保温材料应选用导热系数小、耐久性好的材料，如聚苯乙烯泡沫板等。

8.3.5 可采用排水法，降低地下水位，减少水分迁移。

8.3.6 基础侧壁应光滑或涂抹沥青、塑料薄膜，减少冻胀力。

8.3.7 可采用锚固措施，增强基础抗冻胀上拔能力。

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第九章 勘察报告

第一节 报告内容

9.1.1 勘察报告应包括场地冻土类型、分布、厚度。

9.1.2 应包括冻土的物理力学性质指标，包括含水率、密度、冻胀率、融沉系数等。

9.1.3 应包括冻胀性和融沉性评价结果。

9.1.4 应包括地基设计方案建议，包括基础埋深、防冻胀措施等。

9.1.5 应包括场地地温分布特征和年变化规律。

9.1.6 应包括冻土工程地质分区图。

9.1.7 结论和建议应明确，具有可操作性。

第二节 报告附件

9.2.1 勘探点平面布置图。

9.2.2 工程地质剖面图，应标明冻土层位。

9.2.3 地温观测曲线，包括不同深度的温度随时间变化曲线。

9.2.4 冻土试验成果表，包括各项物理力学性质指标。

9.2.5 地温统计表，包括各测点的年平均地温、极值地温等。

9.2.6 原位测试成果图表。

9.2.7 室内试验成果汇总表。

9.2.8 冻土工程地质分区图。

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附录A 冻结深度计算

A.0.1 标准冻结深度z₀应根据当地气象资料确定。

A.0.2 冻结深度修正系数ψs应根据场地条件确定，按表A.0.2采用：

场地条件	ψs
城市中心区	0.8
城市边缘区	0.9
旷野地区	1.0
有积雪覆盖	0.7～0.9

A.0.3 设计冻结深度计算公式：zs = ψs·z₀

A.0.4 标准冻结深度可采用当地气象站观测资料统计确定。

A.0.5 当无气象资料时，可根据冻土分布图估算。

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附录B 冻胀量和融沉量计算

B.0.1 冻胀量计算应考虑冻胀率沿深度的分布。

B.0.2 冻胀量计算公式：

h = Σ(δi × hi)

式中：h——总冻胀量（mm）；δi——第i层土的冻胀率（%）；hi——第i层土的厚度（mm）。

B.0.3 融沉量计算应考虑融化压缩层厚度和上部荷载。

B.0.4 融沉量计算公式：

s = Σ(ηi × hi × pi)

式中：s——总融沉量（mm）；ηi——第i层土的融化压缩系数（MPa⁻¹）；hi——第i层土的厚度（mm）；pi——第i层土的附加应力（kPa）。

B.0.5 冻胀量和融沉量计算应考虑地基土的不均匀性。

B.0.6 差异冻胀或差异融沉应根据土层变化和荷载分布进行分析。

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附录C 冻土地基承载力特征值

C.0.1 冻土地基承载力特征值应根据载荷试验确定，试验条件应符合本规范第7.1节的规定。

C.0.2 当无载荷试验资料时，冻土地基承载力特征值可按表C.0.2采用：

冻土类型	承载力特征值（kPa）
少冰冻土	400～600
多冰冻土	300～400
富冰冻土	200～300
饱冰冻土	100～200
含土冰层	不作地基

注：表列数值对应温度为-1℃，当温度不同时应进行修正。

C.0.3 冻土地基承载力特征值的温度修正系数应按表C.0.3采用：

地温（℃）	温度修正系数
0～-1	0.8
-1～-2	1.0
-2～-3	1.2
<-3	1.3

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本规范用词说明

• 严格程度：表示很严格，非这样不可的用词：正面词采用"必须"，反面词采用"严禁"
• 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用"应"，反面词采用"不应"或"不得"
• 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用"宜"，反面词采用"不宜"
• 表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词：采用"可"

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条文说明

本规范条文的具体说明详见《冻土工程地质勘察规范》条文说明部分。

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本规范由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行