淺析凍土對(duì)建筑物的危害及預(yù)防措施

趙桂琴

【摘 要】 凍土處理不當(dāng)，易使地上建筑物產(chǎn)生變形。為防止凍土對(duì)建筑物的危害，應(yīng)做好預(yù)防凍脹措施。

【關(guān)鍵詞】 凍土危害預(yù)防

我國(guó)遼寧東北部，氣候寒冷，冬季多半時(shí)間處在零下20多度，凍土深度均在1.2米左右。由于季節(jié)性氣溫變化，冬季地基土凍結(jié)后產(chǎn)生凍脹變形，夏季融化后產(chǎn)生融化下沉變形，易造成建筑物凍害，嚴(yán)重的甚至不能使用。因此寒冷地區(qū)土壤的凍脹直接關(guān)系到建筑物的使用年限和結(jié)構(gòu)安全。如何解決季節(jié)性凍土地基與淺基礎(chǔ)的問(wèn)題，是我們?cè)诮ㄖO(shè)計(jì)與施工中面臨的重要課題。

一、土壤凍脹的原理

土壤中的自由水結(jié)冰時(shí)，薄膜水冰點(diǎn)較低尚未凍結(jié)。在溫度繼續(xù)下降時(shí)，接近自由水的薄膜水逐漸變成了冰，使原來(lái)的冰晶體增大，而薄膜水更薄，吸引力有了剩余，因而產(chǎn)生了壓力差，吸引著下部水份來(lái)補(bǔ)充。細(xì)粒土中土粒周?chē)斜∧に雇亮：屯亮ｉg不直接接觸，薄膜水互相貫通，成了水份轉(zhuǎn)移的良好通路。0℃的水向更低溫度土層移動(dòng)，破壞了毛細(xì)水脹力與懸浮水柱的重量平衡，為了達(dá)到平衡又吸引下層水，水份逐漸上升凍結(jié)成冰，使水體積增大。 因而水份轉(zhuǎn)移使土壤產(chǎn)生凍脹。

二.土壤凍脹的因素

土壤凍脹與很多因素有關(guān)，主要因素是低溫延續(xù)時(shí)間、土壤種類(lèi)、土壤的秋季天然含水量及地下水位等情況。

1.冬季低溫連續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)土壤的凍結(jié)深度有直接影響。在土壤凍脹性相同的情況下，低溫連續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)則凍結(jié)深度就愈深，凍結(jié)深度愈深凍脹量亦愈大。

2.土壤種類(lèi)是土壤凍脹的重要因素。土壤愈細(xì)（如粘類(lèi)土〉顆粒間接觸面積愈大，給水份轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了有利條件，故呈現(xiàn)出的凍脹量亦較大。

3.基土的凍脹還取決于冬季凍結(jié)前的土壤天然含水量超過(guò)塑限的程度。因?yàn)樘烊缓砍^(guò)塑限愈多，轉(zhuǎn)移水份也愈多，因此基土凍脹就較大。

4.地下水位距基土的距離是基土凍脹時(shí)水份轉(zhuǎn)移的補(bǔ)給條件。凍結(jié)時(shí)地下水位距凍結(jié)基土之間的距離稱為毛細(xì)管高度。毛細(xì)管補(bǔ)充高度是判斷土壤凍脹性的一個(gè)主要指標(biāo)。

三、土壤凍脹對(duì)建筑物的危害

1、凍脹力的危害

作用于基礎(chǔ)底面的凍脹力一般都大于土壤地耐力，有時(shí)竟達(dá)40-50噸/米2。 遼寧東北地區(qū)根據(jù)試驗(yàn)為20噸/米2，所以基礎(chǔ)上部荷載往往不能平衡凍脹力?；A(chǔ)必須深埋并采取其它相應(yīng)措施才能保證上部結(jié)構(gòu)的安全。

2、凍切力的危害

凍切力是一種為沿基礎(chǔ)周邊側(cè)壁作用的力。基土在負(fù)溫度條件下，水份凍結(jié)體積增大。土的凍脹是三向的，只有水平脹力在凍結(jié)過(guò)程中互相平衡，而向下的脹力又受到下部未凍土的阻力，故只有向上隆起特別突出，易于發(fā)現(xiàn)。同時(shí)這種向上的力產(chǎn)生對(duì)建筑物隆起的作用力。所以凍切力的產(chǎn)生是由于土層橫向凍脹使土壤變形與基礎(chǔ)側(cè)壁緊密接觸，這樣基礎(chǔ)材料與土之間凍結(jié)在一起，土體積膨脹，沿基礎(chǔ)四周產(chǎn)生向上的切力，凍切力在某些類(lèi)型的基礎(chǔ)中將成為主要破壞力，使基礎(chǔ)隆起上部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形甚至破壞。

3、設(shè)計(jì)或施工處理不妥產(chǎn)生的危害

基礎(chǔ)埋置深度雖然大于計(jì)算凍結(jié)深度，但在零下溫度施工時(shí)沒(méi)有采取防止地基土受凍措施，基土在冬季受凍隆脹，使建筑物外墻基礎(chǔ)兩側(cè)凍切力不等， 形成傾復(fù)力矩，使磚墻折斷，出現(xiàn)裂紋。還有基礎(chǔ)建在凍土層上，春季解凍時(shí)基礎(chǔ)產(chǎn)生大幅度下沉，使上部結(jié)構(gòu)裂縫毀壞。

4、不同溫度產(chǎn)生的危害

同一個(gè)建筑物既有采暖房間又有非采暖房間時(shí)，基礎(chǔ)采用同一個(gè)埋置深度，但由于采暖房間和非采暖房間基礎(chǔ)凍切力不同，非采暖房間凍脹較大易使建筑物損壞。

四、防止凍土對(duì)建筑物危害的措施

為防止凍土對(duì)建筑物的危害，需要設(shè)計(jì)、施工、使用三方面共同配合，設(shè)計(jì)、施工、使用任何一方不注意，都會(huì)造成凍脹事故。

（一）設(shè)計(jì)方面的防治措施

1、按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)埋深

2、選擇合理的基礎(chǔ)形式，減少凍切力對(duì)基礎(chǔ)的破壞。

3、淺基礎(chǔ)基礎(chǔ)底墊400左右沙子。因?yàn)榇诸w粒土壤粗砂、中砂、卵石等顆粒間不能形成連續(xù)水膜所以不能凍脹。

4、同一建筑物不同高度時(shí)應(yīng)采用不同形式基礎(chǔ)和埋深

（二）施工方面的防治措施

1、凍脹地區(qū)基礎(chǔ)施工時(shí)期一定不能使基土受凍，否則解凍后將發(fā)生不均勻沉陷，造成房屋變形。

2、如果建筑物基礎(chǔ)位于填土區(qū)，必須在冬季前將基礎(chǔ)四周回填土做好。否則基礎(chǔ)四周復(fù)土厚度不夠，將使基礎(chǔ)遭受凍脹。某單位綜合廠房施工期間就是由于回填土未做，基礎(chǔ)僅埋入天然地面下1.0米，基礎(chǔ)發(fā)生 了不同程度的隆起，隆起高度2.5公分左右不等。經(jīng)處理后沒(méi)有造成較大損失。還有某產(chǎn)品精制裝置泵房因室內(nèi)未及時(shí)采暖，地坪回填土也沒(méi)有及時(shí)回填，再加上室外靠墻管溝未加蓋保溫，在凍脹力和凍切力聯(lián)合作用下基礎(chǔ)隆起，使得外墻門(mén)窗洞處產(chǎn)生裂縫。

3、寒冷地區(qū)建筑物基礎(chǔ)的基坑冬季前不宜采用大開(kāi)口式機(jī)械挖土。例如遼寧省東北部某單位加熱爐廠房，在9月末開(kāi)始挖基坑，機(jī)械大開(kāi)口挖土至1.6米深，土方外運(yùn)。10月下旬又人工挖土50公分，澆混凝土墊層，用草墊子復(fù)蓋保溫。綁鋼筋澆混凝土?xí)r基土尚未凍結(jié)。第二年4、5月間基礎(chǔ)梁靠支座處產(chǎn)生細(xì)微裂紋，經(jīng)驗(yàn)查基土凍50公分左右，解凍時(shí)產(chǎn)生不同程度的沉降。土壤中有明顯的扁冰體，厚1毫米左右不等，密度6-9層/公分。凍層土含水量較大，實(shí)測(cè)為29.1-35.5%，查明基礎(chǔ)裂紋是由于施工期間基礎(chǔ)敞露時(shí)受凍所致，大開(kāi)口挖土?xí)r基坑很大不容易保溫，所以不宜大開(kāi)口挖土。

4、基礎(chǔ)回填物（土、砂等）凍塊所占比例不得太大，以免使基土受凍。

（三）使用方面的防治措施.

1、經(jīng)常維修排水坡，排水溝等排水設(shè)施，使地面水順利排放。

2、建筑物附近開(kāi)挖的坑溝應(yīng)及時(shí)回填，以免積水或影響保溫使基土受凍。

3、假如建筑物已建成，而且基礎(chǔ)埋置深度小于計(jì)算凍結(jié)深度，為了不使基土受凍可在房屋基礎(chǔ)外排水坡下填一定厚度的保溫材料（爐渣、陶粒等），使基土免遭凍脹。

4、經(jīng)常檢查基礎(chǔ)四周土壤有無(wú)空洞。如發(fā)現(xiàn)空洞應(yīng)及時(shí)回填土，免得地表水流入洞內(nèi)，增加土壤凍切力。