建（構(gòu)）筑物地基的凍害防治

宋瑋

摘 要：該文分析了多年凍土凍脹、融沉機(jī)理及對(duì)建（構(gòu)）筑物的危害，闡述了多年凍土地區(qū)可采用的基礎(chǔ)類型及基礎(chǔ)選型原則。從建筑場(chǎng)地的選址、總平面圖豎向設(shè)計(jì)、場(chǎng)區(qū)管網(wǎng)布置、建筑單體及附屬物、基礎(chǔ)構(gòu)造等方面提出防凍脹、融沉措施，以減少建（構(gòu)）筑物不均勻沉降、墻體變形、開(kāi)裂等破壞。

關(guān)鍵詞：多年凍土;基礎(chǔ)選型;構(gòu)造措施

中圖分類號(hào)：TU318? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

凍土是一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì)，在凍土地區(qū)修筑建（構(gòu)）筑物面臨兩大危險(xiǎn)：凍脹和融沉。隨著國(guó)家石油管線投資力度的加大，修筑于凍土地基之上的石油管道工程越來(lái)越多，工程條件越來(lái)越復(fù)雜，在凍土地區(qū)如何避免或減輕凍脹、融沉對(duì)建（構(gòu)）筑物的危害是項(xiàng)目建設(shè)的重要研究課題。

1 凍脹、融沉機(jī)理

寒季凍土凍脹使得建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)抬升，局部?jī)雒泴?dǎo)致建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生傾斜、裂縫;暖季凍土融化引起地表下沉，土體承載力降低，使得基礎(chǔ)變形導(dǎo)致建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生整體或局部破壞。凍土與基礎(chǔ)之間相互作用過(guò)程中，主要產(chǎn)生凍結(jié)力和凍脹力。影響凍結(jié)力的因素很多，如土的含水量、負(fù)溫度、土的顆粒成分、密度、外荷載作用時(shí)間、基礎(chǔ)材料性質(zhì)及表面糙度等。凍結(jié)力的存在是產(chǎn)生凍切力和凍脹反力的基本條件。作用在基礎(chǔ)表面的切向凍脹力，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法消除，只能采取措施使其盡可能地減少。由于凍土地基的土質(zhì)、含水量和融化深度的不同，地基的融后下沉量也不相同，下沉量超過(guò)建筑物的容許值，基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)將會(huì)遭到融沉的破壞。

2 多年凍土地基的設(shè)計(jì)原則

原則Ⅰ：凍土地基在建（構(gòu)）筑物施工及使用過(guò)程中均保持基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)的凍結(jié)狀態(tài)。

原則Ⅱ：凍土地基在建（構(gòu)）筑物施工和使用過(guò)程中容許逐漸融化。

原則Ⅲ：凍土地基在建（構(gòu)）筑物施工前，預(yù)先融化至設(shè)計(jì)深度或全部融化。

在一個(gè)建筑場(chǎng)地，一般只能采用一個(gè)設(shè)計(jì)原則。一棟建筑物下絕不允許采用不同的地基設(shè)計(jì)原則。在既有房屋區(qū)擴(kuò)建或新建房屋，都應(yīng)按原有房屋的原則進(jìn)行修建。

3 基礎(chǔ)形式

架空通風(fēng)基礎(chǔ)：一般用樁、柱基礎(chǔ)將房屋架空成敞開(kāi)式通風(fēng)間，根據(jù)積雪條件，其高度一般不小于0.8 m;若在通風(fēng)間內(nèi)架設(shè)設(shè)備管道時(shí)，其高度應(yīng)滿足檢修的要求并不得小于1.2 m。其目的是將室溫經(jīng)地板下傳到架空間，由自然通風(fēng)而散發(fā)于大氣中，同時(shí)經(jīng)基礎(chǔ)下傳的熱量在通風(fēng)間處也散發(fā)了一大部分，減少傳入地基的熱量。

填土通風(fēng)管基礎(chǔ)：將通風(fēng)管埋入非凍脹性的填土中，利用通風(fēng)管自然通風(fēng)帶走建筑物的附加熱量，保持地基的凍結(jié)狀態(tài)。通風(fēng)管一般為預(yù)制鋼筋混凝土管，內(nèi)徑為0.3 m～0.5 m，平行于各季主導(dǎo)風(fēng)向鋪設(shè)。這種基礎(chǔ)多用于不采暖的建（構(gòu)）筑物，如油罐基礎(chǔ)等。

熱棒基礎(chǔ)：它是一半埋入地基中的液汽兩相轉(zhuǎn)換循環(huán)的熱虹吸裝置。一般為特制的鋼管熱棒和熱樁或熱棒混凝土樁。在氣溫低于土溫時(shí)，管中的液體即蒸發(fā)冷凝循環(huán)而泵出地基中的熱量，使地基凍結(jié)。

鉆擴(kuò)樁、爆擴(kuò)樁、柱基：此類基礎(chǔ)都有較長(zhǎng)的樁（柱）身，能伸入較淺融化盤(pán)下凍土中，并且均設(shè)置承臺(tái)，埋在凍土中，既有較大的承載力，也有較大的錨固力，可在融土層凍結(jié)時(shí)有效的抵抗凍拔力。同時(shí)承臺(tái)還承受凍脹反力，可增加基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

淺基礎(chǔ)包括擴(kuò)展基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)等。

4 基礎(chǔ)選型原則

按“原則Ⅰ”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，應(yīng)使房屋采暖熱量盡量少傳入地基土中，以保證地基土永久處于凍結(jié)狀態(tài)中，可采用的基礎(chǔ)類型有：架空通風(fēng)基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、填土通風(fēng)管基礎(chǔ)、熱棒基礎(chǔ)。

按“原則Ⅱ”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，容許地基凍土在施工和使用過(guò)程中逐漸融化，但不允許地基沉降量超過(guò)容許值;若超過(guò)不多，可預(yù)先融化一部分地基土、減少融沉量來(lái)滿足規(guī)范要求。基礎(chǔ)在地基未達(dá)到穩(wěn)定融化盤(pán)時(shí)，其下沉量是隨融、速融深而變的，且房屋地基各部溫度及土的組構(gòu)各異，則其融速、融深決不會(huì)同步，必然產(chǎn)生沉降差。適應(yīng)這種融化、壓縮下沉的基礎(chǔ)有：樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、彈性地基梁基礎(chǔ)。

按“原則Ⅲ”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，地基凍土已全部預(yù)先融化或融化至最大計(jì)算融深，這就與季節(jié)凍土相似，可參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。但沉降量計(jì)算應(yīng)取融土的壓縮系數(shù)，不能以相近的普通土的壓縮系數(shù)來(lái)代替。

5 防凍脹、融沉措施

凍土地區(qū)，建筑物基礎(chǔ)施工對(duì)地基的擾動(dòng)及人為活動(dòng)的影響，尤其是房屋使用后，采暖熱量傳入地基中，凍土隨之逐漸融化。地基融化壓密下沉，房屋基礎(chǔ)隨之下沉。但地基凍土組構(gòu)多變，其融沉系數(shù)、壓縮模量、導(dǎo)熱系數(shù)均有差異，且取暖設(shè)備位置不同，地基吸熱也不同。由于這些因素，地基各處的融速融深必然產(chǎn)生差異，致使房屋產(chǎn)生不均勻下沉。為了減少凍害對(duì)建（構(gòu)）筑物的影響，應(yīng)從建筑場(chǎng)地的選址、總平面圖豎向設(shè)計(jì)、場(chǎng)區(qū)管網(wǎng)布置、建筑單體及附屬物、基礎(chǔ)等方面采取防凍脹、融沉措施。

（1）建設(shè)場(chǎng)地選擇順序：季節(jié)凍土區(qū)→不融沉凍土區(qū)→巖石層區(qū)→弱融沉凍土區(qū)→土質(zhì)覆蓋基巖（≤5m）淺的凍土區(qū)→弱融沉凍土區(qū)等。強(qiáng)融沉、融陷性凍土區(qū)、冰椎、冰丘區(qū)、沼澤或天然徑流不好及低洼區(qū)，凍土融化而滑動(dòng)的山坡等均不宜做建設(shè)場(chǎng)地。

（2）場(chǎng)區(qū)豎向設(shè)計(jì)：房屋四周設(shè)排水溝、與主溝相連。場(chǎng)地的排水系統(tǒng)排水方向上方設(shè)截水溝;截水溝與房屋應(yīng)不小于10 m;截水溝的斷面，以能順利排出暴雨時(shí)所截水量為準(zhǔn);截水溝的出口應(yīng)遠(yuǎn)離建筑區(qū)，排水不得浸入地基土內(nèi)。

（3）場(chǎng)區(qū)管網(wǎng)布置：給排水管道設(shè)排水檢查井，排水檢查井距房屋外墻不得小于5m，不得滲水。室外熱力管網(wǎng)，宜架空設(shè)置，如必須埋設(shè)，應(yīng)做好管道保溫，管溝與房屋距離不得小于5 m。

（4）建筑單體構(gòu)造：朝向宜朝南布置。室內(nèi)外高差一般應(yīng)不低于0.45 m。臺(tái)階應(yīng)與房屋分開(kāi)，將下部的凍脹性土挖除，更換成砂礫石、爐渣等不凍脹材料。臺(tái)階下部換填深度根據(jù)總凍脹量不大于5 cm確定，寬度每邊應(yīng)寬出20 cm。挖除散水下融沉、凍脹土，換填非凍脹土，換填深度不小于30 cm，換填寬度應(yīng)大于散水寬度10 cm，換填土上鋪筑大于20 cm厚的黏土隔水層。

（5）基礎(chǔ)構(gòu)造措施：設(shè)置排水溝有困難的場(chǎng)地，應(yīng)將地基填高。預(yù)融地基，可用強(qiáng)夯法來(lái)增大地基土的密實(shí)度，以減少士的含水量。樁、柱基礎(chǔ)的承臺(tái)下和基礎(chǔ)梁下預(yù)留10 cm～15 cm高的空隙?；A(chǔ)埋深宜不小于凍深，以消除基底法向凍脹力，基底也可設(shè)置砂墊層（砂墊層的厚度一般大于0.5 m），以減少基礎(chǔ)埋置深度?；A(chǔ)四周回填非凍脹性材料，以消除或減小凍切力?；A(chǔ)宜做成梯形斷面，其內(nèi)傾面大于1∶7。

6 結(jié)語(yǔ)

在中俄原油管道二線工程、青海油田工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中，對(duì)建（構(gòu)）筑物采取以上措施進(jìn)行綜合處理。依據(jù)目前運(yùn)營(yíng)情況，效果良好，地基、基礎(chǔ)未出現(xiàn)不良凍脹、融沉破壞。證明所采用的技術(shù)措施是行之有效的，可以為多年凍土地區(qū)建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)提供參考。

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