淺析凍土對建筑物的危害及預防措施

趙桂琴

【摘 要】 凍土處理不當，易使地上建筑物產生變形。為防止凍土對建筑物的危害，應做好預防凍脹措施。

【關鍵詞】 凍土危害預防

我國遼寧東北部，氣候寒冷，冬季多半時間處在零下20多度，凍土深度均在1.2米左右。由于季節性氣溫變化，冬季地基土凍結后產生凍脹變形，夏季融化后產生融化下沉變形，易造成建筑物凍害，嚴重的甚至不能使用。因此寒冷地區土壤的凍脹直接關系到建筑物的使用年限和結構安全。如何解決季節性凍土地基與淺基礎的問題，是我們在建筑設計與施工中面臨的重要課題。

一、土壤凍脹的原理

土壤中的自由水結冰時，薄膜水冰點較低尚未凍結。在溫度繼續下降時，接近自由水的薄膜水逐漸變成了冰，使原來的冰晶體增大，而薄膜水更薄，吸引力有了剩余，因而產生了壓力差，吸引著下部水份來補充。細粒土中土粒周圍有薄膜水，使土粒和土粒間不直接接觸，薄膜水互相貫通，成了水份轉移的良好通路。0℃的水向更低溫度土層移動，破壞了毛細水脹力與懸浮水柱的重量平衡，為了達到平衡又吸引下層水，水份逐漸上升凍結成冰，使水體積增大。 因而水份轉移使土壤產生凍脹。

二.土壤凍脹的因素

土壤凍脹與很多因素有關，主要因素是低溫延續時間、土壤種類、土壤的秋季天然含水量及地下水位等情況。

1.冬季低溫連續時間的長短對土壤的凍結深度有直接影響。在土壤凍脹性相同的情況下，低溫連續時間愈長則凍結深度就愈深，凍結深度愈深凍脹量亦愈大。

2.土壤種類是土壤凍脹的重要因素。土壤愈細（如粘類土〉顆粒間接觸面積愈大，給水份轉移創造了有利條件，故呈現出的凍脹量亦較大。

3.基土的凍脹還取決于冬季凍結前的土壤天然含水量超過塑限的程度。因為天然含水量超過塑限愈多，轉移水份也愈多，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水份轉移的補給條件。凍結時地下水位距凍結基土之間的距離稱為毛細管高度。毛細管補充高度是判斷土壤凍脹性的一個主要指標。

三、土壤凍脹對建筑物的危害

1、凍脹力的危害

作用于基礎底面的凍脹力一般都大于土壤地耐力，有時竟達40-50噸/米2。 遼寧東北地區根據試驗為20噸/米2，所以基礎上部荷載往往不能平衡凍脹力。基礎必須深埋并采取其它相應措施才能保證上部結構的安全。

2、凍切力的危害

凍切力是一種為沿基礎周邊側壁作用的力。基土在負溫度條件下，水份凍結體積增大。土的凍脹是三向的，只有水平脹力在凍結過程中互相平衡，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，易于發現。同時這種向上的力產生對建筑物隆起的作用力。所以凍切力的產生是由于土層橫向凍脹使土壤變形與基礎側壁緊密接觸，這樣基礎材料與土之間凍結在一起，土體積膨脹，沿基礎四周產生向上的切力，凍切力在某些類型的基礎中將成為主要破壞力，使基礎隆起上部結構發生變形甚至破壞。

3、設計或施工處理不妥產生的危害

基礎埋置深度雖然大于計算凍結深度，但在零下溫度施工時沒有采取防止地基土受凍措施，基土在冬季受凍隆脹，使建筑物外墻基礎兩側凍切力不等， 形成傾復力矩，使磚墻折斷，出現裂紋。還有基礎建在凍土層上，春季解凍時基礎產生大幅度下沉，使上部結構裂縫毀壞。

4、不同溫度產生的危害

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

四、防止凍土對建筑物危害的措施

為防止凍土對建筑物的危害，需要設計、施工、使用三方面共同配合，設計、施工、使用任何一方不注意，都會造成凍脹事故。

（一）設計方面的防治措施

1、按照設計規范要求設計合理的基礎埋深

2、選擇合理的基礎形式，減少凍切力對基礎的破壞。

3、淺基礎基礎底墊400左右沙子。因為粗顆粒土壤粗砂、中砂、卵石等顆粒間不能形成連續水膜所以不能凍脹。

4、同一建筑物不同高度時應采用不同形式基礎和埋深

（二）施工方面的防治措施

1、凍脹地區基礎施工時期一定不能使基土受凍，否則解凍后將發生不均勻沉陷，造成房屋變形。

2、如果建筑物基礎位于填土區，必須在冬季前將基礎四周回填土做好。否則基礎四周復土厚度不夠，將使基礎遭受凍脹。某單位綜合廠房施工期間就是由于回填土未做，基礎僅埋入天然地面下1.0米，基礎發生 了不同程度的隆起，隆起高度2.5公分左右不等。經處理后沒有造成較大損失。還有某產品精制裝置泵房因室內未及時采暖，地坪回填土也沒有及時回填，再加上室外靠墻管溝未加蓋保溫，在凍脹力和凍切力聯合作用下基礎隆起，使得外墻門窗洞處產生裂縫。

3、寒冷地區建筑物基礎的基坑冬季前不宜采用大開口式機械挖土。例如遼寧省東北部某單位加熱爐廠房，在9月末開始挖基坑，機械大開口挖土至1.6米深，土方外運。10月下旬又人工挖土50公分，澆混凝土墊層，用草墊子復蓋保溫。綁鋼筋澆混凝土時基土尚未凍結。第二年4、5月間基礎梁靠支座處產生細微裂紋，經驗查基土凍50公分左右，解凍時產生不同程度的沉降。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，實測為29.1-35.5%，查明基礎裂紋是由于施工期間基礎敞露時受凍所致，大開口挖土時基坑很大不容易保溫，所以不宜大開口挖土。

4、基礎回填物（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、經常維修排水坡，排水溝等排水設施，使地面水順利排放。

2、建筑物附近開挖的坑溝應及時回填，以免積水或影響保溫使基土受凍。

3、假如建筑物已建成，而且基礎埋置深度小于計算凍結深度，為了不使基土受凍可在房屋基礎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、經常檢查基礎四周土壤有無空洞。如發現空洞應及時回填土，免得地表水流入洞內，增加土壤凍切力。