建（構）筑物地基的凍害防治

宋瑋

摘 要：該文分析了多年凍土凍脹、融沉機理及對建（構）筑物的危害，闡述了多年凍土地區可采用的基礎類型及基礎選型原則。從建筑場地的選址、總平面圖豎向設計、場區管網布置、建筑單體及附屬物、基礎構造等方面提出防凍脹、融沉措施，以減少建（構）筑物不均勻沉降、墻體變形、開裂等破壞。

關鍵詞：多年凍土;基礎選型;構造措施

中圖分類號：TU318? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質，在凍土地區修筑建（構）筑物面臨兩大危險：凍脹和融沉。隨著國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越多，工程條件越來越復雜，在凍土地區如何避免或減輕凍脹、融沉對建（構）筑物的危害是項目建設的重要研究課題。

1 凍脹、融沉機理

寒季凍土凍脹使得建（構）筑物基礎抬升，局部凍脹導致建（構）筑物產生傾斜、裂縫;暖季凍土融化引起地表下沉，土體承載力降低，使得基礎變形導致建（構）筑物產生整體或局部破壞。凍土與基礎之間相互作用過程中，主要產生凍結力和凍脹力。影響凍結力的因素很多，如土的含水量、負溫度、土的顆粒成分、密度、外荷載作用時間、基礎材料性質及表面糙度等。凍結力的存在是產生凍切力和凍脹反力的基本條件。作用在基礎表面的切向凍脹力，在基礎設計時無法消除，只能采取措施使其盡可能地減少。由于凍土地基的土質、含水量和融化深度的不同，地基的融后下沉量也不相同，下沉量超過建筑物的容許值，基礎及上部結構將會遭到融沉的破壞。

2 多年凍土地基的設計原則

原則Ⅰ：凍土地基在建（構）筑物施工及使用過程中均保持基礎設計時的凍結狀態。

原則Ⅱ：凍土地基在建（構）筑物施工和使用過程中容許逐漸融化。

原則Ⅲ：凍土地基在建（構）筑物施工前，預先融化至設計深度或全部融化。

在一個建筑場地，一般只能采用一個設計原則。一棟建筑物下絕不允許采用不同的地基設計原則。在既有房屋區擴建或新建房屋，都應按原有房屋的原則進行修建。

3 基礎形式

架空通風基礎：一般用樁、柱基礎將房屋架空成敞開式通風間，根據積雪條件，其高度一般不小于0.8 m;若在通風間內架設設備管道時，其高度應滿足檢修的要求并不得小于1.2 m。其目的是將室溫經地板下傳到架空間，由自然通風而散發于大氣中，同時經基礎下傳的熱量在通風間處也散發了一大部分，減少傳入地基的熱量。

填土通風管基礎：將通風管埋入非凍脹性的填土中，利用通風管自然通風帶走建筑物的附加熱量，保持地基的凍結狀態。通風管一般為預制鋼筋混凝土管，內徑為0.3 m～0.5 m，平行于各季主導風向鋪設。這種基礎多用于不采暖的建（構）筑物，如油罐基礎等。

熱棒基礎：它是一半埋入地基中的液汽兩相轉換循環的熱虹吸裝置。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，管中的液體即蒸發冷凝循環而泵出地基中的熱量，使地基凍結。

鉆擴樁、爆擴樁、柱基：此類基礎都有較長的樁（柱）身，能伸入較淺融化盤下凍土中，并且均設置承臺，埋在凍土中，既有較大的承載力，也有較大的錨固力，可在融土層凍結時有效的抵抗凍拔力。同時承臺還承受凍脹反力，可增加基礎的穩定性。

淺基礎包括擴展基礎、柱下條形基礎、筏形基礎等。

4 基礎選型原則

按“原則Ⅰ”設計的基礎，應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狀態中，可采用的基礎類型有：架空通風基礎、樁基礎、填土通風管基礎、熱棒基礎。

按“原則Ⅱ”設計的基礎，容許地基凍土在施工和使用過程中逐漸融化，但不允許地基沉降量超過容許值;若超過不多，可預先融化一部分地基土、減少融沉量來滿足規范要求。基礎在地基未達到穩定融化盤時，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各異，則其融速、融深決不會同步，必然產生沉降差。適應這種融化、壓縮下沉的基礎有：樁基礎、筏板基礎、彈性地基梁基礎。

按“原則Ⅲ”設計的基礎，地基凍土已全部預先融化或融化至最大計算融深，這就與季節凍土相似，可參照《建筑地基基礎設計規范》的有關規定進行設計。但沉降量計算應取融土的壓縮系數，不能以相近的普通土的壓縮系數來代替。

5 防凍脹、融沉措施

凍土地區，建筑物基礎施工對地基的擾動及人為活動的影響，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，房屋基礎隨之下沉。但地基凍土組構多變，其融沉系數、壓縮模量、導熱系數均有差異，且取暖設備位置不同，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生差異，致使房屋產生不均勻下沉。為了減少凍害對建（構）筑物的影響，應從建筑場地的選址、總平面圖豎向設計、場區管網布置、建筑單體及附屬物、基礎等方面采取防凍脹、融沉措施。

（1）建設場地選擇順序：季節凍土區→不融沉凍土區→巖石層區→弱融沉凍土區→土質覆蓋基巖（≤5m）淺的凍土區→弱融沉凍土區等。強融沉、融陷性凍土區、冰椎、冰丘區、沼澤或天然徑流不好及低洼區，凍土融化而滑動的山坡等均不宜做建設場地。

（2）場區豎向設計：房屋四周設排水溝、與主溝相連。場地的排水系統排水方向上方設截水溝;截水溝與房屋應不小于10 m;截水溝的斷面，以能順利排出暴雨時所截水量為準;截水溝的出口應遠離建筑區，排水不得浸入地基土內。

（3）場區管網布置：給排水管道設排水檢查井，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，宜架空設置，如必須埋設，應做好管道保溫，管溝與房屋距離不得小于5 m。

（4）建筑單體構造：朝向宜朝南布置。室內外高差一般應不低于0.45 m。臺階應與房屋分開，將下部的凍脹性土挖除，更換成砂礫石、爐渣等不凍脹材料。臺階下部換填深度根據總凍脹量不大于5 cm確定，寬度每邊應寬出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）基礎構造措施：設置排水溝有困難的場地，應將地基填高。預融地基，可用強夯法來增大地基土的密實度，以減少士的含水量。樁、柱基礎的承臺下和基礎梁下預留10 cm～15 cm高的空隙。基礎埋深宜不小于凍深，以消除基底法向凍脹力，基底也可設置砂墊層（砂墊層的厚度一般大于0.5 m），以減少基礎埋置深度。基礎四周回填非凍脹性材料，以消除或減小凍切力。基礎宜做成梯形斷面，其內傾面大于1∶7。

6 結語

在中俄原油管道二線工程、青海油田工程建設項目設計、施工過程中，對建（構）筑物采取以上措施進行綜合處理。依據目前運營情況，效果良好，地基、基礎未出現不良凍脹、融沉破壞。證明所采用的技術措施是行之有效的，可以為多年凍土地區建（構）筑物設計提供參考。

參考文獻

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