建（构）筑物地基的冻害防治
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摘 要：该文分析了多年冻土冻胀、融沉机理及对建（构）筑物的危害，阐述了多年冻土地区可采用的基础类型及基础选型原则。从建筑场地的选址、总平面图竖向设计、场区管网布置、建筑单体及附属物、基础构造等方面提出防冻胀、融沉措施，以减少建（构）筑物不均匀沉降、墙体变形、开裂等破坏。
关键词：多年冻土;基础选型;构造措施
中图分类号：TU318 文献标志码：A
0 引言
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，在冻土地区修筑建（构）筑物面临两大危险：冻胀和融沉。随着国家石油管线投资力度的加大，修筑于冻土地基之上的石油管道工程越来越多，工程条件越来越复杂，在冻土地区如何避免或减轻冻胀、融沉对建（构）筑物的危害是项目建设的重要研究课题。
1 冻胀、融沉机理
寒季冻土冻胀使得建（构）筑物基础抬升，局部冻胀导致建（构）筑物产生倾斜、裂缝;暖季冻土融化引起地表下沉，土体承载力降低，使得基础变形导致建（构）筑物产生整体或局部破坏。冻土与基础之间相互作用过程中，主要产生冻结力和冻胀力。影响冻结力的因素很多，如土的含水量、负温度、土的颗粒成分、密度、外荷载作用时间、基础材料性质及表面糙度等。冻结力的存在是产生冻切力和冻胀反力的基本条件。作用在基础表面的切向冻胀力，在基础设计时无法消除，只能采取措施使其尽可能地减少。由于冻土地基的土质、含水量和融化深度的不同，地基的融后下沉量也不相同，下沉量超过建筑物的容许值，基础及上部结构将会遭到融沉的破坏。
2 多年冻土地基的设计原则
原则Ⅰ：冻土地基在建（构）筑物施工及使用过程中均保持基础设计时的冻结状态。
原则Ⅱ：冻土地基在建（构）筑物施工和使用过程中容许逐渐融化。
原则Ⅲ：冻土地基在建（构）筑物施工前，预先融化至设计深度或全部融化。
在一个建筑场地，一般只能采用一个设计原则。一栋建筑物下绝不允许采用不同的地基设计原则。在既有房屋区扩建或新建房屋，都应按原有房屋的原则进行修建。
3 基础形式
架空通风基础：一般用桩、柱基础将房屋架空成敞开式通风间，根据积雪条件，其高度一般不小于0.8 m;若在通风间内架设设备管道时，其高度应满足检修的要求并不得小于1.2 m。其目的是将室温经地板下传到架空间，由自然通风而散发于大气中，同时经基础下传的热量在通风间处也散发了一大部分，减少传入地基的热量。
填土通风管基础：将通风管埋入非冻胀性的填土中，利用通风管自然通风带走建筑物的附加热量，保持地基的冻结状态。通风管一般为预制钢筋混凝土管，内径为0.3 m～0.5 m，平行于各季主导风向铺设。这种基础多用于不采暖的建（构）筑物，如油罐基础等。
热棒基础：它是一半埋入地基中的液汽两相转换循环的热虹吸装置。一般为特制的钢管热棒和热桩或热棒混凝土桩。在气温低于土温时，管中的液体即蒸发冷凝循环而泵出地基中的热量，使地基冻结。
钻扩桩、爆扩桩、柱基：此类基础都有较长的桩（柱）身，能伸入较浅融化盘下冻土中，并且均设置承台，埋在冻土中，既有较大的承载力，也有较大的锚固力，可在融土层冻结时有效的抵抗冻拔力。同时承台还承受冻胀反力，可增加基础的稳定性。
浅基础包括扩展基础、柱下条形基础、筏形基础等。
4 基础选型原则
按“原则Ⅰ”设计的基础，应使房屋采暖热量尽量少传入地基土中，以保证地基土永久处于冻结状态中，可采用的基础类型有：架空通风基础、桩基础、填土通风管基础、热棒基础。
按“原则Ⅱ”设计的基础，容许地基冻土在施工和使用过程中逐渐融化，但不允许地基沉降量超过容许值;若超过不多，可预先融化一部分地基土、减少融沉量来满足规范要求。基础在地基未达到稳定融化盘时，其下沉量是随融、速融深而变的，且房屋地基各部温度及土的组构各异，则其融速、融深决不会同步，必然产生沉降差。适应这种融化、压缩下沉的基础有：桩基础、筏板基础、弹性地基梁基础。
按“原则Ⅲ”设计的基础，地基冻土已全部预先融化或融化至最大计算融深，这就与季节冻土相似，可参照《建筑地基基础设计规范》的有关规定进行设计。但沉降量计算应取融土的压缩系数，不能以相近的普通土的压缩系数来代替。
5 防冻胀、融沉措施
冻土地区，建筑物基础施工对地基的扰动及人为活动的影响，尤其是房屋使用后，采暖热量传入地基中，冻土随之逐渐融化。地基融化压密下沉，房屋基础随之下沉。但地基冻土组构多变，其融沉系数、压缩模量、导热系数均有差异，且取暖设备位置不同，地基吸热也不同。由于这些因素，地基各处的融速融深必然产生差异，致使房屋产生不均匀下沉。为了减少冻害对建（构）筑物的影响，应从建筑场地的选址、总平面图竖向设计、场区管网布置、建筑单体及附属物、基础等方面采取防冻胀、融沉措施。
（1）建设场地选择顺序：季节冻土区→不融沉冻土区→岩石層区→弱融沉冻土区→土质覆盖基岩（≤5m）浅的冻土区→弱融沉冻土区等。强融沉、融陷性冻土区、冰椎、冰丘区、沼泽或天然径流不好及低洼区，冻土融化而滑动的山坡等均不宜做建设场地。
（2）场区竖向设计：房屋四周设排水沟、与主沟相连。场地的排水系统排水方向上方设截水沟;截水沟与房屋应不小于10 m;截水沟的断面，以能顺利排出暴雨时所截水量为准;截水沟的出口应远离建筑区，排水不得浸入地基土内。
（3）场区管网布置：给排水管道设排水检查井，排水检查井距房屋外墙不得小于5m，不得渗水。室外热力管网，宜架空设置，如必须埋设，应做好管道保温，管沟与房屋距离不得小于5 m。
（4）建筑单体构造：朝向宜朝南布置。室内外高差一般应不低于0.45 m。台阶应与房屋分开，将下部的冻胀性土挖除，更换成砂砾石、炉渣等不冻胀材料。台阶下部换填深度根据总冻胀量不大于5 cm确定，宽度每边应宽出20 cm。挖除散水下融沉、冻胀土，换填非冻胀土，换填深度不小于30 cm，换填宽度应大于散水宽度10 cm，换填土上铺筑大于20 cm厚的黏土隔水层。
（5）基础构造措施：设置排水沟有困难的场地，应将地基填高。预融地基，可用强夯法来增大地基土的密实度，以减少士的含水量。桩、柱基础的承台下和基础梁下预留10 cm～15 cm高的空隙。基础埋深宜不小于冻深，以消除基底法向冻胀力，基底也可设置砂垫层（砂垫层的厚度一般大于0.5 m），以减少基础埋置深度。基础四周回填非冻胀性材料，以消除或减小冻切力。基础宜做成梯形断面，其内倾面大于1∶7。
6 结语
在中俄原油管道二线工程、青海油田工程建设项目设计、施工过程中，对建（构）筑物采取以上措施进行综合处理。依据目前运营情况，效果良好，地基、基础未出现不良冻胀、融沉破坏。证明所采用的技术措施是行之有效的，可以为多年冻土地区建（构）筑物设计提供参考。
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