浅析冻土对建筑物的危害及预防措施

赵桂琴

【摘 要】 冻土处理不当，易使地上建筑物产生变形。为防止冻土对建筑物的危害，应做好预防冻胀措施。

【关键词】 冻土危害预防

我国辽宁东北部，气候寒冷，冬季多半时间处在零下20多度，冻土深度均在1.2米左右。由于季节性气温变化，冬季地基土冻结后产生冻胀变形，夏季融化后产生融化下沉变形，易造成建筑物冻害，严重的甚至不能使用。因此寒冷地区土壤的冻胀直接关系到建筑物的使用年限和结构安全。如何解决季节性冻土地基与浅基础的问题，是我们在建筑设计与施工中面临的重要课题。

一、土壤冻胀的原理

土壤中的自由水结冰时，薄膜水冰点较低尚未冻结。在温度继续下降时，接近自由水的薄膜水逐渐变成了冰，使原来的冰晶体增大，而薄膜水更薄，吸引力有了剩余，因而产生了压力差，吸引着下部水份来补充。细粒土中土粒周围有薄膜水，使土粒和土粒间不直接接触，薄膜水互相贯通，成了水份转移的良好通路。0℃的水向更低温度土层移动，破坏了毛细水胀力与悬浮水柱的重量平衡，为了达到平衡又吸引下层水，水份逐渐上升冻结成冰，使水体积增大。 因而水份转移使土壤产生冻胀。

二.土壤冻胀的因素

土壤冻胀与很多因素有关，主要因素是低温延续时间、土壤种类、土壤的秋季天然含水量及地下水位等情况。

1.冬季低温连续时间的长短对土壤的冻结深度有直接影响。在土壤冻胀性相同的情况下，低温连续时间愈长则冻结深度就愈深，冻结深度愈深冻胀量亦愈大。

2.土壤种类是土壤冻胀的重要因素。土壤愈细（如粘类土〉颗粒间接触面积愈大，给水份转移创造了有利条件，故呈现出的冻胀量亦较大。

3.基土的冻胀还取决于冬季冻结前的土壤天然含水量超过塑限的程度。因为天然含水量超过塑限愈多，转移水份也愈多，因此基土冻胀就较大。

4.地下水位距基土的距离是基土冻胀时水份转移的补给条件。冻结时地下水位距冻结基土之间的距离称为毛细管高度。毛细管补充高度是判断土壤冻胀性的一个主要指标。

三、土壤冻胀对建筑物的危害

1、冻胀力的危害

作用于基础底面的冻胀力一般都大于土壤地耐力，有时竟达40-50吨/米2。 辽宁东北地区根据试验为20吨/米2，所以基础上部荷载往往不能平衡冻胀力。基础必须深埋并采取其它相应措施才能保证上部结构的安全。

2、冻切力的危害

冻切力是一种为沿基础周边侧壁作用的力。基土在负温度条件下，水份冻结体积增大。土的冻胀是三向的，只有水平胀力在冻结过程中互相平衡，而向下的胀力又受到下部未冻土的阻力，故只有向上隆起特别突出，易于发现。同时这种向上的力产生对建筑物隆起的作用力。所以冻切力的产生是由于土层横向冻胀使土壤变形与基础侧壁紧密接触，这样基础材料与土之间冻结在一起，土体积膨胀，沿基础四周产生向上的切力，冻切力在某些類型的基础中将成为主要破坏力，使基础隆起上部结构发生变形甚至破坏。

3、设计或施工处理不妥产生的危害

基础埋置深度虽然大于计算冻结深度，但在零下温度施工时没有采取防止地基土受冻措施，基土在冬季受冻隆胀，使建筑物外墙基础两侧冻切力不等， 形成倾复力矩，使砖墙折断，出现裂纹。还有基础建在冻土层上，春季解冻时基础产生大幅度下沉，使上部结构裂缝毁坏。

4、不同温度产生的危害

同一个建筑物既有采暖房间又有非采暖房间时，基础采用同一个埋置深度，但由于采暖房间和非采暖房间基础冻切力不同，非采暖房间冻胀较大易使建筑物损坏。

四、防止冻土对建筑物危害的措施

为防止冻土对建筑物的危害，需要设计、施工、使用三方面共同配合，设计、施工、使用任何一方不注意，都会造成冻胀事故。

（一）设计方面的防治措施

1、按照设计规范要求设计合理的基础埋深

2、选择合理的基础形式，减少冻切力对基础的破坏。

3、浅基础基础底垫400左右沙子。因为粗颗粒土壤粗砂、中砂、卵石等颗粒间不能形成连续水膜所以不能冻胀。

4、同一建筑物不同高度时应采用不同形式基础和埋深

（二）施工方面的防治措施

1、冻胀地区基础施工时期一定不能使基土受冻，否则解冻后将发生不均匀沉陷，造成房屋变形。

2、如果建筑物基础位于填土区，必须在冬季前将基础四周回填土做好。否则基础四周复土厚度不够，将使基础遭受冻胀。某单位综合厂房施工期间就是由于回填土未做，基础仅埋入天然地面下1.0米，基础发生 了不同程度的隆起，隆起高度2.5公分左右不等。经处理后没有造成较大损失。还有某产品精制装置泵房因室内未及时采暖，地坪回填土也没有及时回填，再加上室外靠墙管沟未加盖保温，在冻胀力和冻切力联合作用下基础隆起，使得外墙门窗洞处产生裂缝。

3、寒冷地区建筑物基础的基坑冬季前不宜采用大开口式机械挖土。例如辽宁省东北部某单位加热炉厂房，在9月末开始挖基坑，机械大开口挖土至1.6米深，土方外运。10月下旬又人工挖土50公分，浇混凝土垫层，用草垫子复盖保温。绑钢筋浇混凝土时基土尚未冻结。第二年4、5月间基础梁靠支座处产生细微裂纹，经验查基土冻50公分左右，解冻时产生不同程度的沉降。土壤中有明显的扁冰体，厚1毫米左右不等，密度6-9层/公分。冻层土含水量较大，实测为29.1-35.5%，查明基础裂纹是由于施工期间基础敞露时受冻所致，大开口挖土时基坑很大不容易保温，所以不宜大开口挖土。

4、基础回填物（土、砂等）冻块所占比例不得太大，以免使基土受冻。

（三）使用方面的防治措施.

1、经常维修排水坡，排水沟等排水设施，使地面水顺利排放。

2、建筑物附近开挖的坑沟应及时回填，以免积水或影响保温使基土受冻。

3、假如建筑物已建成，而且基础埋置深度小于计算冻结深度，为了不使基土受冻可在房屋基础外排水坡下填一定厚度的保温材料（炉渣、陶粒等），使基土免遭冻胀。

4、经常检查基础四周土壤有无空洞。如发现空洞应及时回填土，免得地表水流入洞内，增加土壤冻切力。