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摘要：地基土若出现冻害现象，会影响结构的使用寿命及正常使用。本文详细阐述了地基土的冻害原因与防治。
关键词：地基土；冻害原因；防治
地基基础施工的好坏，会直接影响建筑物的安危，如果地基的重要性被忽视，就会引起建筑物的不均匀沉降，导致建筑物出现裂缝，从而影响建筑物的使用安全。因此，这类问题应引起注意，分析其原因，在今后的施工中应采取必要的技术措施，以避免冻害的发生。
一、地基土冻害原因分析
冻土是指具有负温或零温，并且含有冰的各种土。水分、土质和负温是地基产生冻胀的三要素。存在于土粒矿物的晶体格架内部或参与矿物构造中的水，称为矿物内部结合水，它在比较高的温度下才能化为气态水而与土粒分离，从土的工程性质上分析可把矿物内部结合水当作矿物颗粒的一部分。
存在于土中液态水可分为结合水和自由水。结合水是指受电子吸引力吸附于土粒表面的土中水，由于土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场范围内的水分子和水溶液中的阳离子一起吸附在土粒表面，由土粒中的电荷与水溶液中的电荷相互作用而形成的结合水层，因相互作用力的不同又分为固定层和扩散层，固定层内的水分被称为强结合水，而扩散层内的水分被称为弱结合水。自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水，其性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为零摄氏度，有溶解能力。自由水按其移动所受作用力的不同，可分为重力水和毛细水；重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的地下水，它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用；毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
土质状况是影响冻胀的又一因素。一般情况下，岩石、碎石土、砂砾，粗砂、中砂、细砂是非冻胀性地基土，这是由于岩石中不含有结合水和自由水，形成冻胀的三要素中的水不存在；碎石土、砂砾等则属于大颗粒土因无法形成聚变冰现象，也无冻害影响。粉砂、粉土、粘性土则按天然含水量的不同，以及地下水位的高低而分为不冻胀、弱冻胀、冻胀和强冻胀不同的类别。负温度则是水分冻结，产生冻胀必不可少的要素。
此外，在负温度下土体内的自由水和弱结合水先后冻结，形成一个冻结锋面，当土体中弱结合水冻结，水膜厚度减薄，它与下层相邻的较厚水膜之间产生吸附力梯度，受压力差的驱使水分便从附近较厚的水膜处迁移上来，并使之附在冰晶上继续冻结，这样持续下去即是土中水向冻结前缘的流动，也即是水分迁移。在无地下水时水分迁移是有限的，当地下水位较高，并能源源不断地补给时，冻胀量可达很大数值。土的冻结过程中由于水分迁移，在冻结界面聚冰，形成冰夹层与冰透镜体，水在形成冰的相变过程中，体积膨胀9%，在紧密接触的两个颗粒间，楔入冰层，则有效压力转换成了从一个颗粒通过冰夹层再传到另一个颗粒的间接传递的冻胀力，冻胀力产生的过程就是有效压力消失，代以冰的膨胀力的内力重分布过程，冻结界面上的冰层面积越多，冰胀力就越大，导致冻层膨胀，地面隆起。因此，冻胀的大小主要与土体内的含水量和地下水位有关系，含水量越大、地下水位越高，越有利于聚冰和水分迁移。另外土冻结面处的负温梯度也是影响冻胀的主要因素，负温梯度越大，越有利于水分迁移，冻结速度越快迁移水量越多，冻胀也越强烈。
二、基础冻害的防治
1、地址选择和地质勘测。在勘测中除应满足一般要求外，尚应查明下述问题：确定冻土的类型和冻土层的厚度；确定冻结层深度与大气温度变化关系；确定冻土地区的地下水类型；查明冻土地区的不良地质现象。另外，在地址选择中，应尽量选择在非冻胀性土壤的地区和地址条件良好的地段，如：干燥而平缓的阶地上，粗颗地层分布地段，避开有地下水层或地形低洼易积水的地段。
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2、在施工中避免和减少地基基础的冻害，应有合理的施工方法和顺序。l）要有切实可行的、合理的施工组织设计。2）将建筑物在越冬前建造到一定高度使基础上部荷载是平衡冻胀力。3）在施工期间做好防雨、排水，严防水浸地基，致使增加地基土的冻胀性.4）砖、石等砌筑的基础尽量做到表面平整，以减少冻切力对基础的影响。5）要在越冬前切实做好基础的回填，在冬季开挖的基础工程，要做好保温措施，并应做到渡挖，随砌，随回填。6）基础在进入冬季前要达到足够的强度。7）在冻胀土地区施工时，不得在冻土层上进行基础施工，以防基础融化下沉。8）在山区或地面坡度较大地区，应根据地表水流向设置截水沟或穿越房屋的暗沟，防止和疏通地表水对地基基础的影响。9）设备基础，地沟等一般埋深较浅，且多半建在回填土上，施工时地基要夯实，最好在房屋具备采暖条件时再施工，否则应采取措施。10）凡与房屋基础相邻、有室外地坑时，应在房屋具备采暖条件时再施工，否则应采取措施，以防因地坑冻胀影响房屋基础。
3、为使地基基础不受冻害或少受冻害，设计应根据房屋的使用要求按工程地质和施工建造条件，从平面布置，楼层高度结构选形，基础埋深等全面进行考虑，通过技术经济分析，做出技术先进、经济合理、安全可靠的地基基础设计。
1）合理确定基础埋置深度。基础的埋置深度是一个对建筑物的安全、造价影响很大的问题，必须从使用要求、荷载大小和性质、气象、工程地址等条件进 行综合考虑，仅就消除冻害而言，要把房屋基础埋置在适当的深度。
2）合理基础选型。基础土选型应根据使用要求，按照工程地质、材料来源、施工建造条件，通过技术经济分析来确定。①以砂石为垫层的浅埋基础比较适 用于建造在地基冻胀性不大的冷仓库或低层房屋，砂的质量以中粗砂为佳，要求有良好的透水性，有足够的厚度和消除“边缘冻结效应”的平面尺寸，砂垫层的宽度应根据计算决定，即作用在砂垫层底面处的自重应力与附加应力之和应不大于垫层底在修整后土的允许承载能力，砂垫层在施工时要分层夯实。②将基础做成平滑的斜面，当土在某一深度冻胀时，会将已冻结的土抬起，引起土与基础倾斜的侧表面分离，可减少冻切力对基础的影响。③当地基土冻胀性较强，不宜采用浅埋基础时，为减少在冻结范围内基础的周边长度，可采用桩基或独立的桩式基础。当采用桩基时，除进行的正常设计计算外，还需进行桩基抗冻验算，根据计算结果在桩内设置抗拉钢筋。④设置有足够强度和刚度的大面积基础板，以抵制由于地基冻胀产生的不均匀变形。
3）在基础周边，填增水或透水性好的非冻胀性材料，减少冻胀对基础的影响。
4）做人工地基，防止或减少冻胀对基础的影响。采用“换土法”把冻胀性的土壤换上非冻胀性的土壤，并采用压实土做防冻胀地基。
5）建筑结构处理上防止和减少冻害影响的措施。①增加基础上部的荷载，用以平衡冻胀力的影响。在技术、经济，使用条件允许时建多层房屋，对抵制地基土的冻胀有一定的好处。②采取建筑，结构处理上的措施，减少地基冻胀时相互间的影响和增强房屋抵抗不均匀冻胀，融陷变形的能力。
6）做好排水，减少因排水不利增加地基土的冻胀。①适当提高建筑物地基标高，并做好室外回填。②当有水沟、水管穿越基础时要有可靠的安全保护措施，避免因渗漏影响地基土的冻胀。③在冻胀较强的地区室外排水坡可适当加宽以利于排水，可使基础周围的土层尽量保持松散干燥。
三、结语
总之，地基土的冻胀很容易使建筑物产生不均匀的变形而引起冻害，轻者出现裂纹，重者不能正常使用，使国家财产受到损失，人民生活受到影响。因此，摸清冻害原因，找出防治的方法，确保建筑物安全使用是建筑中一个需要解决的问题。
参考文献：
[1]陈利清.地基土的冻害及防治[J].工程质量，2014.
[2]刘洪志.浅析地基土冻害分析与防治[J].科技与经济，2015.
[3]梁志君.地基土冻害分析与防治[J].建筑技术，2015.
论文作者:高书周
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/22
标签：地基论文; 冻害论文; 基础论文; 水分论文; 建筑物论文; 房屋论文; 矿物论文; 《防护工程》2018年第13期论文;