摘 要：我国北方地区有较长的寒冷季节，冻土分布广泛，使得冻土成为冬季建筑物施工的重要影响因素之一。本文分析了冻土产生冻胀力的原因及其对建筑物造成的危害，并探讨了针对冻土危害的防治措施。
关键词：季节性冻土、 危害 、防治措施
1、前言
冻土是指温度在0℃以下，含有冰的各种岩石和土壤。按照冰冻的时间长短分为季节性冻土和多年冻土。季节性冻土是受季节影响，呈周期性冻结融化的土，并且在地面以下有一定深度，其上部往往受季节的影响，冬季冻结，春夏融化。
尚小云大剧院地处河北省南部，冬季比较寒冷，且尚小云大剧院紧邻南宫湖，呈三面环湖状，南宫湖的侧向补给水量大，地表层滞水丰富，极易在寒冷季节形成冻土。其地基基础的施工必须考虑防冻胀问题，并做出相应的防冻措施。
2、冻土的冻胀性
在寒冷地区并不是所有土类都存在冻胀，而主要是细粒土，尤其是粘性土，冻胀性最为突出。粘性土产生冻胀的原因，不仅是由于水 分冻结时体积增大1/11，更重要的是在冻结过程中，它还能把周围没 有冻结区的水分吸附到冻结区(即迁移集聚)，使冻结区水分源源不断地增加，冰晶体不断扩大，形成冰夹层，土体随之逐步膨胀，一直到水源补给断绝才会停止。显然，在冻结过程中，水分自非冻结区向冻 结区迁移的原因，是与粘性土中存在结合水及其迁移的特点有关。但是，到目前为止，其中的奥秘人们还不是很清楚的。粗粒土的冻胀性是微不足道的；细砂土即使含水量较高，也只表现轻微的冻胀现象。粉砂中粘粒含量很少时，结合水的冻胀危害也是很小的。当粉砂中粘粒含量较多时，有一定的结合水膜，其冻胀性与 粘性土相似。粘性土含水量接近塑限ω，才开始冻胀，即超过塑限的 那部分含水量(主要是弱结合水)才能够构成冻胀性。
3、冻土对建筑物造成的危害
土壤中的水分在冰冻过程中，体积会增大，产生冻胀力迫使土粒发生相对位移，这种现象称为土的冻胀。冻胀土到了次年的春夏，冰层会融化，体积会变小，造成地基沉陷，这种现象称为融陷。地基土的冻融对建筑物的危害表现在地基冻胀和融化时：地基冻胀时，由于切向冻胀力和垂直冻胀力的作用使得建筑物上升；地基冻土融化时，会造成建筑物不均匀沉降。一般情况下，建筑物向阳面地基土的冻层较浅，含冰量少；建筑物阴面地基土的冻层较深，含冰量多。因此建筑物阴面土体膨胀变化相对阳面大，向上的位移大，房屋所受的冻胀力是不均匀的。春夏季节，冻土层解冻时，土壤中的含水量增加，细粒土排水能力差，已融化的水渗透不到土层深处，基底土层处于饱和软化状态，强度降低，致使建筑物产生下陷现象。这样每年冻融交替，造成浅基础建筑物的开裂。
冻土对建筑物产生的危害表现在以下几个方面[1]：
3.1造成基础拉断
基础拉断常见于不采暖的轻型架构基础，如仓库基础、围墙基础等。
3.2造成台阶隆起、门窗歪斜
部分民用住宅的台阶由于反复冻融，会产生不同程度的沉落和倾斜。同时，会使内外墙变形不一，会造成门窗变形。
3.3造成天棚抬起
冬季，外墙基础因冻胀抬起，内墙基础未受到冻胀影响，而天棚支撑在外墙上，致使内墙顶与天棚分离，出现裂缝。春季冻土融化之后，裂缝会缩小。
3.4造成墙体开裂
轻型住宅裂缝最为常见。常在房屋的转角、门、窗、洞口附近出现水平裂缝、垂直裂缝和斜裂缝。水平裂缝常发生在门、窗、洞口上下墙的横断面上，往往沿着房屋的长度方向出现，水平裂缝又因房屋结构和采暖情况不同，裂缝有内大外小或者外大内小。垂直裂缝一般多出现与内墙和外墙的连接处，外门斗、群房和主体结构的连接处。垂直裂缝主要由地基冻胀不均匀引起。斜裂缝主要由于房屋周边产生不均匀冻胀和融陷，沿着门窗洞口的对角方向出现。
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4 、针对冻土危害采取的防治措施
4.1设置沙砾垫层
在季节性冻土地区，常采用沙砾垫层换填冻胀土，沙砾层能起到隔离层的作用。当地下水通过地基土中毛细管上升到沙砾垫层时，因沙砾垫层空隙比较大，形成的毛细管少，就会控制了地下水的上升数量。浅基础设计深度一般在0.6-2.0m之间，设置在寒冷地区冰冻线以上，基底下还有不同深度的冻土。如果在基底下设置沙砾垫层，可以减少冻胀地基土的厚度，从而减轻冻土的膨胀程度，削弱冻土的抬拱力。
4.2选择合理的基础形式
在冻深较大、冻胀性较强的地基上建造无采暖措施的建筑物，一般应采用独立式基础和桩基础，防冻害效果较好。由于独立式基础自重大，有利于减小基础的冻胀变形，且独立式基础与土的接触面积比其他类型的基础小，对消除冻胀力较为有利。
4.3减小基础外侧冻切力的影响
对于标准冻深大于2米，基底以上为强冻土的采暖建筑及标准冻深大于1.5米，基底以上为冻胀土和强冻胀土的非采暖建筑，除满足基础最小埋深外，还必须考虑冻胀时冻切力对基础侧面的作用。可在基础外侧回填粗砂、中砂、砾石、碎砖、火山灰和炉渣等非冻胀性材料，以减少冻切力的作用。
基础表面光滑度对冻切力也有一定的影响，表面越光滑产生的冻切力越小[2]。在采取合理的防冻切措施基础上，基础与冻胀土接触的表面应进行处理，如在基础外墙外侧抹光滑的防水砂浆，既保证外表光滑可减小冻切力，又保证基础墙不受水侵，避免了反复冻融造成基础墙的破坏。
4.4设计阶段消除或减小冻土的影响
在选择总平面图位置时，应尽可能选择地势高、地下水位低、地表排水良好和土冻胀性小的建筑场地[3]。
离室外暖气管沟2米之内不应建造非采暖建筑，以防建筑物受单侧地基土影响而开裂。如非采暖建筑距离室外暖气管够较近时，应设置圈梁或在墙体及转角处做配筋砌体。
建筑物在下列情况下应该设置防冻胀变形缝，这种变形缝应从基础到屋顶全部断开，缝宽20-30厘米。
（1）在同一建筑物采用两种不同深度（既小于计算冻深的“浅基础”及大于计算冻深的“深基础”）基础的交接处。
（2）采用两种不同形式的基础可能会产生不均匀隆起的地方，如室外门台阶、室外平台、门坡道等与建筑物连接处。
4.5做好冬季施工保温措施
基础在冬季施工时不得使地基土受冻，除按冬季施工规定施工外，要做到随挖、随砌、随回填，并用保温材料覆盖基础[4]。同时做好排水措施，防止施工期间雨水、地下水和施工用水侵入地基。按采暖设计的建筑物，如冻前不能交付正常使用，应对地基和基础采取过冬保温措施，一般在基础上覆盖草垫、石棉被和塑料薄膜等。
5、结语
根据尚小云大剧院现场地基基础施工情况，为消除冻土对建筑物的有害影响，采取以下措施：
（1）设计阶段：对于基础埋深较浅的部位采用独立基础；在深基础和浅基础交接处设置防冻胀变形缝，从基础到屋顶全部断开，缝宽20-30厘米。
（2）施工阶段：基础在冬季施工时做到随挖、随砌、随回填，并用保温材料覆盖基础。施工完毕要用两层草垫和一层塑料薄膜覆盖进行保温。
参考文献
[1]王坤. 冻土对建筑物的危害及防治措施[J].黑龙江科技信息,2008(34):372.
[2]潘博. 防止冻土对建筑物危害措施初探[J].科技与企业,2012(34):176.
[3]皮亚东.多年冻土对机场跑道地基的危害及处理措施[J].市政技术,2017,35(06):160-161+190.
[4]姚文凯.浅谈冬季民用建筑施工冻土影响[J].黑龙江科技信息,2011(17):244.
论文作者:赵韦皓、王子进、董继伟
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/15
标签：冻土论文; 基础论文; 建筑物论文; 地基论文; 裂缝论文; 采暖论文; 沙砾论文; 《工程管理前沿》2019年第9期论文;