严寒地区建筑施工冻胀防治技术

胡国根

（中铁十四局集团第四工程有限公司，山东济南 250000）

1 冻胀形成原理

凡含有水的岩石及土体，均含有一定的水分。当土层温度降低到0℃以下时，土中自由水凝结成冰，随着温度继续下降，弱结合水最外层开始冻结，结合水的膜厚度变薄。这样的结果导致土粒产生了剩余分子引力，并且由于水膜变薄，导致离子浓度增加，从而加强了渗透压力，这样未冻结区弱结合水向这里迁移，然后再冻结，如此恶性循环导致冰晶体不断扩大至隆胀。

在严寒地区，水的冻结更加严重，冻胀对建筑结构的不利影响也更加显著，将使位于土体冻胀层内的结构产生内力、局部变形或整体位移，对结构产生剪切变形或弯曲变形，当冻胀应力大于结构或构件的抗弯、抗剪承载能力时，就会造成结构破坏。

2 对建筑物的危害

2.1 冻胀对建筑基础的破坏

冻胀对建筑基础的破坏作用，主要表现在两个方面。一方面是地基冻胀时，对冻胀层内的建筑结构产生竖向和侧向应力，这两种力相互作用，使结构产生整体抬高或局部抬高，严重的使混凝土基础梁发生断裂，危及房屋结构安全。

另一方面则是次年春天土体解冻时，地基产生了不均匀的沉降，造成墙体出现裂缝，墙面上抹灰层、保温层等饰面层出现开裂、剥离、脱落等情况。

2.2 冻胀对建筑外墙根部饰面层的破坏

对建筑外墙来说，当冻胀发生时，外墙周边土体会膨胀向上拱起，冻胀结束后又产生回落，如果建筑外墙与周边土体相连部位没有采取防冻胀构造措施，就会产生相互作用。当冻胀应力超过建筑外墙饰面层的材料强度时，会使建筑外墙饰面层，如外墙保温层或干挂石材等，产生开裂、剥离、脱落等情况。

2.3 对散水的破坏

冻胀对散水的破坏，主要是与散水下部土质情况、散水的构造措施等有较大关系，冻胀对散水的破坏主要有以下四种情形：

（1）回填土料不合格，含有淤泥、有机质含量大于5%的土或含水率偏大的黏性土都是不符合要求的土料。

（2）回填土回填施工质量不合格，回填时基底上的垃圾、杂物等未清理干净，没有按照要求分层夯实或者夯实次数较少，使土体不均匀。

（3）散水未设置伸缩缝，散水下部土体冻胀发生时，土体向上隆起，对散水产生向上的力，当变形不均匀时，就会产生散水开裂、错层等现象。

（4）散水排水和防渗水没有要求。散水排水坡度不符合要求，伸缩缝未按照要求进行填充或者填充的材料不符合要求，造成地表水渗入散水下部，使土体含水率过高，造成土体冻胀。

3 冻胀的防治措施

3.1 建筑基础冻胀的防治措施

3.1.1 基础回填土的选择

根据《建筑地基基础设计规范（GB50007—2011）》，地基土的冻胀性分类分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。根据本规范附录G表G.0.1得知，在同样的含水条件下，碎石（卵）石、砾、粗、中砂（粒径小于0.075mm颗粒含量不大于15%），细沙（粒径小于0.075mm颗粒含量不大于10%）是最佳的非冻胀性土类，基础回填优先选用这种填料。

碎石（卵）石、砾、粗、中砂（粒径小于0.075mm颗粒含量大于15%），细沙（粒径小于0.075mm颗粒含量大于10%）这种土类次之，可根据冻前天然含水量和冻结期间地下水位距冻结面的最小距离合理选择。

黏性土、粉砂和粉土都具有较强的冻胀性能，压实度也很难达到回填要求，最好不要选择。

3.1.2 基础埋深

确定基础的埋深，要满足建筑物的对地基稳定、变形和抗震要求，因此，除了要考虑工程地质和水文条件因素外，对于严寒地区冻胀危害是必须要考虑的一大因素，根据《建筑地基基础设计规范（GB50007—2011）》附录G表G.0.2和本项目当地经验数据，基础最大冻结深度为2.5m，因此本项目建筑基础埋置深度最少为2.5m。

3.1.3 基础排水

根据冻胀发生的原理，是因为土中的水分在温度达到其冻结温度时，土中的孔隙水凝结成冰导致体积膨胀才产生了冻胀效应，因此有效地控制含水率是控制冻胀的有效措施。建筑物基础宜选择在地势高、地下水位低、地表排水条件好的建筑场地，室内地坪要高出室外地面，防止地表水浸入地基。小乌斯力房屋由于地表水丰富，沿着建筑场地四周施工了排水明沟，有效地阻止了地表水浸入地基。

3.1.4 基础梁防冻胀构造

本项目房建工程均为钢筋混凝土框架结构，基础部分设计了基础梁，埋置深度只有0.6m，冻胀会对基础梁抬高和侧向位移，严重导致断裂。为防治冻胀带来的破坏，本工程采用以下防冻胀构造：

如图1所示，在基础梁四周回填了膨胀性很小的中粗砂，在基础梁底预留了100mm的空隙，起到缓冲作用，机制红砖的目的是保护这一空隙不被四周中粗砂进入，起到很好的防冻胀作用。

图1 基础梁防冻构造

3.2 建筑外墙根部饰面层冻胀防治措施

对于外墙根部的饰面层，施工时装饰层底边距地面预留50mm空隙，并用耐候胶填缝，防止土体冻胀隆起挤压饰面层。

3.3 散水冻胀防治措施

施工时必须选用符合要求的土料，土料中无淤泥，有机质含量不得大于5%，含水量不能太大，通过击实试验选定好回填土料。

回填土按照要求分层夯实，依据采用的压实机具，按照规范要求，确定好每层摊铺厚度和每层压实遍数，夯实后土体压实度不能小于0.97，为防止冻胀，回填土上再铺设一层30cm非冻胀性的天然级配砂石，并夯实达到要求。

在施工过程中设置好伸缩缝，在散水和墙体之间、沿散水长度方向和拐角处，设置伸缩缝，伸缩缝的位置应避开水落管出水口周围，伸缩缝间距不能超过15m，缝宽20mm，伸缩缝可采用木条或挤塑板预留，上表面采用玛蹄脂、耐候胶等柔性防水材料封堵，防止地表水渗入地下。

4 越冬措施

4.1 越冬前的施工安排

对于需要跨年度施工工程，应编制越冬前施工计划安排，根据工期要求和资源投入经济比选然后综合分析，制定越冬前施工节点，总的来说应遵循以下原则：①对于需要跨年度施工的地基与基础，应科学组织施工，加大资源投入，在冬季到来之前，尽量完成地下结构的施工和土方回填；②对于混凝土工程，按照规范要求，入冬前混凝土强度不得低于其抗冻临界强度。所以当环境温度已经降到5℃时，要时刻关注以后的天气情况，若气温持续降温不在回暖，建议混凝土工程停止施工，已经浇筑的混凝土依据冬季施工方案，做好保温养护措施；③对于现浇支架结构，在入冬之前不能达到拆除条件的，应停止施工，否则脚手支撑架不能拆除造成资源浪费；④对于工地使用的钢材、水泥、粉煤灰等材料，应严格控制采购数量，避免材料在现场堆放锈蚀或失效。

4.2 正在建设的工程越冬措施

对于正在建设的工程，必须认真研究并核对该工程的水文地质情况和当地的气温资料以及地基土的最大冻结深度等相关资料，制定确实可行的维护方案。

（1）地基与基础的防冻胀处理可以采取以下措施：①当基础为桩基时，在基础回填过程中应把基础梁的底部预留0.2m的空隙，为防止回填土进入梁底，在梁两侧可用立砖挡住；②当建筑基础埋深较浅时，应覆盖保温材料或进行堆土覆盖，保温材料应就地取材；③施工场地和建筑周围必须做好排水措施，可以临时修建截水沟和排水沟，将地表水引流至建筑物外侧；④对于已开挖的基坑（槽）应预留出0.3m厚度而不应挖至设计标高处，越冬时应对基础底部做保温处理，等复工再挖至设计标高处。

（2）对于给排水管道，特别是室外管道，如果在试水后不能立即投入使用，则越冬时应将管道内的存水排除。

（3）对于已经进入了冬季施工的现浇结构，如现浇梁板或雨棚、阳台、空调板等悬臂构件，若混凝土强度未达到拆除条件，应做好保温保湿措施，特别是搭设在土体上的支架底部要做好保温覆盖措施，防止土体冻胀隆起对结构造成破坏。

（4）不得在已经冻结的土体上建设混凝土结构，如支墩、设备基础等，来年春天由于地基土融化，混凝土结构会造成不均匀破坏。

5 结束语

通过对冻胀的原理分析，介绍了冻胀对建筑基础、建筑外墙根部饰面层、散水三个方面产生的危害，并提出相应的防治措施和越冬措施，为东北地区建筑施工提出宝贵经验。