浅谈地基土冻胀问题的预防与处理

北京银建建设工程管理有限公司      陈飞飞

一、地基土冻胀的成因

北方地区冬季气温降低0℃以下时，地表土中水开始冻结，气温越低，低温持续时间越长，土层冻结深度就越大。当上部土层冻结后，由于毛细作用，促使下面的水分上升而冻结，土层冻结体积膨胀，即冻胀，当天气转暖，土温升高土内解冻，冰就化成水，而土中水分较多，致使基底下的土处于松软状态抗剪强度大大减低产生沉降，即融陷。基础土冻胀和融陷对建筑物的危害程度是很大的，是确定基础埋深的重要因素。

二、基础土冻胀和融陷度建筑物的影响

        如果基础的埋置深度浅于冻结深度，则基底下的土冻结后，产生向上顶的推力，这种推力就有可能使建筑物开裂，如果不紧在基底下的土也冻结，这时，建筑物将因土冻胀而产生严重变形。当温度升高，土内解冻时，建筑物又将发生大量的沉降，不均匀沉降，并在次出现裂缝，冻害严重的建筑物也容易倾斜，甚至倒塌。因此，在混凝土冬施期间，要特别注重地基土是否存在冻胀的问题。现对北京银建建设工程管理有限公司监理的以下两个项目出现的冻胀问题处理方法供大家交流。

三、工程概况：

本公司承接的项目为由超高层、高层、多层五个栋号组成的集商业、商务、公寓为一体的多功能群体建筑，建成后将成为机场到京城的国门标志性建筑。项目分两个地块，分别为627地块和629地块。

627地块：总建筑面积为173644.35平米，地下为满堂地下室，加夹层共计地下5层，基础埋深约26米。4#楼（55层）总建筑高度260米，建筑面积107164平米。

629地块：配套裙房及纯地下车库。地上为25、33层两栋塔楼，建筑高度分别为113.2m及147.0m。地下室四层。总建筑面积约16.225万㎡。本工程具有结构荷载不均匀，对沉降变形敏感，超高层建筑与纯地下部分荷载相差悬殊的特征，工程重要性等级为一级，场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度等级为二级，综合确定岩土工程勘察等级为甲级。

以上工程地下均为筏板箱型基础。

1.      实施过程：

（1）2012年12月627地块5#楼基础底板在防水施工前发现已浇筑完的垫层标高已超过设计要求，并立即通知相关测量人员对5#楼整块底板进行标高实测，实测后发现该部位标高已超过设计标高多达8cm。

（2）2013年1月629地块B3区在对已完成底板钢筋安装隐蔽验收时发现，该部位底板厚度未达到设计要求，厚度差近10公分左右，因2012年12月份627地块已出现地基土冻胀的现象，特要求相关测量人员对该部位底板标高进行抄测，抄测后发现该部位底板上表面标高与设计要求标高相符，防水保护层标高超过了设计要求，并且部分桩头防水保护层与下部材料之间出现缝隙。并根据测量结果发现防水层保护层由西向东呈现坡度变化，其中靠近西侧外墙部位超高最为严重，达到100mm。

综上所述：已明确可以看出由于地基土冻胀造成混凝土垫层太高，又因施工单位自身早已发现该问题，于是在今后的钢筋加工中对于底板支撑进行了截短处理，致使整改底板变薄，根据标高复核记录，在防水保护层浇筑完毕后，未对该部位进行标高复核；

2.      分析原因：

因两地块均在冬季施工期间进行混凝土垫层的施工，但也有不同：

（1）627地块底板结构为抗拔锚杆，抗拔锚杆在垫层施工完成后，锚杆钻机进行钻孔湿作业，致使垫层与基槽之间存在积水，积水受冻，体积膨胀导致。

 （2）629地块可能由于槽底原状土由于冻胀而导致防水保护层拱起，业主、监理、勘察、设计、总包单位进行了实地勘察，于2013年1月对该部位防水保护层进行了开凿，在标高超高最为严重的部位，开凿了三处，情况如下：

a.在贴近某桩头附近，向下开凿近70mm，发现防水层；

b.在贴近外墙部位附近，向下开凿50mm，发现防水层，再继续向下开凿至原状土，发现厚度为5-10mm冰层，并有很硬的原状土块，拿在手中，由于温度升高的原因，很快变为湿润状态并成为泥土。

c.防水保护层未发现开裂，垫层未发现破损，开凿后未发现明水聚集。

     d.桩头附近的防水保护层发生剥离，有可能为冻胀所致，但桩头防水却没有因为冻胀而产生大的裂缝或损坏。

      e.综上所述分析，各方共同得出如下结论：基础垫层以下土层在冬期施工受冻，形成约10mm冰层。

3.处理方法：

  （1）627地块经发现后，经各方同意，施工方立即采取措施，并将全部垫层剔凿，并用级配砂石进行回填保温，至天气转暖后再进行基础施工。

  （2）3月20日为确保工程施工进度特召开多次例会，各方共识是该部位地基土已经冻胀，可能产生不均匀沉降，造成建筑物开裂，基础防水渗漏。中国建筑设计研究院表示只负责地基以上的建筑物设计，担心冻胀影响地基承载力，需实测溶化后的标高，取样查看融化程度。勘察单位表示验槽时地基土正常，地基土冻胀再融化，土的承载力就会变化，最好的办法是对地基土重新测试，为保证工期，也可召开专家论证会。施工单位同意地基勘察单位及主体结构设计的观点请专家进行现场查看，根据实际情况处理。

3月22日施工单位请国内知名专家对该部位基础底板冻胀问题向专家进行了咨询，并听取了专家的意见与建议。 专家表示：该区基础底板设计采用天然地基+抗浮桩，虽然地基土存在一定程度的冻胀，但由于本区域为地下车库，无地上结构，且存在抗浮桩（混凝土灌注桩，桩径600mm，桩长13～17m，桩间距为3.5～4.5m），可大大削弱地基土冻胀对日后基础的影响，故不必返工，而只需采取若干措施，保证基础底板施工质量，减少基础底板施工后对地下室结构的影响；根据本工程设计图纸，可采取若干措施对本区域内的框架柱基础部位进行加强，从而加强柱下承载能力。可根据冻胀的实际情况，对框架柱下及基础垫层拱起区域留置注浆管，并在基础底板施工完毕后进行注浆，从而保证这些区域底板与地基之间充填密实，避免不均匀沉降； 对抗浮桩周边采取若干措施加强防水处理，避免造成漏水后患；浇筑砼时应严格控制砼的施工质量；上述意见经与设计方沟通同意后，编制方案经设计确认后方可实施。

为保证春节期间地基土不再受冻，项目部采取覆盖并加温的方式进行升温。即采用彩条布搭设暖棚进行覆盖，待开春温度升高冰层融化后，进行基础底板施工，春节期间暖棚内采用生炉火的方式进行加热。

天气转暖后，经过各方对标高复测，上铁钢筋标高变化不大，大部分防水保护层标高有所下降，局部区域标高未变化，经与设计确认，该部位于4月27日及5月2日进行混凝土浇筑。

注浆：

1）对该区域每根框架柱50cm处布置一根直径为20mm,1300mm长的铁管，作为注浆管使用，底部设置单向注浆阀，共计11根注浆管。

   2）待基础底板浇筑完成后48小时即可开始注浆。

 a）.注浆压力为1-1.5Mpa，采用P.O42.5水泥，水灰比采用0.6，标高变化大的部位每根注浆管注浆量为1t水泥，变化小的部位每根注浆量为0.5t。

   b）从中间向四周依次开始注浆，直至11根管全部注射完成。

 c）注浆流程：a放置注浆管；防水保护层上开挖100*100*100mm的孔，孔内填砂，将注浆阀插入孔内，在底板1/3和2/3处沿注浆管焊两道80mm*80mm止水片，并在止水片底部用铁丝固定20mm*30mm遇水膨胀止水条。B.浇筑基础底板混凝土。C.浇筑完成后48小时，开始注浆。D具备条件后即可停止注浆

I .注浆压力为1-1.5MPa，当压力无限增大而浆液注射不进时，说明此时内部已无空隙，即可停止注浆。

   II 、水泥注浆量达到1t即可停止。

 III 、出现串孔现象，即向一根管内注浆，注浆从另外的管或者底板边缘、后浇带位置流出时，即可停止注浆。

3）监测

a）沉降观测点埋设：沉降观测点均布置在相应外墙及柱子南边中间位置，统一高度距离底板面500mm，相对标高为-20.55m.

b)观测周期：据《建筑变形测量规范》中规定，混凝土底板浇筑完10d以后，可每2-3d观测一次，直至地下室顶板完工和水位恢复。后浇带结构封闭后，还需检测45天，周期为每周观测一次，直至回填土完成。

 c）观测手段：安排固定的观测者、扶持者，使用相同的仪器对沉降观察点进行监测。

   d）监测成果：每周期观测后，应及时对观测资料进行整改，对相应单位提供实际的沉降观测成果，沉降曲线示意图等。

    e）裂缝及漏水处理：在混凝土浇筑完毕后，需进行浇水养护，并结合大体积混凝土测温结果，保持14天，避免产生温度裂缝。 如由于不均匀沉降产生裂缝，如裂缝宽度超过0.5mm时，向裂缝内注射注浆液的方式进行补缝处理；并在产生的裂缝两侧，平行于裂缝的方向用墨斗弹两条间距为100mm的细线，每天由测量员对墨线的间距进行观测，以检查裂缝发展情况，并对其拍照存底。日后基础底板如产生漏水情况，施工方可在基础底板上表面采用水泥基渗透结晶做一层内防水，并在素混凝土层上布置若干排水沟，通过有组织排水的形式排出。

  4.后期观察：

       经后期地下室结构施工，两地块通过巡视检查发现，均未出现裂缝，说明成功而且有效地避免了地基冻胀引起的一些质量问题。

四、 综上分析：

地基与基础冻胀后期处理及其复杂，专业性较强，难度又大，浪费大量的人力、物力、财力，通过两者的比较，分析出，施工单位要加强自身的管理，尤其是冬期施工期间巡视，必要时加强对地基土进行标高抄测，避免地基土因冻胀造成结构工程质量，并造成大量的人力、物力、财力损失。

2015年10月