嚴寒地區建筑施工凍脹防治技術

胡國根

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東濟南 250000）

1 凍脹形成原理

凡含有水的巖石及土體，均含有一定的水分。當土層溫度降低到0℃以下時，土中自由水凝結成冰，隨著溫度繼續下降，弱結合水最外層開始凍結，結合水的膜厚度變薄。這樣的結果導致土粒產生了剩余分子引力，并且由于水膜變薄，導致離子濃度增加，從而加強了滲透壓力，這樣未凍結區弱結合水向這里遷移，然后再凍結，如此惡性循環導致冰晶體不斷擴大至隆脹。

在嚴寒地區，水的凍結更加嚴重，凍脹對建筑結構的不利影響也更加顯著，將使位于土體凍脹層內的結構產生內力、局部變形或整體位移，對結構產生剪切變形或彎曲變形，當凍脹應力大于結構或構件的抗彎、抗剪承載能力時，就會造成結構破壞。

2 對建筑物的危害

2.1 凍脹對建筑基礎的破壞

凍脹對建筑基礎的破壞作用，主要表現在兩個方面。一方面是地基凍脹時，對凍脹層內的建筑結構產生豎向和側向應力，這兩種力相互作用，使結構產生整體抬高或局部抬高，嚴重的使混凝土基礎梁發生斷裂，危及房屋結構安全。

另一方面則是次年春天土體解凍時，地基產生了不均勻的沉降，造成墻體出現裂縫，墻面上抹灰層、保溫層等飾面層出現開裂、剝離、脫落等情況。

2.2 凍脹對建筑外墻根部飾面層的破壞

對建筑外墻來說，當凍脹發生時，外墻周邊土體會膨脹向上拱起，凍脹結束后又產生回落，如果建筑外墻與周邊土體相連部位沒有采取防凍脹構造措施，就會產生相互作用。當凍脹應力超過建筑外墻飾面層的材料強度時，會使建筑外墻飾面層，如外墻保溫層或干掛石材等，產生開裂、剝離、脫落等情況。

2.3 對散水的破壞

凍脹對散水的破壞，主要是與散水下部土質情況、散水的構造措施等有較大關系，凍脹對散水的破壞主要有以下四種情形：

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

（2）回填土回填施工質量不合格，回填時基底上的垃圾、雜物等未清理干凈，沒有按照要求分層夯實或者夯實次數較少，使土體不均勻。

（3）散水未設置伸縮縫，散水下部土體凍脹發生時，土體向上隆起，對散水產生向上的力，當變形不均勻時，就會產生散水開裂、錯層等現象。

（4）散水排水和防滲水沒有要求。散水排水坡度不符合要求，伸縮縫未按照要求進行填充或者填充的材料不符合要求，造成地表水滲入散水下部，使土體含水率過高，造成土體凍脹。

3 凍脹的防治措施

3.1 建筑基礎凍脹的防治措施

3.1.1 基礎回填土的選擇

根據《建筑地基基礎設計規范（GB50007—2011）》，地基土的凍脹性分類分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強凍脹和特強凍脹五類。根據本規范附錄G表G.0.1得知，在同樣的含水條件下，碎石（卵）石、礫、粗、中砂（粒徑小于0.075mm顆粒含量不大于15%），細沙（粒徑小于0.075mm顆粒含量不大于10%）是最佳的非凍脹性土類，基礎回填優先選用這種填料。

碎石（卵）石、礫、粗、中砂（粒徑小于0.075mm顆粒含量大于15%），細沙（粒徑小于0.075mm顆粒含量大于10%）這種土類次之，可根據凍前天然含水量和凍結期間地下水位距凍結面的最小距離合理選擇。

黏性土、粉砂和粉土都具有較強的凍脹性能，壓實度也很難達到回填要求，最好不要選擇。

3.1.2 基礎埋深

確定基礎的埋深，要滿足建筑物的對地基穩定、變形和抗震要求，因此，除了要考慮工程地質和水文條件因素外，對于嚴寒地區凍脹危害是必須要考慮的一大因素，根據《建筑地基基礎設計規范（GB50007—2011）》附錄G表G.0.2和本項目當地經驗數據，基礎最大凍結深度為2.5m，因此本項目建筑基礎埋置深度最少為2.5m。

3.1.3 基礎排水

根據凍脹發生的原理，是因為土中的水分在溫度達到其凍結溫度時，土中的孔隙水凝結成冰導致體積膨脹才產生了凍脹效應，因此有效地控制含水率是控制凍脹的有效措施。建筑物基礎宜選擇在地勢高、地下水位低、地表排水條件好的建筑場地，室內地坪要高出室外地面，防止地表水浸入地基。小烏斯力房屋由于地表水豐富，沿著建筑場地四周施工了排水明溝，有效地阻止了地表水浸入地基。

3.1.4 基礎梁防凍脹構造

本項目房建工程均為鋼筋混凝土框架結構，基礎部分設計了基礎梁，埋置深度只有0.6m，凍脹會對基礎梁抬高和側向位移，嚴重導致斷裂。為防治凍脹帶來的破壞，本工程采用以下防凍脹構造：

如圖1所示，在基礎梁四周回填了膨脹性很小的中粗砂，在基礎梁底預留了100mm的空隙，起到緩沖作用，機制紅磚的目的是保護這一空隙不被四周中粗砂進入，起到很好的防凍脹作用。

圖1 基礎梁防凍構造

3.2 建筑外墻根部飾面層凍脹防治措施

對于外墻根部的飾面層，施工時裝飾層底邊距地面預留50mm空隙，并用耐候膠填縫，防止土體凍脹隆起擠壓飾面層。

3.3 散水凍脹防治措施

施工時必須選用符合要求的土料，土料中無淤泥，有機質含量不得大于5%，含水量不能太大，通過擊實試驗選定好回填土料。

回填土按照要求分層夯實，依據采用的壓實機具，按照規范要求，確定好每層攤鋪厚度和每層壓實遍數，夯實后土體壓實度不能小于0.97，為防止凍脹，回填土上再鋪設一層30cm非凍脹性的天然級配砂石，并夯實達到要求。

在施工過程中設置好伸縮縫，在散水和墻體之間、沿散水長度方向和拐角處，設置伸縮縫，伸縮縫的位置應避開水落管出水口周圍，伸縮縫間距不能超過15m，縫寬20mm，伸縮縫可采用木條或擠塑板預留，上表面采用瑪蹄脂、耐候膠等柔性防水材料封堵，防止地表水滲入地下。

4 越冬措施

4.1 越冬前的施工安排

對于需要跨年度施工工程，應編制越冬前施工計劃安排，根據工期要求和資源投入經濟比選然后綜合分析，制定越冬前施工節點，總的來說應遵循以下原則：①對于需要跨年度施工的地基與基礎，應科學組織施工，加大資源投入，在冬季到來之前，盡量完成地下結構的施工和土方回填；②對于混凝土工程，按照規范要求，入冬前混凝土強度不得低于其抗凍臨界強度。所以當環境溫度已經降到5℃時，要時刻關注以后的天氣情況，若氣溫持續降溫不在回暖，建議混凝土工程停止施工，已經澆筑的混凝土依據冬季施工方案，做好保溫養護措施；③對于現澆支架結構，在入冬之前不能達到拆除條件的，應停止施工，否則腳手支撐架不能拆除造成資源浪費；④對于工地使用的鋼材、水泥、粉煤灰等材料，應嚴格控制采購數量，避免材料在現場堆放銹蝕或失效。

4.2 正在建設的工程越冬措施

對于正在建設的工程，必須認真研究并核對該工程的水文地質情況和當地的氣溫資料以及地基土的最大凍結深度等相關資料，制定確實可行的維護方案。

（1）地基與基礎的防凍脹處理可以采取以下措施：①當基礎為樁基時，在基礎回填過程中應把基礎梁的底部預留0.2m的空隙，為防止回填土進入梁底，在梁兩側可用立磚擋住；②當建筑基礎埋深較淺時，應覆蓋保溫材料或進行堆土覆蓋，保溫材料應就地取材；③施工場地和建筑周圍必須做好排水措施，可以臨時修建截水溝和排水溝，將地表水引流至建筑物外側；④對于已開挖的基坑（槽）應預留出0.3m厚度而不應挖至設計標高處，越冬時應對基礎底部做保溫處理，等復工再挖至設計標高處。

（2）對于給排水管道，特別是室外管道，如果在試水后不能立即投入使用，則越冬時應將管道內的存水排除。

（3）對于已經進入了冬季施工的現澆結構，如現澆梁板或雨棚、陽臺、空調板等懸臂構件，若混凝土強度未達到拆除條件，應做好保溫保濕措施，特別是搭設在土體上的支架底部要做好保溫覆蓋措施，防止土體凍脹隆起對結構造成破壞。

（4）不得在已經凍結的土體上建設混凝土結構，如支墩、設備基礎等，來年春天由于地基土融化，混凝土結構會造成不均勻破壞。

5 結束語

通過對凍脹的原理分析，介紹了凍脹對建筑基礎、建筑外墻根部飾面層、散水三個方面產生的危害，并提出相應的防治措施和越冬措施，為東北地區建筑施工提出寶貴經驗。