芻議國家建筑規(guī)范中綏化最大凍土深度

計鋒， 孔維一， 米長虹， 姚晨

（1.哈爾濱工業(yè)大學建筑設計研究院有限公司，哈爾濱 150090；2.中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044）

0 引言

按土的凍結狀態(tài)保持時間的長短，凍土一般又可分為短時凍土（數(shù)小時、數(shù)日以至半月）、季節(jié)凍土（半月至數(shù)月）以及多年凍土（數(shù)年至數(shù)萬年以上）3種類型。我國三大凍土區(qū)集中在青藏高原、新疆和東北大小興安嶺地區(qū)，國內(nèi)學者針對三大凍土區(qū)也進行了較多的研究。

近期在國家某核心期刊雜志上，閱讀到一篇有關室外消防水池取水口設置的文章，文中通過舉例不同地區(qū)加以探討室外消防水池取水口設置形式及注意問題。例舉的地區(qū)中有黑龍江省綏化、新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰、吉林白城三個地區(qū)的凍土深度分別達到715、650、750cm。作者居住在黑龍江省哈爾濱市，從事建筑設計，對黑龍江省綏化有一定了解。多次參與黑龍江省綏化地區(qū)的建筑設計項目，項目地質(zhì)勘查報告累積多份。對于黑龍江省綏化凍土深度達到7.15m 這個數(shù)據(jù)持有懷疑態(tài)度。針對此數(shù)據(jù)，收集多專業(yè)的資料，查閱相關專業(yè)規(guī)范、設計手冊、書籍及文獻等，展開探究。

1 采暖通風專業(yè)

通用的采暖通風專業(yè)的供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范中，TJ 19-75《工業(yè)企業(yè)采曖通風和空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》、GBJ 19-87《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（2001年版）、GB 50019-2003《采曖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》、GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》、GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》為常用的專業(yè)規(guī)范，就以上規(guī)范中有關凍土深度的相關氣象數(shù)據(jù)加以整理。

1975年頒布的TJ 19-75《工業(yè)企業(yè)采曖通風和空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》中，沒有最大凍土深度的相關數(shù)據(jù)。

2001 年頒布的GBJ 19-87《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（2001年版），附錄二室外氣象參數(shù)中，有各省市部分城市的最大凍土深度相關數(shù)據(jù)。收錄黑龍江省10個城市：愛輝、伊春、齊齊哈爾、鶴崗、佳木斯、安達、哈爾濱、雞西、牡丹江、綏芬河，未見綏化相關氣象數(shù)據(jù)［1］。

2003 年頒布的GB 50019-2003《采曖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》，沒有附錄室外氣象參數(shù)，沒有最大凍土深度的相關數(shù)據(jù)［2］。

2012 年頒布的GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》在附錄A室外空氣計算參數(shù)的表格中，最大凍土深度黑龍江綏化為715cm；吉林白城為750cm；新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰為650cm［3］。

2015年頒布的GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》在附錄A室外空氣計算參數(shù)的表格中，最大凍土深度黑龍江綏化：715cm；吉林白城：750cm；新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰：650cm［4］。

GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》表A.0.1-1 室外空氣計算參數(shù)（一）全部采用了現(xiàn)行國家標準GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》附錄A 的數(shù)據(jù)，未作修改。所以GB 50019-2015 與GB 50736-2012 的數(shù)據(jù)一致。GB 50736-2012與GB 50019-2015兩本規(guī)范中的數(shù)據(jù)是完全一致的。

2 給水排水專業(yè)

給水排水專業(yè)從業(yè)人員在工程設計及研究中，使用的氣象資料收錄在《給水排水設計手冊》與《建筑給水排水設計手冊》兩本設計手冊中。就這兩本手冊不同時期版本分別查詢有關凍土深度的相關氣象數(shù)據(jù)。

1986 年，中國市政工程西南院主編《給水排水設計手冊》第1冊常用資料7.3氣象資料中，常用資料中，最大凍土深度黑龍江綏化：221cm；吉林白城大于250cm［5］；新疆未見克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰相關氣象數(shù)據(jù)。

2000 年，中國市政工程西南設計研究院主編《給水排水設計手冊》（第二版）第1冊7.3氣象資料中，全國主要城市室外氣象參數(shù)，最大凍土深度黑龍江綏化：221cm；吉林白城大于250cm［6］；新疆未見克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰相關氣象數(shù)據(jù)。

1992 年，陳耀宗、姜文源、胡鶴鈞等主編《建筑沒有收錄氣象資料與最大凍土深度的相關數(shù)據(jù)［7］。

2008 年，中國建筑設計研究院主編《建筑（第二版）第2018 年出版的由中國建筑工業(yè)出版社出版，中國建筑設計研究院有限公司主編《建筑給水排水設計手冊》（第三版）13.4.9 節(jié)給水排水設計常用氣象參數(shù)中收錄的氣象資料與最大凍土深度如下，黑龍江綏化：715cm；吉林白城：750cm；新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰650cm。在表13.4.15 給水排水設計常用氣象參數(shù)明確注明，摘自GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》［9］。如文中所述，GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》氣象數(shù)據(jù)引用了GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》。

3 結構專業(yè)

2011 年出版的由黑龍江省寒地建筑科學研究院主編JGJ 118-2011《凍土地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范》中未見常用氣象參數(shù)中收錄的氣象資料與季節(jié)凍土標準凍土深度［10］。

2011 年出版的由中國建筑科學研究院主編GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》中，在中國季節(jié)性凍土標準凍深線圖中，黑龍江綏化季節(jié)凍土標準凍深深度在200～220cm，吉林白城季節(jié)凍土標準凍深深度在180～200cm，新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰季節(jié)凍土標準凍深深度線圖為180cm，具體可見圖1［11］。

圖1 中國季節(jié)性凍土標準凍深線圖局部

2019 年出版的由黑龍江省寒地建筑科學研究院主編DB 23/T902-2019《黑龍江省建筑地基基礎設計規(guī)程》中，具體可見規(guī)程后附錄G 黑龍江省季節(jié)通途標準凍深線圖中得知［12］，黑龍江綏化及吉林省白城的季節(jié)凍土標準凍深深度在200～220cm線附近。

2009年由建設部綜合勘察研究設計院主編的GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009年版），通過其中的凍土勘測方法及標準凍深，均沒有出現(xiàn)綏化凍土深度達到715cm［13］。

4 建筑專業(yè)

2012年，張晴原、楊洪興主編的《建筑用標準氣象數(shù)據(jù)手冊》，附帶光盤。光片中有120 個氣象臺站的概況，標準日氣象數(shù)據(jù)及不保證率氣象數(shù)據(jù)［14］。氣象數(shù)據(jù)手冊及光盤中的氣象資料中，沒有收錄與最大凍土深度的相關數(shù)據(jù)。

2014 年，中國建筑科學研究院主編的JGJ/T 346-2014《建筑節(jié)能氣象參數(shù)標準》，附帶120個氣象臺站的概況，標準日氣象數(shù)據(jù)及不保證率氣象數(shù)據(jù)［15］。標準及光盤中的氣象資料中，沒有收錄與最大凍土深度的相關數(shù)據(jù)。具體可見表1 建筑行業(yè)規(guī)范、設計手冊中綏化地區(qū)凍土深度匯總。

表1 建筑行業(yè)規(guī)范、設計手冊中綏化地區(qū)凍土深度匯總

確定地區(qū)氣象數(shù)據(jù)中最大凍深應明確。建筑行業(yè)中結構專業(yè)、給水排水專業(yè)及暖通專業(yè)分別執(zhí)行各種的規(guī)范，同一地區(qū)的氣象資料應一致，不應有偏差。現(xiàn)行的國家級地方規(guī)范及標準，多專業(yè)對同一地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差，最大凍土深度基礎數(shù)據(jù)在建筑工程實施中影響到建筑基礎、室外給水管道埋深等，影響建筑及供水安全。陸續(xù)新頒布的規(guī)范中同一地區(qū)最大凍深引用不同規(guī)范或標準，造成混亂，筆者認為這個數(shù)據(jù)值得認真探究。

5 氣象與工程勘測

工程實踐中，綏化地區(qū)工程項目在施工前，都會有地質(zhì)勘測報告，就目前收集到的相關地質(zhì)勘測報告，綏化地區(qū)的季節(jié)性凍土深度在200～220cm 之間。與結構專業(yè)規(guī)范和給排水專業(yè)設計手冊中的氣象資料數(shù)據(jù)相符合。另從黑龍江省消防應急救援中心獲得的有關省內(nèi)各地區(qū)消防管道及市政室外消火栓埋設的防凍指導最大凍土深度，綏化為225cm。

根據(jù)相關規(guī)范，除季節(jié)性凍土外，在圖1中可以看到多年凍土區(qū)。含有固態(tài)水，且凍結狀態(tài)持續(xù)二年或二年以上的土，應判定為多年凍土。我國多年凍土主要分布在青藏高原、帕米爾及西部高山（包括祁連山、阿爾泰山、天山等），東北的大小興安嶺和其他高山的頂部也有零星分布。根據(jù)東北地區(qū)經(jīng)驗，當凍土厚度大于2.8 時會出現(xiàn)多年凍土。綏化最大凍土深度為715cm 時，應該屬于多年凍土。在相關規(guī)范及文獻上未見。

凍土觀測按照國家地面氣象觀測規(guī)范，根據(jù)埋入土中的凍土器內(nèi)水柱所在位置，從管壁刻度線上讀出冰上下兩端的相應刻度數(shù)，分別記為凍結層的上、下限深度值［16］。

我國多年凍土面積占國土面積的22.3%，在世界上占第3 位。其中高海拔多年凍土面積則居世界之最，季節(jié)凍土及短時凍土遍布大部分國土。相關氣象研究表明，極端最大凍土深度出現(xiàn)的頻率逐年代明顯下降，各區(qū)最大凍土深度呈下降趨勢，凍土深度較大的地區(qū)有黑龍江大部、內(nèi)蒙古中、西部、新疆北部、青藏高原、青海西部（2m 以上），其中黑龍江的漠河、內(nèi)蒙古的圖里河、新巴爾虎右旗等我國最北部一線曾出現(xiàn)過大于4m 的凍土［17］。相關研究利用1961～2012 年來黑龍江省32個氣象臺站的逐日凍土觀測數(shù)據(jù)，使用變異系數(shù)法、線性趨勢估計法、克里金插值法以及突變檢驗方法，對黑龍江省凍土最大凍結深度的時空變化特征進行分析。得出黑龍江省凍土最大凍結深度年下降速率為-0.67cm/a，在60 年代最大凍結深度達到最大。黑龍江省最大凍結深度年空間分布特征總體上呈現(xiàn)北高南低的趨勢走向，低值區(qū)主要位于鐵力、通河站點附近。空間分布并不與緯線平行，同緯度相比，中部地區(qū)的最大凍結深度偏低。高值區(qū)主要位于大興安嶺地區(qū)［18］。GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》中關于綏化最大凍土深度的數(shù)值與上次結論違背。在GB 50736-2012附錄A室外空氣計算參數(shù)的表格中氣象中，只有黑龍江省綏化（715cm）、新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰（650cm）、吉林白城（750cm）3個地區(qū)的凍土深度數(shù)據(jù)明顯高于其他地區(qū)。在規(guī)范的條文解釋中也沒有對這三個突出數(shù)據(jù)加以說明。相關氣象研究最大凍結深度在二十世紀八十年代發(fā)生了突變，但突變后最大凍結深度未見倍數(shù)級增長的相關文獻。

有研究表明新疆、吉林的1961～2010 年最大凍土深度總體呈現(xiàn)減小趨勢［19-23］。對于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰（650cm）、吉林白城（750cm）兩個地區(qū)的凍土深度數(shù)據(jù)有待進一步探究。

另咨詢GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》的相關參編單位，其單位建筑設計中采暖通風、給水排水、結構等專業(yè)所采用綏化地區(qū)的最大凍土深度取值為200～220cm。

6 結語

通過以上多專業(yè)交叉數(shù)據(jù)整理與分析，得出如下結論：

（1） 2012 年后頒布的采暖通風專業(yè)規(guī)范GB 50736-2012 中黑龍江綏化的最大凍土深度分別為715cm；結構專業(yè)綏化地區(qū)標準凍土深度執(zhí)行200～220cm；給水排水專業(yè)在2018年前此數(shù)值為221cm，在2018年后引用采暖通風規(guī)范GB 50736-2012后，數(shù)據(jù)同采暖通風規(guī)范；建筑專業(yè)規(guī)范中氣象資料未見有最大凍土深度數(shù)據(jù)。

（2） 根據(jù)氣象研究及相關資料，極端最大凍土深度出現(xiàn)的頻率逐年代下降明顯，各區(qū)最大凍土深度呈下降趨勢。黑龍江省最大凍結深度年空間分布特征總體上呈現(xiàn)北高南低的趨勢走向，中部地區(qū)的最大凍結深度偏低。高值區(qū)主要位于大興安嶺地區(qū)。綏化正位于黑龍江省中部地區(qū)。

（3） 國家建筑行業(yè)相關規(guī)范編制時，關于氣象資料統(tǒng)一一致，邏輯上不會出現(xiàn)較大偏差。

（4） 建筑工程設計中，綜合采暖通風、給水排水、建筑、結構多專業(yè)及實際工程的工程勘測與工程經(jīng)驗，采用綏化的凍土深度在200～230cm之間。關于采暖通風專業(yè)規(guī)范GB 50736-2012 中綏化最大凍土深度715cm，建議相關規(guī)范在修編時，能夠進一步核實此數(shù)據(jù)。