淺談地基土凍脹問(wèn)題的預(yù)防與處理

北京銀建建設(shè)工程管理有限公司      陳飛飛

一、地基土凍脹的成因

北方地區(qū)冬季氣溫降低0℃以下時(shí)，地表土中水開始凍結(jié)，氣溫越低，低溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，土層凍結(jié)深度就越大。當(dāng)上部土層凍結(jié)后，由于毛細(xì)作用，促使下面的水分上升而凍結(jié)，土層凍結(jié)體積膨脹，即凍脹，當(dāng)天氣轉(zhuǎn)暖，土溫升高土內(nèi)解凍，冰就化成水，而土中水分較多，致使基底下的土處于松軟狀態(tài)抗剪強(qiáng)度大大減低產(chǎn)生沉降，即融陷。基礎(chǔ)土凍脹和融陷對(duì)建筑物的危害程度是很大的，是確定基礎(chǔ)埋深的重要因素。

二、基礎(chǔ)土凍脹和融陷度建筑物的影響

        如果基礎(chǔ)的埋置深度淺于凍結(jié)深度，則基底下的土凍結(jié)后，產(chǎn)生向上頂?shù)耐屏Γ@種推力就有可能使建筑物開裂，如果不緊在基底下的土也凍結(jié)，這時(shí)，建筑物將因土凍脹而產(chǎn)生嚴(yán)重變形。當(dāng)溫度升高，土內(nèi)解凍時(shí)，建筑物又將發(fā)生大量的沉降，不均勻沉降，并在次出現(xiàn)裂縫，凍害嚴(yán)重的建筑物也容易傾斜，甚至倒塌。因此，在混凝土冬施期間，要特別注重地基土是否存在凍脹的問(wèn)題?，F(xiàn)對(duì)北京銀建建設(shè)工程管理有限公司監(jiān)理的以下兩個(gè)項(xiàng)目出現(xiàn)的凍脹問(wèn)題處理方法供大家交流。

三、工程概況：

本公司承接的項(xiàng)目為由超高層、高層、多層五個(gè)棟號(hào)組成的集商業(yè)、商務(wù)、公寓為一體的多功能群體建筑，建成后將成為機(jī)場(chǎng)到京城的國(guó)門標(biāo)志性建筑。項(xiàng)目分兩個(gè)地塊，分別為627地塊和629地塊。

627地塊：總建筑面積為173644.35平米，地下為滿堂地下室，加夾層共計(jì)地下5層，基礎(chǔ)埋深約26米。4#樓（55層）總建筑高度260米，建筑面積107164平米。

629地塊：配套裙房及純地下車庫(kù)。地上為25、33層兩棟塔樓，建筑高度分別為113.2m及147.0m。地下室四層?？偨ㄖ娣e約16.225萬(wàn)㎡。本工程具有結(jié)構(gòu)荷載不均勻，對(duì)沉降變形敏感，超高層建筑與純地下部分荷載相差懸殊的特征，工程重要性等級(jí)為一級(jí)，場(chǎng)地復(fù)雜程度等級(jí)為二級(jí)，地基復(fù)雜程度等級(jí)為二級(jí)，綜合確定巖土工程勘察等級(jí)為甲級(jí)。

以上工程地下均為筏板箱型基礎(chǔ)。

1.      實(shí)施過(guò)程：

（1）2012年12月627地塊5#樓基礎(chǔ)底板在防水施工前發(fā)現(xiàn)已澆筑完的墊層標(biāo)高已超過(guò)設(shè)計(jì)要求，并立即通知相關(guān)測(cè)量人員對(duì)5#樓整塊底板進(jìn)行標(biāo)高實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)后發(fā)現(xiàn)該部位標(biāo)高已超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高多達(dá)8cm。

（2）2013年1月629地塊B3區(qū)在對(duì)已完成底板鋼筋安裝隱蔽驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)，該部位底板厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，厚度差近10公分左右，因2012年12月份627地塊已出現(xiàn)地基土凍脹的現(xiàn)象，特要求相關(guān)測(cè)量人員對(duì)該部位底板標(biāo)高進(jìn)行抄測(cè)，抄測(cè)后發(fā)現(xiàn)該部位底板上表面標(biāo)高與設(shè)計(jì)要求標(biāo)高相符，防水保護(hù)層標(biāo)高超過(guò)了設(shè)計(jì)要求，并且部分樁頭防水保護(hù)層與下部材料之間出現(xiàn)縫隙。并根據(jù)測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)防水層保護(hù)層由西向東呈現(xiàn)坡度變化，其中靠近西側(cè)外墻部位超高最為嚴(yán)重，達(dá)到100mm。

綜上所述：已明確可以看出由于地基土凍脹造成混凝土墊層太高，又因施工單位自身早已發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題，于是在今后的鋼筋加工中對(duì)于底板支撐進(jìn)行了截短處理，致使整改底板變薄，根據(jù)標(biāo)高復(fù)核記錄，在防水保護(hù)層澆筑完畢后，未對(duì)該部位進(jìn)行標(biāo)高復(fù)核；

2.      分析原因：

因兩地塊均在冬季施工期間進(jìn)行混凝土墊層的施工，但也有不同：

（1）627地塊底板結(jié)構(gòu)為抗拔錨桿，抗拔錨桿在墊層施工完成后，錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔濕作業(yè)，致使墊層與基槽之間存在積水，積水受凍，體積膨脹導(dǎo)致。

 （2）629地塊可能由于槽底原狀土由于凍脹而導(dǎo)致防水保護(hù)層拱起，業(yè)主、監(jiān)理、勘察、設(shè)計(jì)、總包單位進(jìn)行了實(shí)地勘察，于2013年1月對(duì)該部位防水保護(hù)層進(jìn)行了開鑿，在標(biāo)高超高最為嚴(yán)重的部位，開鑿了三處，情況如下：

a.在貼近某樁頭附近，向下開鑿近70mm，發(fā)現(xiàn)防水層；

b.在貼近外墻部位附近，向下開鑿50mm，發(fā)現(xiàn)防水層，再繼續(xù)向下開鑿至原狀土，發(fā)現(xiàn)厚度為5-10mm冰層，并有很硬的原狀土塊，拿在手中，由于溫度升高的原因，很快變?yōu)闈駶?rùn)狀態(tài)并成為泥土。

c.防水保護(hù)層未發(fā)現(xiàn)開裂，墊層未發(fā)現(xiàn)破損，開鑿后未發(fā)現(xiàn)明水聚集。

     d.樁頭附近的防水保護(hù)層發(fā)生剝離，有可能為凍脹所致，但樁頭防水卻沒(méi)有因?yàn)閮雒浂a(chǎn)生大的裂縫或損壞。

      e.綜上所述分析，各方共同得出如下結(jié)論：基礎(chǔ)墊層以下土層在冬期施工受凍，形成約10mm冰層。

3.處理方法：

  （1）627地塊經(jīng)發(fā)現(xiàn)后，經(jīng)各方同意，施工方立即采取措施，并將全部墊層剔鑿，并用級(jí)配砂石進(jìn)行回填保溫，至天氣轉(zhuǎn)暖后再進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

  （2）3月20日為確保工程施工進(jìn)度特召開多次例會(huì)，各方共識(shí)是該部位地基土已經(jīng)凍脹，可能產(chǎn)生不均勻沉降，造成建筑物開裂，基礎(chǔ)防水滲漏。中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院表示只負(fù)責(zé)地基以上的建筑物設(shè)計(jì)，擔(dān)心凍脹影響地基承載力，需實(shí)測(cè)溶化后的標(biāo)高，取樣查看融化程度。勘察單位表示驗(yàn)槽時(shí)地基土正常，地基土凍脹再融化，土的承載力就會(huì)變化，最好的辦法是對(duì)地基土重新測(cè)試，為保證工期，也可召開專家論證會(huì)。施工單位同意地基勘察單位及主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)請(qǐng)專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看，根據(jù)實(shí)際情況處理。

3月22日施工單位請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名專家對(duì)該部位基礎(chǔ)底板凍脹問(wèn)題向?qū)＜疫M(jìn)行了咨詢，并聽(tīng)取了專家的意見(jiàn)與建議。 專家表示：該區(qū)基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)采用天然地基+抗浮樁，雖然地基土存在一定程度的凍脹，但由于本區(qū)域?yàn)榈叵萝噹?kù)，無(wú)地上結(jié)構(gòu)，且存在抗浮樁（混凝土灌注樁，樁徑600mm，樁長(zhǎng)13～17m，樁間距為3.5～4.5m），可大大削弱地基土凍脹對(duì)日后基礎(chǔ)的影響，故不必返工，而只需采取若干措施，保證基礎(chǔ)底板施工質(zhì)量，減少基礎(chǔ)底板施工后對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的影響；根據(jù)本工程設(shè)計(jì)圖紙，可采取若干措施對(duì)本區(qū)域內(nèi)的框架柱基礎(chǔ)部位進(jìn)行加強(qiáng)，從而加強(qiáng)柱下承載能力。可根據(jù)凍脹的實(shí)際情況，對(duì)框架柱下及基礎(chǔ)墊層拱起區(qū)域留置注漿管，并在基礎(chǔ)底板施工完畢后進(jìn)行注漿，從而保證這些區(qū)域底板與地基之間充填密實(shí)，避免不均勻沉降； 對(duì)抗浮樁周邊采取若干措施加強(qiáng)防水處理，避免造成漏水后患；澆筑砼時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制砼的施工質(zhì)量；上述意見(jiàn)經(jīng)與設(shè)計(jì)方溝通同意后，編制方案經(jīng)設(shè)計(jì)確認(rèn)后方可實(shí)施。

為保證春節(jié)期間地基土不再受凍，項(xiàng)目部采取覆蓋并加溫的方式進(jìn)行升溫。即采用彩條布搭設(shè)暖棚進(jìn)行覆蓋，待開春溫度升高冰層融化后，進(jìn)行基礎(chǔ)底板施工，春節(jié)期間暖棚內(nèi)采用生爐火的方式進(jìn)行加熱。

天氣轉(zhuǎn)暖后，經(jīng)過(guò)各方對(duì)標(biāo)高復(fù)測(cè)，上鐵鋼筋標(biāo)高變化不大，大部分防水保護(hù)層標(biāo)高有所下降，局部區(qū)域標(biāo)高未變化，經(jīng)與設(shè)計(jì)確認(rèn)，該部位于4月27日及5月2日進(jìn)行混凝土澆筑。

注漿：

1）對(duì)該區(qū)域每根框架柱50cm處布置一根直徑為20mm,1300mm長(zhǎng)的鐵管，作為注漿管使用，底部設(shè)置單向注漿閥，共計(jì)11根注漿管。

   2）待基礎(chǔ)底板澆筑完成后48小時(shí)即可開始注漿。

 a）.注漿壓力為1-1.5Mpa，采用P.O42.5水泥，水灰比采用0.6，標(biāo)高變化大的部位每根注漿管注漿量為1t水泥，變化小的部位每根注漿量為0.5t。

   b）從中間向四周依次開始注漿，直至11根管全部注射完成。

 c）注漿流程：a放置注漿管；防水保護(hù)層上開挖100*100*100mm的孔，孔內(nèi)填砂，將注漿閥插入孔內(nèi)，在底板1/3和2/3處沿注漿管焊兩道80mm*80mm止水片，并在止水片底部用鐵絲固定20mm*30mm遇水膨脹止水條。B.澆筑基礎(chǔ)底板混凝土。C.澆筑完成后48小時(shí)，開始注漿。D具備條件后即可停止注漿

I .注漿壓力為1-1.5MPa，當(dāng)壓力無(wú)限增大而漿液注射不進(jìn)時(shí)，說(shuō)明此時(shí)內(nèi)部已無(wú)空隙，即可停止注漿。

   II 、水泥注漿量達(dá)到1t即可停止。

 III 、出現(xiàn)串孔現(xiàn)象，即向一根管內(nèi)注漿，注漿從另外的管或者底板邊緣、后澆帶位置流出時(shí)，即可停止注漿。

3）監(jiān)測(cè)

a）沉降觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)：沉降觀測(cè)點(diǎn)均布置在相應(yīng)外墻及柱子南邊中間位置，統(tǒng)一高度距離底板面500mm，相對(duì)標(biāo)高為-20.55m.

b)觀測(cè)周期：據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》中規(guī)定，混凝土底板澆筑完10d以后，可每2-3d觀測(cè)一次，直至地下室頂板完工和水位恢復(fù)。后澆帶結(jié)構(gòu)封閉后，還需檢測(cè)45天，周期為每周觀測(cè)一次，直至回填土完成。

 c）觀測(cè)手段：安排固定的觀測(cè)者、扶持者，使用相同的儀器對(duì)沉降觀察點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

   d）監(jiān)測(cè)成果：每周期觀測(cè)后，應(yīng)及時(shí)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行整改，對(duì)相應(yīng)單位提供實(shí)際的沉降觀測(cè)成果，沉降曲線示意圖等。

    e）裂縫及漏水處理：在混凝土澆筑完畢后，需進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，并結(jié)合大體積混凝土測(cè)溫結(jié)果，保持14天，避免產(chǎn)生溫度裂縫。 如由于不均勻沉降產(chǎn)生裂縫，如裂縫寬度超過(guò)0.5mm時(shí)，向裂縫內(nèi)注射注漿液的方式進(jìn)行補(bǔ)縫處理；并在產(chǎn)生的裂縫兩側(cè)，平行于裂縫的方向用墨斗彈兩條間距為100mm的細(xì)線，每天由測(cè)量員對(duì)墨線的間距進(jìn)行觀測(cè)，以檢查裂縫發(fā)展情況，并對(duì)其拍照存底。日后基礎(chǔ)底板如產(chǎn)生漏水情況，施工方可在基礎(chǔ)底板上表面采用水泥基滲透結(jié)晶做一層內(nèi)防水，并在素混凝土層上布置若干排水溝，通過(guò)有組織排水的形式排出。

  4.后期觀察：

       經(jīng)后期地下室結(jié)構(gòu)施工，兩地塊通過(guò)巡視檢查發(fā)現(xiàn)，均未出現(xiàn)裂縫，說(shuō)明成功而且有效地避免了地基凍脹引起的一些質(zhì)量問(wèn)題。

四、 綜上分析：

地基與基礎(chǔ)凍脹后期處理及其復(fù)雜，專業(yè)性較強(qiáng)，難度又大，浪費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，通過(guò)兩者的比較，分析出，施工單位要加強(qiáng)自身的管理，尤其是冬期施工期間巡視，必要時(shí)加強(qiáng)對(duì)地基土進(jìn)行標(biāo)高抄測(cè)，避免地基土因凍脹造成結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，并造成大量的人力、物力、財(cái)力損失。

2015年10月