淺談地基土凍脹問題的預防與處理

北京銀建建設工程管理有限公司      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，地表土中水開始凍結，氣溫越低，低溫持續(xù)時間越長，土層凍結深度就越大。當上部土層凍結后，由于毛細作用，促使下面的水分上升而凍結，土層凍結體積膨脹，即凍脹，當天氣轉暖，土溫升高土內解凍，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)抗剪強度大大減低產生沉降，即融陷。基礎土凍脹和融陷對建筑物的危害程度是很大的，是確定基礎埋深的重要因素。

二、基礎土凍脹和融陷度建筑物的影響

        如果基礎的埋置深度淺于凍結深度，則基底下的土凍結后，產生向上頂?shù)耐屏?，這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，這時，建筑物將因土凍脹而產生嚴重變形。當溫度升高，土內解凍時，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題?，F(xiàn)對北京銀建建設工程管理有限公司監(jiān)理的以下兩個項目出現(xiàn)的凍脹問題處理方法供大家交流。

三、工程概況：

本公司承接的項目為由超高層、高層、多層五個棟號組成的集商業(yè)、商務、公寓為一體的多功能群體建筑，建成后將成為機場到京城的國門標志性建筑。項目分兩個地塊，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，加夾層共計地下5層，基礎埋深約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。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㎡。本工程具有結構荷載不均勻，對沉降變形敏感，超高層建筑與純地下部分荷載相差懸殊的特征，工程重要性等級為一級，場地復雜程度等級為二級，地基復雜程度等級為二級，綜合確定巖土工程勘察等級為甲級。

以上工程地下均為筏板箱型基礎。

1.      實施過程：

（1）2012年12月627地塊5#樓基礎底板在防水施工前發(fā)現(xiàn)已澆筑完的墊層標高已超過設計要求，并立即通知相關測量人員對5#樓整塊底板進行標高實測，實測后發(fā)現(xiàn)該部位標高已超過設計標高多達8cm。

（2）2013年1月629地塊B3區(qū)在對已完成底板鋼筋安裝隱蔽驗收時發(fā)現(xiàn)，該部位底板厚度未達到設計要求，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，特要求相關測量人員對該部位底板標高進行抄測，抄測后發(fā)現(xiàn)該部位底板上表面標高與設計要求標高相符，防水保護層標高超過了設計要求，并且部分樁頭防水保護層與下部材料之間出現(xiàn)縫隙。并根據測量結果發(fā)現(xiàn)防水層保護層由西向東呈現(xiàn)坡度變化，其中靠近西側外墻部位超高最為嚴重，達到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)該問題，于是在今后的鋼筋加工中對于底板支撐進行了截短處理，致使整改底板變薄，根據標高復核記錄，在防水保護層澆筑完畢后，未對該部位進行標高復核；

2.      分析原因：

因兩地塊均在冬季施工期間進行混凝土墊層的施工，但也有不同：

（1）627地塊底板結構為抗拔錨桿，抗拔錨桿在墊層施工完成后，錨桿鉆機進行鉆孔濕作業(yè)，致使墊層與基槽之間存在積水，積水受凍，體積膨脹導致。

 （2）629地塊可能由于槽底原狀土由于凍脹而導致防水保護層拱起，業(yè)主、監(jiān)理、勘察、設計、總包單位進行了實地勘察，于2013年1月對該部位防水保護層進行了開鑿，在標高超高最為嚴重的部位，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)闈駶櫊顟B(tài)并成為泥土。

c.防水保護層未發(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層發(fā)生剝離，有可能為凍脹所致，但樁頭防水卻沒有因為凍脹而產生大的裂縫或損壞。

      e.綜上所述分析，各方共同得出如下結論：基礎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地塊經發(fā)現(xiàn)后，經各方同意，施工方立即采取措施，并將全部墊層剔鑿，并用級配砂石進行回填保溫，至天氣轉暖后再進行基礎施工。

  （2）3月20日為確保工程施工進度特召開多次例會，各方共識是該部位地基土已經凍脹，可能產生不均勻沉降，造成建筑物開裂，基礎防水滲漏。中國建筑設計研究院表示只負責地基以上的建筑物設計，擔心凍脹影響地基承載力，需實測溶化后的標高，取樣查看融化程度。勘察單位表示驗槽時地基土正常，地基土凍脹再融化，土的承載力就會變化，最好的辦法是對地基土重新測試，為保證工期，也可召開專家論證會。施工單位同意地基勘察單位及主體結構設計的觀點請專家進行現(xiàn)場查看，根據實際情況處理。

3月22日施工單位請國內知名專家對該部位基礎底板凍脹問題向專家進行了咨詢，并聽取了專家的意見與建議。 專家表示：該區(qū)基礎底板設計采用天然地基+抗浮樁，雖然地基土存在一定程度的凍脹，但由于本區(qū)域為地下車庫，無地上結構，且存在抗浮樁（混凝土灌注樁，樁徑600mm，樁長13～17m，樁間距為3.5～4.5m），可大大削弱地基土凍脹對日后基礎的影響，故不必返工，而只需采取若干措施，保證基礎底板施工質量，減少基礎底板施工后對地下室結構的影響；根據本工程設計圖紙，可采取若干措施對本區(qū)域內的框架柱基礎部位進行加強，從而加強柱下承載能力?？筛鶕雒浀膶嶋H情況，對框架柱下及基礎墊層拱起區(qū)域留置注漿管，并在基礎底板施工完畢后進行注漿，從而保證這些區(qū)域底板與地基之間充填密實，避免不均勻沉降； 對抗浮樁周邊采取若干措施加強防水處理，避免造成漏水后患；澆筑砼時應嚴格控制砼的施工質量；上述意見經與設計方溝通同意后，編制方案經設計確認后方可實施。

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

天氣轉暖后，經過各方對標高復測，上鐵鋼筋標高變化不大，大部分防水保護層標高有所下降，局部區(qū)域標高未變化，經與設計確認，該部位于4月27日及5月2日進行混凝土澆筑。

注漿：

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

   2）待基礎底板澆筑完成后48小時即可開始注漿。

 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；防水保護層上開挖100*100*100mm的孔，孔內填砂，將注漿閥插入孔內，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.澆筑基礎底板混凝土。C.澆筑完成后48小時，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，當壓力無限增大而漿液注射不進時，說明此時內部已無空隙，即可停止注漿。

   II 、水泥注漿量達到1t即可停止。

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

3）監(jiān)測

a）沉降觀測點埋設：沉降觀測點均布置在相應外墻及柱子南邊中間位置，統(tǒng)一高度距離底板面500mm，相對標高為-20.55m.

b)觀測周期：據《建筑變形測量規(guī)范》中規(guī)定，混凝土底板澆筑完10d以后，可每2-3d觀測一次，直至地下室頂板完工和水位恢復。后澆帶結構封閉后，還需檢測45天，周期為每周觀測一次，直至回填土完成。

 c）觀測手段：安排固定的觀測者、扶持者，使用相同的儀器對沉降觀察點進行監(jiān)測。

   d）監(jiān)測成果：每周期觀測后，應及時對觀測資料進行整改，對相應單位提供實際的沉降觀測成果，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，需進行澆水養(yǎng)護，并結合大體積混凝土測溫結果，保持14天，避免產生溫度裂縫。 如由于不均勻沉降產生裂縫，如裂縫寬度超過0.5mm時，向裂縫內注射注漿液的方式進行補縫處理；并在產生的裂縫兩側，平行于裂縫的方向用墨斗彈兩條間距為100mm的細線，每天由測量員對墨線的間距進行觀測，以檢查裂縫發(fā)展情況，并對其拍照存底。日后基礎底板如產生漏水情況，施工方可在基礎底板上表面采用水泥基滲透結晶做一層內防水，并在素混凝土層上布置若干排水溝，通過有組織排水的形式排出。

  4.后期觀察：

       經后期地下室結構施工，兩地塊通過巡視檢查發(fā)現(xiàn)，均未出現(xiàn)裂縫，說明成功而且有效地避免了地基凍脹引起的一些質量問題。

四、 綜上分析：

地基與基礎凍脹后期處理及其復雜，專業(yè)性較強，難度又大，浪費大量的人力、物力、財力，通過兩者的比較，分析出，施工單位要加強自身的管理，尤其是冬期施工期間巡視，必要時加強對地基土進行標高抄測，避免地基土因凍脹造成結構工程質量，并造成大量的人力、物力、財力損失。

2015年10月