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摘要：若建筑物地基为冻土，当外部环境(温度变化、荷载作用等)变化时，就会引起建筑物的冻害，即冻胀隆起或融化沉降，从而引起基础和上部结构开裂破坏，影响结构的使用寿命及正常使用。本文对建筑物基础冻害和防治问题作一阐述，供大家参考。
关键词：地基 冻害 裂缝
1前言
在我国的北方广大地区，特别是东北，土层冻结较深，如果建筑物不进行必要的防寒保温工作，尤其是浅基础建筑和越冬跨年而又不能采暖的工程，是很容易遭受冻害的。建筑物一旦遭受冻害后，轻者使基础或墙体变形、裂缝。严重时建筑物的整体性将受到破坏，以致倾斜倒塌。建筑物冻害的预防重于处理，应坚持预防为主、防治结合的原则。冻害与土、水、温度三个要素紧密相连，是有一定规律性的。
2建筑物基础的冻害现象
建筑物基础的冻害现象有：
(1)裂缝。窗口上下角出现斜裂缝，门窗口上下横断面出现的水平裂缝，房屋转角处及内外墙联结处则出现垂直裂缝。
(2)倾斜。围墙一类的建筑，一般东西方向围墙在春季会向南倾斜。
(3)在无横墙的不采暖房屋中会发生平面整体挠曲。
(4)天棚抬起。
(5)门台阶、散水坡冻裂拉断。
(6)轻型构筑物在冻切力作用下逐年拔起。
3 冻害原理
凡是含水的松散岩石和(或)土体，当其温度处于O℃或O℃以下时，其中水份转变成结晶状态(即使是一部分)且胶结了松散的固体颗粒，即为冻土。冻土的成份是较为复杂的四相体系，其基本组成是固体矿物颗粒、粘塑性的冰包裹体、液相水(未冻水和强结合水)和气态包裹体(空气和水气)。冻土根据在地层中天然状态存在的时间长短可以分为多年冻土、季节性冻土、短时冻土三类。
建筑物的基础埋在不同深度的土层中，将上部结构的荷载传至地基，一般情况下，基础仅仅受基底反力及基侧的土压力和摩擦力作用。在冻土地区，土体冻结时基侧材料与土之间由冰所胶结，一旦使基础与冻结土体分离开会造成破坏性后果。若建筑物地基是冻胀性的土，当出现冻胀时，由于受到建筑物基础上荷载的约束亦会产生冻胀力引起建筑物破坏。
4 设计方面
(1)在选择总平面位置时，应尽可能选择地势高，地下水位低，地表排水良好地基土冻胀性小的建筑物场地。
(2)确定合理的基础埋置深度。基础埋置深度的确定首先要以地基土的冻胀性大小为重要决策依据，除此之外，还要考虑工程地质和水文地质条件，考虑相邻建筑物或构筑物的基础埋深，而且还与基础形式和构造有关，与传给基础的荷载大小和性质有关。
基础埋深太浅，建筑物往往遭到冻害的严重后果，而埋深过深则要造成不必要的浪费。通常基础埋深均在冻结深度以下，但这样基础埋深常超过正常设计要求，基础宽度也相应增大，遇有地势低需回填土的地区，基础埋深及底面宽度均相应增加很多，由于需在冻土层下施工，则开工季节较晚，一般当年不能竣工，过冬需保温，结果施工工期长、效益低、基础造价高。为此北方地区进行了春融期间在冻土上施工基础的研究和实践，证明了只要掌握建筑物场地地基土的冻胀，融沉特性，针对不同情况，春融期间施工时，可以在基础下留有一定厚度的冻土层，从而减小埋深，降低基础造价，加快建设速度。
(3)加强建筑物的整体刚度，层层设圈梁。
(4)选择合理的基础形式。
(5)在基础外侧面回填中粗砂，砾石等非冻胀性材料，减少基础外侧面冻切力影响。
(6)同一建筑物采用两种不同深度基础的交接处应设置防冻胀变形缝，这种缝应贯通整个建筑物。
(7)门斗和门台阶应与主体结构断开，散水坡分段现浇，每段不宜过长，以1—1．5米为宜。
(8)离室外暖气管沟2米之内不应建造采暖建筑，以防止建筑物受单侧地基土影响而开裂。
5 地基土不均匀冻胀对建筑物的破坏及防治
(1)某中学教师宿舍，砖木结构平房，条形基础采用M5水泥砂浆砌毛石，深1．2m，在当地冻冰线以下，室内采暖，使用一年未发现质量问题。第二年该教师在东山墙外侧室外地坪挖了一个深lm的土窖，致使该山墙中段毛石基础裸露，加之土窖无采暖，地基土受冻严重，产生向上拱抬的冻胀力，导致墙体开裂。此例说明，不应随便在建筑物基础外侧挖土或修建没有采暖设施的临时建筑。如果建筑物内因增设排水给水管道或其它需挖土穿越基础时，施工完毕应及时用土回填基础以免地基土不均匀冻胀，使建筑物遭受冻害。
(2)某单位职工食堂，砖木结构平房，条形毛石基础深1．Om，在当地冰冻线以上。但该食堂东端为锅灶间，大锅台紧靠北纵墙设置。当房屋大部分外墙地基土受冻，产生冻胀力和冻切力，对该建筑物起抬起作用时，唯独有锅灶间的北纵墙东端地基土未受冻。因该食堂基础未采取防冻措施，地基土经历不均匀冻融，导致锅灶间北纵墙严重开裂。因此，凡是靠外墙局部区段有高温设备的建筑物，基础设计不能太浅，至少应在当地冰冻线以下，或采用非冻胀性材料作较厚的基础垫层，才能使基础免遭受冻害。
(3)某镇卫生院有两栋按同一图纸施工的砖木结构平房，一栋为医生宿舍，一栋为住院部。其基础尺寸、埋深及用料均相同，所不同的仅是住院部在基础上设置了一道混凝土圈梁，而医生宿舍未设。使用两年后宿舍的后墙两端出现了两条裂缝，而住院部却没有出现裂缝。因此对于用砖石砌筑的条形浅基础，如能设置有足够刚度的现浇钢筋混凝土基础圈梁，用以调节因基础土冻胀引起的不均匀变形，也是防止由于基础土受冻而导致建筑物破坏的一项措施。
6 防止建筑物基础土冻害的措施
(1)在冻胀性土上建房，要选择合适的基础型式，除采用砂石垫层、煤渣垫层和墩式基础外，还可以选用上小下大的楔形基础和桩基。一般建筑物地基土受冻后，对基础产生冻胀力和冻切力。采用砂石垫层和炉渣垫层，可使冻胀力趋于零；采用上小下大的楔形基础，可使冻切力大为减弱；在基础外侧回填20cm厚的炉渣或砂砾等非冻胀性材料，可消除凍切力。
(2)新旧基础连接处要设置防冻胀变形缝。新建基础如需搭在旧基础上时，要在新建部分做出悬挑体，不要与旧基础直接搭在一起，与旧基础之间在垂直和水平方向都要留置防冻胀变形缝。
(3)跨年越冬施工的工程，当基础梁、墙梁和柱基承台梁下有冻胀性土时，应在梁下填充砂砾、炉渣等非冻胀性的松散材料，并留5-15cm空隙，以防止因土体冻胀将基础梁拱裂。
(4)如果基础中有悬挑构件，应在其下填充不少于30cm的砂砾、炉渣等非冻胀性材料，并须留出lOcm左右的空隙；悬挑构件的端部也要避免与室外地坪中的冻胀性土直接接触，以防止因土的冻胀力和冻切力作用将其拱裂。
(5)在季节性冻土地区采取一些设计措施，也能避免或减轻冻害。如前所述在基础上增设圈梁，门窗过梁应尽可能采用现浇钢筋混凝土过梁，而不宜采用砖砌平拱磁或弧形拱磁等对受冻胀力变形较敏感的构造形式。
(6)为了消除冻切力对基础侧面的作用，在施工条形及独立毛石基础时，基础侧表面要平整，不得采用满灌槽的施工方法，不得把基础做成上大下小、上宽下窄的型式；最好在基础外侧面回填厚度为20cm的砂砾、炉渣等非冻胀性材料。
(7)采用强夯法施工处理冻胀性基础土。由于强夯法有很大的夯击力，使土产生很大的冲击波及冲击应力，使土的孔隙受到压缩，夯实周围土产生裂缝，土中孔隙水能顺利通过裂缝排出而固结，从而改变了地基土结构，不但能大大提高地基土的承载力，还可以降低地基土的冻胀性。
(8)冬季开挖基槽至设计标高后，如基底下仍有较厚的冻胀土，或地基冻土层厚相差20cm以上时，严禁在冻土层上砌筑基础。必须将冻土挖除后夯填未冻的非冻胀土，或采取适当措施融化冻结冻胀地基土，方能进行下道工序施工。
(9)冬期进行地基施工，基槽开挖后如基础工程施工尚需等待一段时间，为保证地基不遭受冻结，可暂不挖到设计标高深度，而应留一层土并在其上加盖保温材料。预留土层厚度和保温材料厚度，则以不使地基土遭受冻结为准。
(1O)房屋室内地坪下的基土、基槽和管沟不得用冻土回填，以免冻土融化后土层下沉，造成室内地坪空鼓、开裂和塌陷。
7 结束语
在季节性冻土地区，除了按以上几个方面考虑，还应按照地基规范进行设计施工，在安全可靠的前提下，采用设计和施工方面的先进技术，做到技术上先进，经济上合理，结构上安全，保证建筑物的正常使用。
参考文献：
1梁志君 韩英杰建筑物基础冻害的预防与处理《低温建筑技术》2003年 1期
2陈利清陈华 建筑物基础土的冻害及防治 《工程质量》《工程质量》
关键词：地基 冻害 裂缝
1前言
在我国的北方广大地区，特别是东北，土层冻结较深，如果建筑物不进行必要的防寒保温工作，尤其是浅基础建筑和越冬跨年而又不能采暖的工程，是很容易遭受冻害的。建筑物一旦遭受冻害后，轻者使基础或墙体变形、裂缝。严重时建筑物的整体性将受到破坏，以致倾斜倒塌。建筑物冻害的预防重于处理，应坚持预防为主、防治结合的原则。冻害与土、水、温度三个要素紧密相连，是有一定规律性的。
2建筑物基础的冻害现象
建筑物基础的冻害现象有：
(1)裂缝。窗口上下角出现斜裂缝，门窗口上下横断面出现的水平裂缝，房屋转角处及内外墙联结处则出现垂直裂缝。
(2)倾斜。围墙一类的建筑，一般东西方向围墙在春季会向南倾斜。
(3)在无横墙的不采暖房屋中会发生平面整体挠曲。
(4)天棚抬起。
(5)门台阶、散水坡冻裂拉断。
(6)轻型构筑物在冻切力作用下逐年拔起。
3 冻害原理
凡是含水的松散岩石和(或)土体，当其温度处于O℃或O℃以下时，其中水份转变成结晶状态(即使是一部分)且胶结了松散的固体颗粒，即为冻土。冻土的成份是较为复杂的四相体系，其基本组成是固体矿物颗粒、粘塑性的冰包裹体、液相水(未冻水和强结合水)和气态包裹体(空气和水气)。冻土根据在地层中天然状态存在的时间长短可以分为多年冻土、季节性冻土、短时冻土三类。
建筑物的基础埋在不同深度的土层中，将上部结构的荷载传至地基，一般情况下，基础仅仅受基底反力及基侧的土压力和摩擦力作用。在冻土地区，土体冻结时基侧材料与土之间由冰所胶结，一旦使基础与冻结土体分离开会造成破坏性后果。若建筑物地基是冻胀性的土，当出现冻胀时，由于受到建筑物基础上荷载的约束亦会产生冻胀力引起建筑物破坏。
4 设计方面
(1)在选择总平面位置时，应尽可能选择地势高，地下水位低，地表排水良好地基土冻胀性小的建筑物场地。
(2)确定合理的基础埋置深度。基础埋置深度的确定首先要以地基土的冻胀性大小为重要决策依据，除此之外，还要考虑工程地质和水文地质条件，考虑相邻建筑物或构筑物的基础埋深，而且还与基础形式和构造有关，与传给基础的荷载大小和性质有关。
基础埋深太浅，建筑物往往遭到冻害的严重后果，而埋深过深则要造成不必要的浪费。通常基础埋深均在冻结深度以下，但这样基础埋深常超过正常设计要求，基础宽度也相应增大，遇有地势低需回填土的地区，基础埋深及底面宽度均相应增加很多，由于需在冻土层下施工，则开工季节较晚，一般当年不能竣工，过冬需保温，结果施工工期长、效益低、基础造价高。为此北方地区进行了春融期间在冻土上施工基础的研究和实践，证明了只要掌握建筑物场地地基土的冻胀，融沉特性，针对不同情况，春融期间施工时，可以在基础下留有一定厚度的冻土层，从而减小埋深，降低基础造价，加快建设速度。
(3)加强建筑物的整体刚度，层层设圈梁。
(4)选择合理的基础形式。
(5)在基础外侧面回填中粗砂，砾石等非冻胀性材料，减少基础外侧面冻切力影响。
(6)同一建筑物采用两种不同深度基础的交接处应设置防冻胀变形缝，这种缝应贯通整个建筑物。
(7)门斗和门台阶应与主体结构断开，散水坡分段现浇，每段不宜过长，以1—1．5米为宜。
(8)离室外暖气管沟2米之内不应建造采暖建筑，以防止建筑物受单侧地基土影响而开裂。
5 地基土不均匀冻胀对建筑物的破坏及防治
(1)某中学教师宿舍，砖木结构平房，条形基础采用M5水泥砂浆砌毛石，深1．2m，在当地冻冰线以下，室内采暖，使用一年未发现质量问题。第二年该教师在东山墙外侧室外地坪挖了一个深lm的土窖，致使该山墙中段毛石基础裸露，加之土窖无采暖，地基土受冻严重，产生向上拱抬的冻胀力，导致墙体开裂。此例说明，不应随便在建筑物基础外侧挖土或修建没有采暖设施的临时建筑。如果建筑物内因增设排水给水管道或其它需挖土穿越基础时，施工完毕应及时用土回填基础以免地基土不均匀冻胀，使建筑物遭受冻害。
(2)某单位职工食堂，砖木结构平房，条形毛石基础深1．Om，在当地冰冻线以上。但该食堂东端为锅灶间，大锅台紧靠北纵墙设置。当房屋大部分外墙地基土受冻，产生冻胀力和冻切力，对该建筑物起抬起作用时，唯独有锅灶间的北纵墙东端地基土未受冻。因该食堂基础未采取防冻措施，地基土经历不均匀冻融，导致锅灶间北纵墙严重开裂。因此，凡是靠外墙局部区段有高温设备的建筑物，基础设计不能太浅，至少应在当地冰冻线以下，或采用非冻胀性材料作较厚的基础垫层，才能使基础免遭受冻害。
(3)某镇卫生院有两栋按同一图纸施工的砖木结构平房，一栋为医生宿舍，一栋为住院部。其基础尺寸、埋深及用料均相同，所不同的仅是住院部在基础上设置了一道混凝土圈梁，而医生宿舍未设。使用两年后宿舍的后墙两端出现了两条裂缝，而住院部却没有出现裂缝。因此对于用砖石砌筑的条形浅基础，如能设置有足够刚度的现浇钢筋混凝土基础圈梁，用以调节因基础土冻胀引起的不均匀变形，也是防止由于基础土受冻而导致建筑物破坏的一项措施。
6 防止建筑物基础土冻害的措施
(1)在冻胀性土上建房，要选择合适的基础型式，除采用砂石垫层、煤渣垫层和墩式基础外，还可以选用上小下大的楔形基础和桩基。一般建筑物地基土受冻后，对基础产生冻胀力和冻切力。采用砂石垫层和炉渣垫层，可使冻胀力趋于零；采用上小下大的楔形基础，可使冻切力大为减弱；在基础外侧回填20cm厚的炉渣或砂砾等非冻胀性材料，可消除凍切力。
(2)新旧基础连接处要设置防冻胀变形缝。新建基础如需搭在旧基础上时，要在新建部分做出悬挑体，不要与旧基础直接搭在一起，与旧基础之间在垂直和水平方向都要留置防冻胀变形缝。
(3)跨年越冬施工的工程，当基础梁、墙梁和柱基承台梁下有冻胀性土时，应在梁下填充砂砾、炉渣等非冻胀性的松散材料，并留5-15cm空隙，以防止因土体冻胀将基础梁拱裂。
(4)如果基础中有悬挑构件，应在其下填充不少于30cm的砂砾、炉渣等非冻胀性材料，并须留出lOcm左右的空隙；悬挑构件的端部也要避免与室外地坪中的冻胀性土直接接触，以防止因土的冻胀力和冻切力作用将其拱裂。
(5)在季节性冻土地区采取一些设计措施，也能避免或减轻冻害。如前所述在基础上增设圈梁，门窗过梁应尽可能采用现浇钢筋混凝土过梁，而不宜采用砖砌平拱磁或弧形拱磁等对受冻胀力变形较敏感的构造形式。
(6)为了消除冻切力对基础侧面的作用，在施工条形及独立毛石基础时，基础侧表面要平整，不得采用满灌槽的施工方法，不得把基础做成上大下小、上宽下窄的型式；最好在基础外侧面回填厚度为20cm的砂砾、炉渣等非冻胀性材料。
(7)采用强夯法施工处理冻胀性基础土。由于强夯法有很大的夯击力，使土产生很大的冲击波及冲击应力，使土的孔隙受到压缩，夯实周围土产生裂缝，土中孔隙水能顺利通过裂缝排出而固结，从而改变了地基土结构，不但能大大提高地基土的承载力，还可以降低地基土的冻胀性。
(8)冬季开挖基槽至设计标高后，如基底下仍有较厚的冻胀土，或地基冻土层厚相差20cm以上时，严禁在冻土层上砌筑基础。必须将冻土挖除后夯填未冻的非冻胀土，或采取适当措施融化冻结冻胀地基土，方能进行下道工序施工。
(9)冬期进行地基施工，基槽开挖后如基础工程施工尚需等待一段时间，为保证地基不遭受冻结，可暂不挖到设计标高深度，而应留一层土并在其上加盖保温材料。预留土层厚度和保温材料厚度，则以不使地基土遭受冻结为准。
(1O)房屋室内地坪下的基土、基槽和管沟不得用冻土回填，以免冻土融化后土层下沉，造成室内地坪空鼓、开裂和塌陷。
7 结束语
在季节性冻土地区，除了按以上几个方面考虑，还应按照地基规范进行设计施工，在安全可靠的前提下，采用设计和施工方面的先进技术，做到技术上先进，经济上合理，结构上安全，保证建筑物的正常使用。
参考文献：
1梁志君 韩英杰建筑物基础冻害的预防与处理《低温建筑技术》2003年 1期
2陈利清陈华 建筑物基础土的冻害及防治 《工程质量》《工程质量》