浅谈冬季施工冻土影响

2022-11-09

在我国的东北地区, 西部高山高原及东部一些较高山地, 在进入11月份, 温度就会下降, 有的部分工程是由于工期紧, 也有的是些工程项目有特殊要求, 在气温不利于施工的情况下还要继续施工, 由于是在负温下进行操作作业, 不仅增加了施工难度, 而且施工方法、技术要求和常温施工比较都有其特殊性和繁杂性。不了解或不熟悉其特殊性, 违反冬期施工规律, 不但达不到预期要求, 极易造成质量事故。其中土方工程, 基础工程等, 这就涉及到一项不得不考虑的方面, 那就是冻土。

冻土是指零摄氏度以下, 并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土 (数小时/数日以至半月) /季节冻土 (半月至数月) 以及多年冻土 (数年至数万年以上) 。地球上多年冻土/季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%, 其中, 多年冻土面积占陆地面积的25%。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质, 含有丰富的地下冰。因此, 冻土具有流变性, 其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征, 在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险:冻胀和融沉。随着气候变暖, 冻土在不断退化。

土中水冻结变成冰时, 体积增大12, 当土中水的体积膨胀足以引起土颗粒之间的相对位移时表现出的土的体积膨胀现象称为土的冻胀现象, 其地面会隆起。在冬期施工中忽视土冻结时的冻胀这一特性, 经常发生一些质量事故。如混凝土工程的模板支柱支承在地面上被隆起, 将梁、板等结构顶坏;一排临时的管道支架被冻土胀起后, 管道形成高低不一的耍龙形;在地面砌的围墙冻胀变形倒塌;轻型建、构筑物由于土冻胀使房屋变形, 墙体裂缝等。

土体冻结时, 土中水将出现向冻结锋面迁移的现象, 使未冻土中的水在冻结锋面处聚集结冰, 这是引起冻胀的基本原因。土的冻胀程度受土的类型、土中水分迁移条件、土的含水量、冻结速率、外部压力等条件制约, 其冻胀程度的差异性常常是导致建筑物发生冻胀破坏的主要原因之一。对土的冻胀性进行准确的评价, 是防止冻害事故发生的关键环节。

所以在编制冬期施工方案前, 应做好技术准备工作, 包括调研了解:冬期施工项目、栋号数量及类别、建筑面积、施工部位、工作量及有关技术要求。根据技术要求了解资源供应条件, 技术贮备条件等。

1 下面说需要注意的几个方面和解决措施。

(1) 冬期土方开挖后长时间暴露基槽。冬期施工土方时, 如将基坑开挖深度一次开挖到标高, 当基础工程不能马上施工时, 基坑表面土层将冻结, 这层冻土正处于基底, 由于土的冻融强度损失和土的冻胀融沉作用, 在这层冻土融化后土质疏松, 基槽容易造成冻胀事故和融沉事故的发生。冻胀表现为支护结构因土的冻胀发生过大的变形和破坏;基坑周边土中管道受冻;基坑周边建筑发生冻胀破坏等。融沉事故主要指基底土受冻融化后的融沉导致建筑物发生不均匀融沉变形。基底土受冻融作用后承载力降低, 尤其是土的冻胀性较大时, 受冻融化后土的冻融强度损失较大, 造成地基土承载力不足, 导致建筑物产生过大的不均匀沉降甚至发生沉陷。

措施应控制基坑开挖深度小于计划开挖深度, 预留一定厚度的土防止基底土冻结, 在基础施工之前再清理到设计深度。预留土层厚度应根据施工期气温情况和土的冻结速度确定, 一般不小于, 如果气温较低, 且土方工程和基础施工时间间隔长, 预留土层厚度还应加大, 以保证冻土层不超过基底标高, 如果基坑开挖到标高层, 这时应及时进行回填, 在基础施工时应边施工边回填, 尽量防止地基土受冻。对于冻胀性较强的地基土, 如果不能及时回填, 应采取保温防冻措施。

(2) 冬期开挖基坑时基坑侧壁冻融片帮。在早春季节施工的没有支护措施的基坑, 由于昼夜温差影响, 容易发生坑壁冻融片帮现象。特别是朝阳面的坑壁, 夜间冻结, 白天融化, 由于土体冻结时, 水分容易在冻结界面聚集, 破坏了土体的天然结构, 融化后冻融界面土的粘聚力及抗剪强度降低, 导致土体的滑塌。如果基坑深度较大, 或基坑施工时间过长, 冻融片帮现象严重时, 可能造成基坑大面积滑塌, 不但影响基础施工, 还有可能影响相邻建筑的安全和基坑周边地下隐蔽物的安全。

措施坡道土体应压实, 表面平整, 不得有突出的冻结土包、石块, 随时将掉落在坡道的土及时清运出场。坡道表面宽度应大于运输设备宽度, 且不得有转弯。降雪后应及时将坡道的积雪清除干净, 并在表面撒一层炉渣或薄砂层防滑。当坡道积冰时应及时将冰铲除干净, 然后散一层炉渣。各种机械和设备不得在坡道上进行停留和维修。

(3) 在冻胀性地基上挖基坑时, 开挖深度计算错误。冻胀性土地区当地基土冻结后, 地表面将殴冻胀而隆起, 此时的地面标高已不是自然地面原始标高, 此时基坑开挖深度仍用实际测量深度控制将导致基坑开挖深度不足。

计算:D=d+H×i

D为基坑开挖控制深度 (m) ;

d为按原设计由自然地面算起的基坑开挖埋深 (m) ;

H为基底标高以上冻土层厚度 (m) ;

i为基底标高以上冻土层平均冻胀率 (%) 。

(4) 对地下设施了解不清楚就进行冬期冻土土方施工。对地下设施没有详细的了解就进行冬期土方开挖, 当冻土层下有管道等地下设施时, 采用破碎法进行冻土层土方施工, 容易使地下设施发生破坏, 或是冻土层开挖后, 管道上部覆土层厚度不足, 使管道受冻。

措施冬期冻土土方施工之前, 应详细调查了解施工场地的地下设施埋设情况, 并根据地下设施实际埋设情况确定施工方法, 破碎冻土时应严格控制破碎方法、能量和范围。对于地下设施附近的冻土, 不宜采取锤击法和爆破法进行施工, 一般可采取加热融化法进行施工, 开挖后对容易受冻的地下管道进行局部保温处理。

(5) 冻土中有管路、电缆, 或地表有积雪结冰时采用电热法融化冻土。如果冻土层中有管道、电缆, 采用电热法融化冻土, 当电极钢钎打入地下时, 钢钎如果与地下金属管道或电缆接触, 电极通电后可能发生短路或漏电, 严重时可能造成事故。地表有积雪和冰时采用电热法施工, 当积雪和冰在电热的作用下融化后, 可能造成相邻电极的短路。

措施当管道位置比较准确时, 可通过调整电极的间距, 避开地下管道和电缆, 如果不能准确的确定地下管道和电缆的位置, 又一定要采取加热法施工时, 可采用蒸汽加热法或火焰烘烤法融化冻土。当地表有积雪和冰时, 应先将积雪和冰清除干净, 然后再打入电极进行电热法施