严寒地区黏土滞水层防冻胀技术

张志福 郭晓红 许楠楠 徐佳钰 孙 欣

中国建筑第二工程局有限公司 辽宁 沈阳 110016

随着房建专业的飞速发展，国内出现了越来越多的新型施工工艺。由于地下土体的分布存在着不确定性和复杂性，加上采取措施不当，冻胀事故频繁发生。而事故频发的主要原因与地下水及土体性质密切相关，尤其是在寒冷的北方地区，更易发生冻胀问题，加大了施工过程中的质量安全控制难度。

1 工程概况

美的润东府项目位于辽宁省沈阳市，总建筑面积为14.24万 m2，共11栋小高层、4栋洋房，最大建筑高度

44.85 m。

项目地勘报告显示，场区内土质均为粉质黏土，富含大量的上层滞水，补给区与分布区一致，分布范围有限，往往雨季时存在，干旱季节消失，且持力层底部为分布连续的不透水性土层，滞水缺乏有效的自然排除通道，长期留滞于土层内，越冬过程中极易发生冻胀问题。采用截治水、暖棚法及保温材料覆盖的方式能够有效地缩减施工成本，降低施工难度，减少冻胀问题的发生，确保结构质量。

目前现存的越冬防护做法，虽可以起到一部分作用，但冻胀问题频发，极大地影响房建工程的结构使用功能。采用黏土滞水层防冻胀技术可以最大程度地规避冻胀风险，确保越冬过程中结构稳定性及使用功能。

2 滞水对房建工程施工的影响

上层滞水对房建工程的影响主要可以分为以下几种：第1种是对土方开挖的影响，由于滞水的汇集需要时间，土方开挖过程中如存在停顿，会因土层中的滞水渗出，对车辆行驶及机械开挖造成很大影响；第2种是对建筑基础的影响，基槽开挖后，由于滞水的存在，并缓慢从土层中渗出，导致施工过程中，地基长期处于水饱和状态，造成地基土承载力下降、不均匀沉降加重等问题发生；第3种是对建筑防水工程造成的影响，由于滞水层渗水缓慢，施工基础防水时，防水基层一直处于潮湿状态，对防水工程施工质量造成很大影响，而且在防水工程施工完成后，由于滞水依旧向外侧渗出，导致已施工完成的防水层因受到下部水压力的影响而遭到破坏，且修补难度大。

以上3点是滞水对房建施工的普遍影响。除此之外，由于南北方温度差异较大，北方地区每年很长时间气温处于0 ℃以下，地基土存在冻胀的可能，房建主体受到基础冻胀的影响，可能会造成结构破坏，影响建筑物的安全性和稳定性。

沈阳美的润东府是美的旗下的重点工程项目，场区内土质均为粉质黏土，富含大量的上层滞水，且持力层底部为分布连续的不透水性土层，滞水缺乏有效的自然排除通道，长期留滞于土层内。黏土夹层具有较大的含水性和保水性，由于沈阳地处我国的北方地区，一旦气温过低，黏土滞水层容易产生附加反力，对结构造成不可修复的影响。

冻胀发生的主要因素为土体本身存在的冻胀性质及土体内所含的水量大小，故为了做好防冻胀工作，需要从温度及治水2个方面进行研究。黏土滞水层防冻胀技术主要由截治水、暖棚保温及结构边缘土体覆盖等3道施工工序组成。

3 技术应用的方法及内容

1）设置截水沟及排水盲沟的作用是防止已排出滞水或外部水源重新汇入基坑内，降低防冻胀难度。

2）暖棚保温可以减缓已建结构内部温度的降低，有效地降低结构下持力层在低温时的冻胀现象，减小因冻胀而产生的附加反力。

3）结构边缘土体覆盖保温材料可以保证越冬期间地基土处于冻土层以下，降低了土体冻胀的风险，从而控制了已建结构的整体稳定性。

4 主要施工工艺流程

4.1 截水沟及排水盲沟的设计、定位及施工

方案设计时，需着重考虑现场的条件限制，在不破坏地基土的前提下，尽量将施工区域全覆盖。在基坑边坡上口2 m处设置截水沟，阻断基坑上部水源流入基坑内；在基坑下口设置截水盲沟，阻断基坑边坡渗水流入结构施工范围。无论上下口出的截排水措施，其大小可依据项目实际情况确定，以满足截水要求为准，而且均需设置符合要求的集水井。

4.2 场区积水排除

将场区内积水及时排出场外，阻断外来水源，除滞水层渗水外，结构施工范围内的水量便得以控制。由于项目周边环境复杂，无有效的排水地点，导致已排出滞水又通过场区周边市政排污管道回流至基坑内部，变为循环水，为此，需要长期组织人员开展排水工作。

4.3 搭设暖棚，封闭已施工完成的结构

对于已施工完成的结构，需要将所有洞口部位利用阻燃棉被或其他可靠材料覆盖严密，并在温度低于0 ℃时采取升温措施，确保结构内部的温度在0 ℃以上。

4.4 结构边缘裸露地基土覆盖保温材料

结构边缘采用珍珠岩等有效的保温材料进行苫盖，苫盖厚度根据沈阳当地的冻土深度计算，以确保土体处于冻土层以下。

依据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》[1]，本区属季节性冻胀区，标准冻结深度为1.20 m。依照JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工规程》[2]要求，项目地基土土质为粉质黏土，珍珠岩保温系数取3.5，车库钢筋混凝土筏板厚0.35 m、保温系数取0.96，素混凝土垫层及防水保护层厚150 mm、保温系数取1.14，棉被厚60 mm、保温系数取2.0，取最薄弱点计算，则：

在未搭设暖棚前，车库筏板上需覆盖厚164 mm的珍珠岩；项目暖棚搭设后，冻结指数为546，冻深为0.83 m（此为暖棚法棚内实际计算冻深），暖棚内筏板上部珍珠岩厚为5.8 mm，暖棚内筏板上部铺设厚350 mm珍珠岩可满足越冬防护要求。暖棚内裸土及后浇带部位珍珠岩厚为203 mm，暖棚内裸土及后浇带部位铺设厚350 mm珍珠岩可满足越冬防护要求[3]。

4.5 温度监测

测温时间为每天8：00、14：00、20：00，测温过程除记录温度外，还需检查现场结构是否有冻胀趋势。

4.6 低于设计要求时进行升温

根据计算结果显示，搭设暖棚后，温度长期在－10℃以下时的冻胀风险明显增高，为了避免冻胀问题的发生，温度监测过程中，如发现棚内温度低于－10 ℃，应立即组织人员对棚内进行加热升温，升温措施宜选用暖风机，数量及功率需要根据场区情况进行核算，确保棚内温度高于－10 ℃。

4.7 暖棚的拆除

根据项目所做的棚内温度统计，随着大气温度的变化，棚内温度也会有所变化。室外温度在－12 ℃以上时，棚内温度－4～－2 ℃；室外温度在－12～18 ℃时，棚内温度－8～10 ℃；在室外温度低于0 ℃时，暖棚可以极大减缓棚内温度变化，但当室外温度随着春季的到来，回转至0 ℃以上时，棚内温度回升不明显，依旧处于负温状态，这对混凝土的强度增加是不利的，故暖棚的拆除节点应控制在室外温度高于－5 ℃，且逐步有回暖趋势时。

5 黏土滞水层防冻胀技术的优点

传统的纯保温材料覆盖的方式在施工完成后，即使每日进行现场巡视监测工作，当冻胀问题发生时，也为时已晚，无法做出有效的应急措施，通过黏土滞水层防冻胀技术的应用，结合沈阳地区的天气特点，相比传统纯保温材料覆盖的方式而言，存在较为明显的优势。

1）减缓冬季维护期间棚内温度的变化。将已施工结构区域形成封闭空间，在室外气温急剧下降时，可有效减缓棚内温度的变化，从而达到防冻胀的效果。

2）降低了冻胀发生的概率。当出现冻胀风险时，可立即组织对棚内进行升温处理，极大地降低了冻胀发生的概率。

3）加强了冬季维护期间对已施工完成结构的质量保证。暖棚所形成的封闭空间，保护了已施工混凝土免受雨雪及寒风的侵蚀，减缓了棚内温度的变化，对混凝土的强度增长及防冻保护都有着至关重要的意义。

6 结语

黏土滞水层防冻胀技术在施工中的应用，有效地解决了北方冬季黏土滞水层因冻胀对已建结构稳定性的影响，避免了因冻胀导致的返工、维修、变形等问题，从根本上节约了施工中的返工和维修费用成本，同时加快了施工工期，取得了良好的社会和经济效益。黏土滞水层在房建工程建设的施工中具有特有的不确定性和复杂性，影响着工程的质量和安全。一些现有的施工方法只能指导工程中普遍存在的地下水问题，而面对各地区季节、地势、地质构成的不同，需要技术人员发挥集体的智慧，在实际的施工过程中总结和研究更适宜当地施工条件的处理方法[4-10]。