平板式基础冻胀破坏类型分析

平板式基础冻胀破坏的原因,一方面是由于地基土的冻胀和融沉,另一方面则是由于设计不合理、施工质量差、工程管理不善等,因此弄清平板式基础的冻害特征,为解决这类基础的冻害寻找方法是必要的。

1.板基整体上抬

当基础轮廓比较简单,板基面积较小,刚度较大,地基土冻胀较为均匀的情况下,基础在侧面切向冻胀力和基底法向冻胀力的综合作用下产生整体上抬位移,一般基础板虽然不会发生裂缝,但位移超过允许限度,也会影响建筑物的正常使用。需要指出的是,这类基础在春季地基融沉时、由于基础周围边界条件的影响,基础板靠自重不能与融化的地基土同步下沉复位造成下渗流加大、冲刷地基、危害建筑物的安全,这是北方地区某些中小型水闸失事的一个重要原因。

2.基础板规则裂缝

当基础板边缘受到约束,板的刚度不大或基础边缘具有加筋 (齿),中间部分相对薄弱时,板下地基土的胀冻变形将是不均匀的,刚度大的部分所受地基土的冻胀力大而变形较小,基础刚度小的中间部分所受地基土冻胀力小而变形较大,此时基础板在较大的不均匀变形作用下强度破坏,出现裂缝。此种裂缝一般具有明显的规律性,或者是由于截面弯矩过大而挠曲强度不足,在抗弯刚度较小的方向上出现;或由于截面剪力过大而抗剪强度不足,在剪切刚度小的部位发生,如图5.1所示。有时基础板也可能在不均匀冻胀下由于扭转而破坏。

图5.1　基础板规则裂缝

这种冻胀裂缝的产生,削弱了底板的刚度,在下一个寒冷季节,地基冻胀变形会更大,致使裂缝逐年增加,最后导致底板完全断裂,水流通过裂缝集中冲刷地基,最终导致整个建筑物失事。(www.xing528.com)

3.基础板不规则裂缝

对于面积较大的混凝土薄板,如水利工程中的衬砌板、护坦板、混凝土路面、跑道等,由于边界约束条件的差异,下面土的冻胀性的不同,在不均匀的基底法向冻胀力的作用下,其冻胀裂缝分布和走向无一定规律,且随着逐年冻胀融沉作用,这些不规则的裂缝逐渐增多,宽度逐渐加大,严重时使大片混凝土板呈破碎状。

图5.2　基础板冻胀上抬示意图

4.基础板不均匀上抬及隆起

对水闸、渡槽、涵闸等水利工程进出口部位,由于基础板各侧面边界条件不同,所受冻胀力不同,会出现不均匀上抬,如图5.2所示,基础板出口齿墙墙面与土相接,增加了切向冻胀力的作用。在侧面土体冻胀作用影响下,基础板发生不均匀位移。涵洞基础板的端部,地基土受负气温影响大、冻深大、冻胀量大,而中间部分地基受负气温影响小、冻胀量小、冻深小、涵洞地基板在地基不均匀冻胀作用下产生不均匀上抬、基础发生断裂。更为严重的是,裂缝中往往被土填充,在融化时基础非但不能完全复位,还常常由于端部地基融化较快,基础融沉造成反向弯曲裂缝,如此反复变位,最后导致埋管接口错动、脱节等严重后果。平板基础由于板间接触紧密,相互影响,妨碍自由变位,在地基土不均匀冻胀作用下产生局部隆起现象。融化时也不能完全复位,基础下面出现不同的冲、淤情况,如此反复作用,基础板错动断裂,表面凸凹不平,这种情况在混凝土路面,水利工程的混凝土板护底、护坡等工程中是非常普遍的现象。

总之,平板式基础,由于上部荷载小,与地基接触面积大,地基又容易受水流的冲刷作用,最易受冻胀破坏。根据建筑物的不同情况,板形基础有时受单一冻胀力作用,有时在多种冻胀力作用下导致破坏。正确预见板基冻胀破坏原因及特征,就能使我们在工程设计中选取合适的防冻害措施。