平板防冻胀设计的基础原则

由前面对冻胀土特点和板形基础冻害的分析中可以看出,只把建筑物地基视为非冻胀地基的常规地基基础设计方法,在许多情况下保证不了基础的安全。因此对冻胀土地基上的基础除了进行常规的设计以外,还必须进行冻胀设计,即从抗冻害角度出发选择合理的基础结构型式,验算在地基冻胀和融沉情况下基础的位移和基础板的结构强度,对地基基础选择合理的抗冻害措施。在季节冻土区进行平板式基础设计时,一般应遵循以下原则。

(1)根据建筑物的结构型式、运行条件确定是否允许建筑物地基产生冻融变形及允许变形程度大小。在满足建筑物安全的条件下,基础应尽量浅埋。

(2)根据建筑物对基础板的约束条件特点——约束程度、约束部位及在地基冻融过程中约束条件的变化。选择合理的结构布置方案,使基础板在地基冻胀融沉过程中,尽可能简单明了、分布均匀。

(3)根据地基土的冻胀、融沉情况和建筑物的运用条件采用经济、有效的抗冻措施。在结构方面,基础板的结构型式、外部轮廓要求简单、均一、紧凑、适当分块;有时需要考虑增加与上部结构的整体性,使其具有足够的强度、刚度,能够适应或抵抗地基冻胀融沉变形。在防冻措施方面采用适当的措施减少或消除对基础板强度或稳定不利的冻胀作用。

(4)根据建筑物结构特点、重要程度、使用年限和工作条件,冻胀土地基上的平板基础可分成允许产生冻胀位移和不允许产生冻胀位移两大类。设计中应根据它们不同工作特点进行稳定和强度验算,并采用切实有效的抗冻措施。对允许产生冻胀位移的建筑物基础板,设计中应主要验算其整体位移和不均匀位移是否满足极限变形条件,底板内力则通过工程的抗冻措施控制不均匀冻融变形加以解决。对于不允许冻胀位移的建筑物基础板,验算基础板强度是否满足极限强度条件,基础板的稳定则通过采用适当的抗冻措施加以保证。

板形基础抗冻措施的设计思想和其他类型的基础基本相同,即可以从工程本身结构抵抗或消除产生冻害的因素两方面进行。但一般建筑物的平板基础平面尺寸较大,上部荷载较小、单纯从结构方面提高基础板强度、保证建筑物稳定的方案难度较大,而采用一些抗冻胀措施常常是比较经济、合理的。

根据国内外现有研究成果和工程实践,对板形基础抗冻措施的设计原则综合如下。(www.xing528.com)

1.对不允许产生冻胀位移的建筑物基础板

从结构方面,可以采用加深基础、锚固基础 (如深桩锚固)、各种扩大式桩锚固、扩大底板锚固、架空基础等;在消除冻害产生因素方面,可以采用换填地基、物理化学法处理地基、保温基础、排水疏干地基、隔水封闭地基以及增加建筑物荷重等。

2.对允许产生冻胀位移的建筑物基础板

主要根据允许位移量大小及地基法向冻胀力大小确定防治措施。从结构方面,可以合理浅埋基础,加强基础强度、刚度,增强基础与上部结构的整体性、采用柔性结构及设置可靠的变形缝等;从减轻产生冻害因素方面,可以适当采用换填地基、物理化学法处理地基、适当的保温及隔水封闭地基以及适当预压地基、增加建筑物荷重等。

在实际工作中,应根据地基土冻胀规律及建筑物所在地点所能提供的材料,建筑物重要程度、运行条件等,灵活应用上述几种防治冻害的方法。有时综合采用某些措施可以达到更理想的防冻害效果。