事故简介

东北某地一高层建筑，地下1层，地上18层，地基砾砂偏细，稳定地下水位距离基底500～800mm，筏板式基础（框架柱基及300mm厚筏板），混凝土型号为C30P8，当时室外温度为_-8℃，混凝土按-10℃的环境温度配制。浇筑完底板后，在其上覆盖一层塑料布和60mm厚的草垫。次年三月发现300mm厚的筏板有多处起鼓裂缝（走向无规则），但混凝土无受冻痕迹。

原因分析

地下室底板混凝土浇筑完后，仅考虑了防止混凝土早期受冻的措施，即覆盖了60mm厚的草垫，但对基底土壤未采取防冻胀措施，致使基土冻胀造成筏板起鼓产生裂缝。由于框架柱基础较深且厚，筏板簿又浅，故300mm厚筏板出现鼓裂。

事故处理

筏板裂缝会大大降低基础的整体刚度，而且会形成渗漏隐患。因此，裂缝较大处应将裂缝周围的混凝土凿掉，重新浇筑混凝土；裂缝较小处，可采用环氧树脂灌缝胶封闭处理。

预防措施

在负温下浇筑地下室底板，除了要随浇随覆盖，防止混凝土受冻外，对于初冬施工的地下室底板越冬的情况，必须根据当地土壤冻结深度，通过计算确定选用合适厚度的防护材料进行覆盖，保护地基土不受冻结。

上述案例是由于越冬基土受冻产生胀力，致使基础、底板起鼓开裂破坏。地基土壤的冻胀主要与土的类别、性质、土体冻前含水率、地下水位等内在因素和气温、外部荷载等外在因素有关。一般碎石类、砂类土为不冻胀或冻胀较小的土壤，黏土冻胀性稍大，粉土和粉质黏土冻胀性最大。土壤颗粒随着粒径的减小，土体分散性增大而冻胀性随着增强。土壤冻结是以土中孔隙水结晶为表征的。因此，土中水分含量（含水率）是影响土体冻胀程度的重要因素。土壤的冻胀性随其达到起始冻胀含水量（也称界线含量，一般接近或稍大于土的塑限含水量）后，随土体含水量的增大而增大。当然，土的冻胀性与外在天气有关，如负温的持续时间和负温的绝对值大小影响着土的冻结速度、深度及冻胀率的变化。此外，基土上部荷载大小对冻胀性也有影响，附加荷载的有效压力能减小土体的冻胀性，减小基础底板起鼓开裂的破坏程度。根据上述原理，主要防治措施如下：

1）科学合理地安排工程进度。

①高层建筑由于施工周期长（一般均为跨年工程），为争取次年开春早开工，计划安排尽可能在当年初冬前完成地下室（若为多层地下室，至少完成一层）结构，外墙防水和回填土工作，封闭所有洞口，采取适当取暖措施，维持室内温度在0℃左右。此法简便可靠，经济节约，也减少了维护费用。但要注意，遇有地下水位高过底板的工程，必须作地下室抗浮验算。

②对于多层或小高层，工期在一年内可完成的工程，如土方量较大，则可当年开挖基坑至设计基底以上，预留一定厚度（可按以下公式确定）的土方，且表面土壤翻松300～500mm厚再耙平，以减小冻结深度，方便次年尽早开工。

预留土方厚度=翻松耙平土厚+H

式中 H———表面翻松耙平层以下土的冻结深度；

A———参数由表4-4查得；

F———冻结指数（℃·d），取正号代入（F=∑Zt）；

Z———土层冻结天数（d）；

t———土层冻结期间每天平均气温（℃），取正号（可参考查阅当地历年气象资料）。

表4-4 参数A值的选用

注：F为中间值时，可用插值法求得A值。

2）经过科学计算，采取有效保温覆盖措施

对于无法在冬季前完成一层地下室的工程，必须采取防基土冻胀措施。可用保温材料进行全方位覆盖，厚度通过计算确定，特别要注意底板外周边保温材料覆盖须延伸至当地冻结深度的1.2～1.5倍。

若该处地下水位高于底板，则过冬期间必须保持24h连续排水，使地下水位不超过底板，这样基底土壤内的水保持流动状态，不会产生严重的冻结现象，因此底板上覆盖材料的厚度只要满足底板混凝土不受冻害即可。

地基防冻胀保温材料覆盖层厚度的计算可参见下面例题。

例：辽宁省某市一工程，地下室底板混凝土于11月浇筑完，需要进行越冬防止地基冻胀，按下述条件计算保温层覆盖物的厚度。

已知：基土持力层为砂土，地下水位低于垫层，垫层混凝土等级为C15，厚10cm；砂浆找平层M5.0，2cm；SBS防水层0.5cm，筏板C30P8混凝土，厚50cm。(www.daowen.com)

根据计算公式：

式中 h_f，h_fi———计算保温层和已有覆盖材料的厚度（cm）；

K_f，k_fi———保温层和已有覆盖物所用材料的保温影响系数；

z———预计维护期间的冻结深度（cm），取z=120cm。

保温影响系数：

k_f=Aθ

式中 A———保温维护基土种类系数，砂土取0.059，细砂土取

0.057，砂质黏土取0.048，黏土取0.04；

θ———保温材料或覆盖物热工性能系数。

保温材料或覆盖物热工性能系数：

式中 λ———保温材料或覆盖物热导率[W/（m·K）]；

c———保温材料或覆盖物比热容[kJ/（kg·K）]；

ρ———保温材料或覆盖物密度（kg/m³）。

（1）已有覆盖物保温影响系数如下。（覆盖物热工性能系数可从有关资料中查得）

1）普通混凝土垫层 h_f1=10cm；λ=1.51W/（m·K）；c=0.92kJ/（kg·K）；ρ=2300kg/m³

2）砂浆找平层 h_f2=2cm；λ=0.93W/（m·K）；c=1.05kJ/（kg·K）；ρ=1800kg/m³

3）防水层 h_f3=0.5cm；λ=0.17W/（m·K）；c=1.465kJ/（kg·K）；ρ=600kg/m³

4）钢筋混凝土筏板 h_f4=50cm；λ=1.74W/（m·K）；c=0.92kJ/（kg·K）；ρ=2500kg/m3

地基土为砂土，基土种类系数A=0.059，计算已有覆盖物材料的保温影响系数：

选用草垫作为保温覆盖层，保温影响系数k_f=2.5。

（2）计算保温覆盖层厚度：

计算结果：为防止底板下地基冻胀，底板上部需覆盖20cm厚的草垫，草垫需错缝铺设，以防透风影响保温效果。