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第卷第期(小5号宋体)岩土力学Vol.No.2008年月RockandSoilMechanics.2008收稿日期:2012-5-10作者简介:朱磊,男,1962,教授级高级工程师。主要从事冻土地基研究。文章编号:1000-7598-(2003)02―0304―03《冻土地区建筑地基基础设计规范》行业标准修编成果简介朱磊王吉良陈建华(黑龙江省寒地建筑科学研究院、哈尔滨、150080)摘要:介绍了“冻土地区建筑地基基础设计规范”的修编过程,详细阐述了修编的冻土地基规范中重点内容确定的依据及其成熟程度,将本规范与国外相关标准水平进行了对比,并对本规范进行了初步评价,同时,也提出了修编后规范尚存的主要问题以及今后需进行的主要工作。关键词:冻土地基;设计规范;修编中图分类号:TU443文献标识码:AONREVISIONOFTHECODEFORDESIGNOFSOILANDFOUNDATIONOFBUILDINGINFROZENSOILREGIONZHULeiWANGJiliangCHENJianhua(HeilongjiangProvinceColdRegionConstructureScienceResearchInstitute,Harbin,150080)Abstract:Therevisonofthecodefordesignofsoilandfoundationofbuildinginfrozensoilregionisintroducedinthispaper.Expoundstherevisionoffrozensoilfoundationstandardofthekeycontentofdeterminedaccordingtomatureanditsdegree.Thiscodemaybeassociatedwithforeignstandardswerecompared,andthenormsoftheinitialevaluation.Atthesametime,alsoputforwardafterthemodificationofstandardremainingproblemsandtheneedtocarryonthemainworkinthefuture.Keywords:frozensoil;designcode;revision根据住房和城乡建设部《2008年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)》(建标[2008]102号)文,《冻土地区建筑地基基础设计规范》[1]JGJ118-98列入修订计划。该规范由黑龙江省寒地建筑科学研究院和大连阿尔滨集团有限公司会同有关单位共同修订。为积极吸收近十多年来的新技术、新工艺、新产品以及相关专利技术和科研成果,体现本规范的科学性与先进性,同时,也为确保本规范具有广泛的地域性和代表性,规范主编单位——黑龙江省寒地建筑科学研究院和大连阿尔滨集团有限公司于2008年7月~9月,向我国东北、华北、西北等地区广泛征集编制单位与编制人员,并征求原参编单位的意见,在此基础上组建了由黑龙江省、辽宁省、内蒙古自治区、甘肃省、青海省等科研院所、大专院校、设计单位的21名代表组成的修订组。此后,规范修编组扩充了一部分长期从事冻土地区地基基础设计、研究和施工的单位,从2008年9月起到2009年11月,共计召开4次规范修编会,改了4稿,并较为广泛地征求了工程界的意见,2010年06月通过专家组对规范的审查。并于2011年8月29日发布;2012年03月01日开始实施。1标准修编中重点内容确定的依据及其成熟程度1.1增加了砂类土的冻胀性分类对原规范第3章“表3.1.5季节冻土与季节融化层土的冻胀性分类”增加了碎(卵)石,砾砂、粗、中砂(粒径小于0.075mm的颗粒含量不大于15%),岩土力学2003年细砂(粒径小于0.075mm的颗粒含量不大于10%)在饱和含水情况下的冻胀性分类,因为在饱和含水情况下,碎(卵)石,砾砂、粗、中砂、细砂如果下面有隔水层,肯定会发生冻胀,而不是原规范的不冻胀。1.2修改了“冻结期间地下水位距冻结面的最小距离”对原规范第3章“表3.1.5季节冻土与季节融化层土的冻胀性分类”进行了修订,将“冻结期间地下水位距冻结面的最小距离”一栏修改为“冻前地下水位距设计冻深的最小距离”。因为“冻结期间地下水位距冻结面的最小距离”的要求给实际勘察带来很大困难,一方面,什么时期地下水位距离冻结面最近难以预测,另一方面,该指标的勘察确定与冻前含水量的勘察也必然存在季节上的不一致,造成勘察困难;设计冻深应该视为冻结期间的最大冻深,如果冻前地下水位距离设计冻深的距离大于表中取值、且在冻结期间地下水位不上升,则满足修订后的“冻前地下水位距设计冻深的最小距离”就一定满足修订前的“冻结期间地下水位距冻结面的最小距离”。根据现有掌握的资料,冻结期间地下水位均呈下降趋势,且距冻结面越近,水位下降越显著。1.3细化了“多年冻土地基勘探点间距和深度”对原规范第3章第二节中“多年冻土地基勘探点间距和深度”作了更细的规定。因为随着时代的发展,多年冻土地区建筑已由过去以建平房为主,变为以建楼房为主,在该区进行岩土勘察应查清多年冻土的水平(平面)分布、垂向(上下限)分布,勘探孔数量及深度比非冻土区有所增加,勘探孔间距及深度应分别满足设计要求。1.4调整了季节冻土地基基础埋深要求对季节冻土地基基础埋深作了重新规定,对强冻胀性土、特强冻胀性土,基础底面应埋入设计冻深以下0.25米,原因如下:1.4.1随着国民经济的发展,建筑工程质量标准提高,更加重视建筑物的安全性,耐久性。经调查,从规范实行以来,我国浅季节冻土地区(标准冻深小于1.0m),除农村外基本没有实施基础浅埋;中等厚度季节冻土地区(标准冻深在1.0m~2.0m)冻胀性等级Ⅳ、Ⅴ级的多层建筑,也很少采用浅埋基础;在深厚季节冻土地区(标准冻深大于2.0m),地基土层中若是埋藏浅的粗颗粒土,又是不冻胀、弱冻胀类土,浅埋基础较多。如漠河(融区季节冻土)、大兴安岭、满洲里、牙克石等多年冻土南界以北的深季节冻土地区。1.4.2冻胀性强的土,融化时的冻融软化现象,使基础出现短时沉降,多年累积,可导致部分浅埋基础房屋由于基础沉降不均造成损害。有的使用20~30年后室内地面低于室外地面,影响正常使用。强冻胀土、特强冻胀类别的粘性土地基土,渗透性低,冻结后融化时基底下土体融化水聚积,呈现软塑流塑状态,承载力降低,其冻融软化现象更严重。1.4.3基础浅埋后如果使用过程中,地基浸水会造成地基土冻胀性的增强,导致房屋出现冻胀破坏。此现象在采用了浅埋基础的三层以下建筑时有发生;在石化企业的部分生产厂区,地表水和排水渗漏浸润地基土,厂区的管架等轻型构架基础,投产几年后出现冻拔现象。1.4.4季节冻土的基础埋置深度中采用的设计冻深,是由标准冻深,经修正后的计算值。修正系数中土的湿度(冻胀性),土质(岩性)影响较大。经修正后的设计冻深值的规律是:冻胀性大的地基土,设计冻深值小于标准冻深;不冻胀类土、弱冻胀类土均大于标准冻深,其中粗颗粒土设计冻深大于标准冻深,可达1.3~1.4倍。实测资料也证实这个规律。在本规范附录C的说明(206页),记载了哈尔滨市郊阎家岗冻土站中的特强冻胀土(=23%),其冻层厚度1.50m,冻胀量280mm,实际冻结深度仅1.22m。而哈尔滨市的标准冻深是1.90m。特强冻胀类土,按标准冻深计算设计冻深,综合修正系一般0.65~0.75。本次修订,分析了基础底面以下的冻土层在长期冻结融化过程中,存在融化时地基承载力降低,冻胀性增强的不利影响,不同类土及冻胀性实际冻结深度、设计冻深的取值方法等因素,对基础的埋置深度作了部分修改。1.5增加了多年冻土地区桩基础入土深度要求多年冻土中桩基的承载能力,来源于桩侧表面的冻结力和桩底多年冻土的抗力。活动层中桩的摩擦阻力和冻结力,在承载力计算中,是不能考虑的。因为,冻土桩基的稳定性,除桩的下沉稳定外,还有桩的抗冻胀稳定。为满足桩的抗冻胀稳定要求,活动层部分的桩体,在一般情况下,均需要作防冻胀处理,即要求消除或减小桩表面与活动层土体之间的胶粘连结力,以满足桩基抗冻胀稳定的要求。因此,冻土桩基的最小埋置深度,应通过冻土桩基热工计算、承载力计算和抗冻胀稳定计算确定。1.6增加了多年冻土地区桩基础混凝土灌注温度要求岩土力学2003年钻孔灌注桩中混凝土的养护和土的回冻都需较长时间,拌制混凝土时需加入负温早强外加剂,待周围土体回冻和桩具有一定强度后才能施加外荷载,根据冬期施工规程,混凝土灌注温度应不小于5℃,但温度过高,又影响桩周土体回冻时间,从青藏铁路建设经验来看,规定5℃~10℃最具实际意义。1.7规定了热棒、热桩基础的应用设计范围热桩、热棒又称热虹吸,热虹吸在寒区地基、基础工程中的应用,解决了地基多年冻土衰退、融化和基础冻胀、融沉等热力过程中的许多工程问题,保障了多年冻土地基的稳定。在管线工程、桥涵、道路路基、机场跑道、通讯输电线塔以及港口工程中,热虹吸都被用来冷却地基,防止地基多年冻土上限下降和活动层土的冻胀和融沉,提高冻土地基的强度,保证多年冻土地基的稳定。热虹吸技术在世界多年冻土国家中,得到了广泛的应用。在下列情况下,采用热虹吸制冷技术,通常可使寒区地基、基础工程中遇到的热工问题,得到圆满解决:1.7.1由于热干扰,采用习惯方法不能防止地基多年冻土衰退时;1.7.2需降低地基多年冻土温度,防止多年冻土退化,提高地基多年冻土的允许承载力时;1.7.3用隔热层来减小融化深度,无法实现和有不利影响时;1.7.4需重新冻结已融化的地基多年冻土,或需在地基中形成新的多年冻土时;1.7.5需防止浅基础冻胀时。1.8取消了原规范设置粘性土草皮保温层后人为上限的计算公式,增加了碎石材料作为边坡保温覆盖层的内容防止滑塌措施的选择应该从热防护和力学稳定性两方面进行考虑。为避免多年冻土区天然上限下移,防止滑塌,需设置边坡保温覆盖层。保温覆盖层厚度应通过材料的热物理性能进行热工计算确定,并考虑一定的安全系数。通过对青藏铁路格尔木至拉萨段试验工程的地温数据分析表明,坡面采用碎石层进行覆盖具有较好的保护多年冻土地基的作用,本条引用了其研究成果。1.9增加了“多年冻土地区桩基竖向承载力检测”等内容多年冻土地区单桩竖向承载力检验,如按地基土保持冻结状态设计时,应在桩周土体回冻后进行检测,并应按照本规范附录H进行检验。多年冻土地区单桩竖向承载力检验,如按地基土逐渐融化状态或预先融化状态设计时,应在地基土处于融化状态时进行检验,检验方法应符合现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106的规定。1.10增加了“多年冻土地区监测”内容冻土地基是受热扰动最为敏感的。标志多年冻土热稳定性的基本指标是多年冻土的年平均地温,通常可以采用15m深处的冻土地温作代表。当属于高温冻土时,在环境和建筑物热扰动下,极易使冻土地温升高或出现融化。大量的室内外试验数据表明,当冻土温度高于-1.0℃以上时,在外荷载作用下会出生较大的压缩性。因此,温度场监测就成为多年冻土区监测的重要项目,监测冻土地基的温度场的形成及其变化。冻土地基地温变化直接受气候、环境及建筑物的热状态的影响。一般情况下,竣工后三年间冻土热状态受扰动最为剧烈。为此,冻土地区的温度场观测应从施工开始,每旬观测一次,并在使用期间延续进行,每月观测一次。随着全球气候变暖的影响,冻土地基的热稳定性亦随之变化,对地基设计为甲、乙级的建筑物监测时间就可能更长,直至变形达到稳定为止。当冻土地基热状态和变形有逐渐出现不能稳定的趋势时,就应及时采取措施,如热棒等主动降温的措施,以保持冻土地基的热稳定性。1.11修订了“冻土地温特征值及融化盘下最高土温的计算”内容本次修订中考虑到许多地区多见15m深度的测温钻孔,此时若按照本计算规定估算冻土地温特征值则无法实现,因此增加了也可以根据10m和15m深度的实测地温值估算冻土地温特征值的补充条例(正文D.1.1.4)。这种情况下,公式中以T15替换T20,以T10替换T15,
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