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季节性冻土地基对工程结构的危害

310 2021-05-27 11:14:54

1.季节性冻土地基变形特征

冻土地基可分为季节性冻土地基和多年冻土地基两大类。季节性冻土层是冬季冻结、夏季融化,每年冻融会交替一次的土层。季节性冻土地基在冻结和融化过程中,常常产生冻胀和融陷,过大的冻融变形,可造成建筑物的严重破坏。

(1)地基冻胀机理

地基土的冻胀,与当地气温条件、土的类别和含水量都有关。土的冻融主要是因为土中结合水从未冻区向冻结区转移而形成的,对于不含或少含结合水的土,冻结过程中因为没有水分转移,上的冻胀只是土中原有水分冻结时所产生的体积膨胀,可被土的骨架冷缩抵消,实际上并不呈现冻胀。碎石类土、中粗砂在天然情况下含黏土和粉土颗粒很少,通常不会导致冻胀,细砂在高水位的情况下会表现出轻微冻胀,冻胀一般只发生在黏性土和粉土地基中。

(2)冻胀作用效应

基础埋置深度超过冻结深度时,切向冻胀力 T,仅仅作用在基础侧面(图 1-4a);基础埋置深度比冻结深度浅时,除基础侧面上作用有切向冻胀力外,在基础底面上还作用有法向冻胀力N(图1-4b)。如果基础上荷载 F和自重 G不足以平衡切向和法向冻胀力,地基冻结时,基础就会隆起;地基融化时,冻胀力会消失,基础就会沉陷。

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2.地基冻融对工程结构的危害

工程结构因地基冻融产生的破坏现象可分为以下几种∶

(1)墙体开裂

地基冻融过程中会导致墙体开裂,裂缝形状可分为斜裂缝、水平裂缝和垂直裂缝三种类型。

1)斜裂缝主要表现为八字形(图1-5a)和倒八字形裂缝(图1-5b),这是由于房屋四周冻深不同,角端冻胀比中间大,房屋两端抬起,受力状态类似于中部沉降比两端大的房屋(图1-5a),会产生八字形裂缝。而冻十融化时,角端沉陷较大,出现与冻胀时相反的变形,会产生倒八字形裂缝。

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2)水平裂缝常沿房屋纵向出现在门窗洞口上下的横断面上,这是因为冻深沿基底分布不等,冻胀力可按三角形或梯形分布,法向冻胀力的合 力与基础轴线易产生偏心(图 1-6);同时基础两侧的冻胀力外大内小也会产生一个与之同向的弯矩,导致墙体在弯矩作用下会产生水平裂缝(图 1-5c)。

3)垂直裂缝可能会出现在内外墙连接处或外门斗与主体结构连接处,主要是因为各部分基础冻胀不均匀而引起的。

(2)其他类型破坏

冬季外墙基础冻胀抬起,室内由于采暖温度比较高,内墙基础没有冻胀或冻胀很微小.会导致支承在外墙上的顶棚吊顶和内墙脱开、或者会导致楼盖整体弯曲受损。

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某些东西如建筑物,冻融会导致主体结构倾斜或倾倒,尤其是围墙一类建筑,春季基础解冻时,常常向阳面先融化,而背阳面后融化,地基融陷不均匀.因而导致建筑物向南倾斜。

如电线杆、塔架、桥墩、管道支架等本身重量较轻的构筑物,在切向冻胀力作用下,会出现逐年上拔的现象。土的冻胀还会导致台阶隆起,影响门的开启;散水抬起,形成倒坡等。