A地基基础部分
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1 11版《冬施规程》讲座
——A.地基基础部分——
修编时间2011-11-27
施工过程地基土防冻计算
A.1.1 基本计算式
(1)防冻材料厚度计算
保温材料所需厚度hF按公式(A.1.1-1)计算
hF=H/β (A.1.1-1)《规程》
式中 H——按公式(A.1.1-4)计算的冻深(cm)；
β——地基冻结速度与保温材料冻结速度比值的系数，见表
各种材料对土壤冻结影响系数β 表
保温材料
土壤种类 树叶 刨花 锯末 干炉渣 茅草 膨胀珍珠岩 炉渣 芦苇 草帘 泥炭土 松散土 密实土
砂土
粉土
粉质粘土
粘土
注：表中β值，对于地下水位低的(比冻结线低lm)土壤有效，对地下水位高的土壤(饱
和水的)，其值接近于1。
其它保温材料或复盖物的β值可参照公式(A.1.1-2)计算。
β=α·θ (A.1.1-2)
式中：α——被保温地基土种类系数：砂土；轻亚粘土；亚粘土；粘土
θ——保温材料热工性能系数；
θ=(C·γ/·λ)) (A.1.1-3)
λ——保温材料导热系数，W/(m·K;)
C——保温材料热容量，kJ/(kg·K)
γ——保温材料密度，kg/m3
(2)地基土冻结深度H的计算
在预计受冻期间内的冻结深度按(1.2.1)式估算(无保温自然状态)。
H=60(4P-P2) (A.1.1-4)
式中：H－—冻结深度，cm；
P――P=Σzt/1000，Σzt――预计受冻期间的“度天积”总和。
A.1.2 防冻计算类型
(1)底板施工类
本类型高层或较大型工程基础施工的特点是工序多工期长，一般情况下从挖百度文库 - 让每个人平等地提升自我
2 土到基础底板混凝土浇筑完毕的工序为：①挖土②钎探③混凝土垫层④底板外围防水层保护墙⑤找平层⑥养护⑦防水层⑧保护层⑨养护⑩帮扎底板钢筋○11浇筑底板混凝土。工期约一个月左右。为此，对基础应采取防冻措施。
例1：某工程混凝土底板在平均气温为Tm,a = -4℃下施工，从开始绑底板钢筋至浇筑混凝土预计t =30d。地基土上层为亚粘土，地下水位较高。施工时采用井点降水方法，降水后水位离坑底约50cm，为冻胀性土。问应采取怎样的措施才能防止地基土受冻。
解：由于该工程地下水位较高，即使换成粗颗粒土，由于有充分的补水条件，亦具有较强冻胀性。故不宜采取换土方法，拟选用加厚垫层且改为陶粒混凝土，现求其需要的厚度hF。
P＝1000zt=1000-4][30=
H=60(4P-P2)＝28cm
由《冬施手册》查得陶粒混凝土的有关数据：
γ=1600kg/m 3，λ=(m·K)
c=(kg·K) 按式(A.1.1-3)：6.3C＝=84.0×6.31600×05.1＝
运用式(A.1.1-2)：对亚粘土= 代入得：
β=θ·α =×=
所需陶粒混凝土厚度 hF=2Z＝13.128＝24.8cm
考虑到地基土水份充足，垫层处于潮湿环境，保温性能有所降低，故选用30cm厚陶粒混凝土垫层。
(2)因故停工类
例2：北京地区某工程基础在1月20日挖完后，需要停10天，为了防止土壤冻结用草帘保温复盖。地基土为亚粘土，试计算需盖草帘厚度。
解：按公式(A.1.1-4)计算土壤在负温下暴露10天的冻结深度，根据天津一月下旬的平均气温为-5.0℃，故 ∑zt＝10×｜｜=50℃·d
P=Σzt/1000 H=60(4P-P2)=60(4×11.9cm 求草帘复盖厚度，按公式(1.2.1)计算，由表查得β值为，
则hF=H/β==≈6.0cm。
例3：哈尔滨某工程，土质为亚粘土，11月下旬施工。基础挖掘后，砼因故未按计划供应，预计需拖期7天。拟采取干砂保温基土，求需铺设干砂的厚度?
解：根据哈尔滨市地区历年气象用资料，查得11月下旬平均气温为-7.9℃，则
∑zt=7×｜｜=55.3℃·d
P=1000= H＝60(4P-P 2)＝60(4×13.1cm查《冬施手册》砂（建筑用砂）：λ＝(m·K)； C＝(kg·K)；
γ=1500kg/m3(手册值1600kg/m3) 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
3 以上参数代入式(A.1.1-3)
得 θ=(C·γ/·λ))=·1500/·)= 亚粘土=
代人公式(A.1.1-2) β=α·θ=×=
砂需铺设厚度hF=H/β==10.2cm 取用铺10cm干砂复盖。
(3)越冬类
例4：哈尔滨市某大学图书馆工程，采用钢筋混凝土板式基础，厚lm，混凝土垫层10cm；于10月末钢筋混凝土基础施工完毕，停工至次年4月续建。为防止基础冻结，需采取人工保温防冻措施。查建筑地区工程地基土为亚粘土，地下水位较深。由于建筑物的地基面积大，从防火、经济和保温材料货源等条件出发，决定采用未冻结的松散亚粘土复盖保温，需计算铺设的松土厚度。
解：1.计算钢筋混凝土板式基础和混凝土垫层的保温作用
(1)计算冻结速度系数β：
由《冬施手册》查得的混凝土导热系数λ＝(m·K)
热容量C=(kg·K)。密度γ=2500kg/m3，代人公式(A.1.1-3)得：
θ=(C·γ/·λ))=·2500/·)=
再代人公式(A.1.1-2) β=α·θ=×=
(2)由于垫层和底板的复盖作用 由基本计算式(A.1.1-1) hF=H/得：
对地基土冻深的减少值为： H=β·hF=+=1.01m
2. 计算需铺设松土层的厚度
(1)根据哈尔滨市历年气象资料查得最大冻结深度为1.97m，由于混凝土垫层和钢筋混凝土底板的复盖保温作用，在越冬期内基土冻深值为：
Z2=0.96m为防止基土受冻，需要填的松土层厚度的计算，由表查得：
冻结速度系数β=(松土/亚粘土)，代人公式(A.1.1-1)
hF=H/β==0.80m
考虑松土回填时，由于面积大，在操作过程中，可能局部被踩实。为安全越冬回填松土层厚度取用0.85m，相当于回填密实土的厚度。
对于在钢筋混凝土底板浇筑以前，由于垫层混凝土的防冻作用甚微，应根据土的冻胀性及绑扎钢筋时间的长短，进行防冻计算和采取措施。一般可采取降水换土或采用导热系数较小的陶粒混凝土等类垫层，同时增加垫层厚度，亦可采用重锤夯实，暖棚法等。
越冬底板的最小厚度
钢筋混凝土筏基入冬前施工完毕，因故不能继续施工，需要越冬，不需作任何防冻处理的底板最小厚度的计算，详见以下例题。
例5：试计算北京越冬底板的最小厚度，已知条件：地基土为亚粘土，地下水较深，可不考虑其影响(若地下水位较高，取β＝1)，气温：月平均气温：12月-3℃，1月-4.7℃，2月-2.5℃
解：查有关资料，混凝土比热C=(kg·K)，混凝土密度γ=2500kg/m3，混凝土导热系数λ＝(m·K），根据国家有关资料查得北京大部分地区冻深Zo=0.8m。 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
4 由公式(A.1.1-3) 6.3C＝=74.16.3250092.0=
对于亚粘土α＝
则β=α·θ=×=
根据公式(A.1.1-1) hF=2ZcmZ8792.08092.00
对于底板下有混凝土垫层、防水层等l7cm厚。
所以底板最小厚度tmin=87-17=70cm。
例6：试求哈尔滨(市区)越冬底板的最小厚度。
解：已知哈尔滨Zo=1.97m
1．当地基为非冻胀性土时，越冬时可不考虑底板的最小厚度。
2．当地基为冻胀类土时，可根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)考虑扣除允许残留冻土层厚度的规定进行计算。
为便于计算，将冻胀性地基土按其冻胀类别分为4类（1～4），根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)附录G表建筑基底下允许残留冻土层厚度hmax，经回归后得：
hmax= (A.2.1-1)
式中 X—地基土冻胀类别，弱冻胀土X＝1，冻胀土X＝2，强冻胀土X＝3，
特强冻胀土X＝4。
按式算得见下表：
允许残留冻土层厚度hmax 表A.2.1-1
冻土类别 弱冻胀土 冻胀土 强冻胀土 特强冻胀土
hmax(m)
(1)冻胀土 根据上述资料，对于地基土为冻胀土在哈尔滨混凝土底板越冬的最小厚度：
tmin=(z0-hmax)/=1.67m，减去板下垫层和防水层等厚度约0.17m，则底板最小厚度=1.5m弱冻胀土 同理，对于地基土为弱冻胀土在哈尔滨混凝土底板越冬的最小厚度：
tmin=(z0-hmax)/=1.36m，减去板下垫层和防水层等厚度约0.17m，则底板最小厚度=1.19m。
基础在土体冻力作用下垂直方向的稳定性
A.3.1 冻切力作用下的稳定性
垂直作用于基础侧表面的水平冻胀力，加上基础与冻土间的冻结强度，使基础随着土体的冻胀变形而产生向上位移的拔力，称为作用于基础侧表面的冻切力。
如果对浅埋基础采取措施，消除其法向冻胀力影响，而使基础只受有切向冻胀力的作用，见图A.3.1-1和图11-7。 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
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图A.3.1-1冻切力示意图
图 11-6中Kd为地基土的平均冻胀率，系指野外实测提供的含水率数据，也可以根据地质资料提供的土层构成与含水率按公式(A.3.1-1)计算，然后取其加权平均值。
Kd=A(W-Wp) (A.3.1-1)
式中 A—系数，当无水源补给时取，有水源补给时取 ； 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
6 W—土的天然含水率； Wp—土的塑限。
图中h为自天然地面至冻结面的深度(=Z0，cm)
基础的稳定性必须符合下列条件：
2000στ·Z≤P (A.3.1-2) 式中：P——作用于基础上的常驻荷载N/m；
Z——基础埋深mm； στ——冻切力N/mm2。
由于στ沿深度分布不均匀，故采用平均值，στ取值：
