6.1 一般规定
6.1.1 在多年冻土地区建筑物地基设计中,应对地基进行静力计算和热工计算。
1 地基的静力计算应包括承载力计算,变形计算和稳定性验算。确定冻土地基承载力时,应计入地基土的温度影响。
2 地基的热工计算应包括地温特征值计算、地基冻结深度计算、地基融化深度计算等。(自2022年1月1日起废止该条,详见新规《建筑与市政地基基础通用规范》GB 55003-2021)
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6.1.1多年冻土地区在我国分布较广,在这些地区建造房屋,进行地基与基础计算,必须考虑建筑物与地基土之间热交换引起的地基承载力、变形的变化对静力计算的影响。由于没有考虑冻土这一特点而引起地基沉陷、墙体开裂、房屋不能使用的事故屡见不鲜,同时由于没有掌握计算要点盲目埋深,造成的经济损失也十分可观,因而在冻土地区应通过对地基静力、热工、稳定三方面的计算,达到安全、经济的目的。
在多年冻土地区进行工程建设时,和非冻土地区一样,需要进行地基承载力、变形及稳定性计算。但是,作为地基土的冻土其强度、承载力等数值,除了与地基土的物质成分、孔隙比等因素有关外,还与冻土中冰的含量有很大关系。冻土中未冻水量的变化直接影响着冻土中的含水(冰)量及冰-土的胶结强度,地温升高,冻土中的未冻水量增大,强度降低,地温降低,未冻水量减少,强度增大。因此,在确定冻土地基承载力时,必须预测建筑物基础下地基土的强度状态,用建筑物使用期间最不利的地温状态来确定冻土地基承载力才是最安全的。反之,仅按非冻土区状态来确定地基承载力,就不能充分利用冻土地基的高强度特性,造成很大的浪费。若仅按勘察期间天然地温状态确定的冻土地基承载力亦是不安全的。因而,基础设计时,按预测建筑物使用期间可能出现的最不利的地温状态来进行承载力计算。
6.1.2 多年冻土地基的计算应符合下列规定:
1 保持地基处于冻结状态时,对坚硬冻土应进行承载力计算;对塑性冻土除应进行承载力计算外,尚应进行变形验算;
2 多年冻土以冻结状态用作地基,房屋下有融化盘时,应进行最大融化深度的计算;多年冻土以逐渐融化状态和预先融化状态用作地基时,应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定。建筑物使用期间地基逐渐融化时,尚应按本规范第6.3.2条的规定进行融化下沉和压缩沉降量计算;
3 上述任何情况均应进行热工计算,并应按本规范附录D的规定对持力层内地温特征值进行计算,当按保持冻结状态设计时,尚应按本规范附录E的规定进行架空通风计算;当按逐渐融化状态和预先融化状态设计,尚应根据本规范附录B的规定或其他热工计算方法进行建筑物地基土的融化深度计算。
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6.1.2保持地基土处于冻结状态利用多年冻土时,由于坚硬冻土的土温较低,土中已有含冰率足以将土的矿物颗粒牢固地胶结在一起,使其各项力学指标增强许多,而其中的压缩模量大幅度提高。对一般建筑物基础荷载的作用,在地基土承载力范围之内,满足变形要求,所以对坚硬冻土只需计算承载力就可以了。对塑性冻土,由于其压缩模量比坚硬冻土小得多,在基础荷载作用下,处于承载力范围之内的压缩、沉降变形却不可忽视。因此,还需对变形加以考虑。
如果建筑物下有融化盘,还必须进行最大融化深度的计算。一定要保证基础底面及其持力层在人为上限之下的规定深度,处于稳定冻结状态的土层内。
容许多年冻土以融化状态用作地基时,应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定进行,就是既要按承载力计算,也要按变形来进行验算。既考虑预融后或部分预融后的情况。也要考虑在使用过程中逐渐融化变形的状态。
6.1.3 冻土地基的承载力特征值,应结合当地的建筑经验按下列规定确定:
1 对现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007规定的设计等级为甲级、乙级的建筑物,应按本规范附录F的有关规定进行载荷试验或其他原位试验,并应结合冻土的物理力学,性质综合确定;
2 对现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007规定的设计等级为丙级的建筑物,可按土与冻土的物理力学性质和地温状态,按本规范附录A的有关规定取值,或根据邻近建筑的经验确定。
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6.1.3我国冻土研究历史虽已六十多年,但对全国各个地区的工程地质及水文地质条件,以及各种冻结状态下的地基承载力的原位测试等工作做得仍不充分。特别是冻结状态大块碎石土的工作更是有限。同时,冻土的另一大特点,即含有不同程度的地下冰,冻土中的含水分布异常不均匀。因此,在选用本规范的地基承载力值时,就受到很大的限制。所以对设计等级为甲级、乙级的建筑物,应要求进行原位测试,对设计等级丙级的建筑物,或工程地质、水文地质及冻土条件较为均匀时,可以要求放宽,通过建筑地段的冻土工程地质勘探所取得的地基土的物理力学性质来确定,但严禁不进行工程地质勘察的做法。