7.2 多年冻土上的通风基础
7.2.1 多年冻土地基宜采用通风基础。通风基础在冬季应以自然通风为主；当自然通风不能满足散热要求时，也可采用强制通风。
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7.2.1多年冻土地区，房屋地基基础工程中，需要解决的复杂难题，是基础与地基多年冻土之间的热传输问题。由于地坪和基础的渗热，常使地基多年冻土出现衰退和融化，引起房屋的变形和破坏。通风散热基础能将地坪渗、漏热量和基础导入的热量拦截，释放于大气中，确保地基多年冻土的热稳定，达到防止建筑物变形、损坏的目的。因此，通风散热基础，是多年冻土地基上最为合理的基础形式。
所谓架空通风基础，是指地基地表与建筑物一层地板底面间，留有一定高度通风空间的基础(图1)。基础中的通风空间，可设在地下或半地下，但一般都设在地上。
填土通风管基础，是指在天然地面上，用非冻胀性粗颗粒土填筑一定厚度的人工地基，并在其中埋设通风管的一种地基基础结构形式(图2)。
填土通风管基础是地基基础的复合体，它既不是基础，也不是地基。这可从通风管的受力状态看出：一方面，通风管承担着上部建筑荷载，它应是基础的组成部分；另一方面，通风管上的荷载应力，又是通风管上填土传来的，通风管又应是地基的组成部分。这种填土通风管地基基础结构，确实很难将地基和基础明确区分开来，为方便起见，仍称其为基础。
无论何种形式的地基基础散热结构，其共同特点是地基基础中都留有一定通道，供空气流通之用，故可统称为通风基础。
通风基础是保持地基多年冻土冻结状态的合理基础形式。其中，桩基架空通风基础，是多年冻土地区普遍采用的。
架空通风基础可以利用冬季的自然通风，达到保持地基多年冻土冻结状态的目的，特别是对热源较大的房屋，如锅炉房、浴室等。
架空通风基础下，地基温度场变化情况如图3所示，与天然地面地温曲线(图4)相比。桩基架空通风基础下，地基表面的温度，无论是暖季，还是寒季，都比天然地面要低；地基多年冻土的上限埋深，较之天然地面要浅约1m。这就说明，架空通风基础可有效拦截地坪渗、漏热量，消除房屋采暖对地基多年冻土的热影响。
通风基础，适用于各种地形、地貌、冻土工程地质条件的多年冻土地基。在我国青藏高原多年冻土地区和东北大兴安岭多年冻土地区的阿木尔、满归等地，均采用过这种基础(表14)，使用效果良好。
7.2.2 大片连续多年冻土地区和存在岛状融区的多年冻土地区宜采用架空通风基础。在岛状多年冻土地区采用架空通风基础时，应通过热工计算。
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7.2.2东北大兴安岭和青藏高原多年冻土地区试验房屋的实践证明：架空通风基础房屋下的地基活动层，暖季的融化深度均较浅(见图3)，寒季可全部回冻。在大兴安岭中部、北部的多年冻土地区，其年平均气温均低于-2.5℃。寒季气温冻结指数If与地基活动层回冻所需冻结指数Im之比，均在2.16以上。说明这些地区寒季都有足够冷量使地基融化土体回冻。但对于大兴安岭南部的岛状多年冻土地区，架空通风基础能否采用，应进行热工计算和技术经济比较后确定。一般情况下，If/Im≥1.45，采用架空通风基础的房屋，地基活动层回冻是没有什么问题的，但必须设置更多通风孔或做成敞开式。
7.2.3 架空通风基础中桩基础应根据承载能力计算、蠕变下沉计算和抗冻胀稳定计算确定；独立基础的埋置深度，应按本规范第5章的有关规定确定。
7.2.4 根据热工计算或当地建筑经验以及积雪条件，可采用在勒脚处设置隐蔽形式通风孔的架空通风基础，或全敞开式通风基础。当采用自然通风时，通风空间顶板底面至设计地面的架空高度不应小于800mm。当在通风空间内设置管道时，其架空高度应能满足管道安装和检修的各项要求，且不应小于1.2m。采用架空通风基础时，应采取措施，防止阳光直接照射架空层。
通风空间内的地面应坡向外墙或排水沟，其坡度不应小于2％，并宜采用隔热材料覆盖。
7.2.5 架空通风基础隐蔽式通风孔的总面积(进气与排气孔的面积之和)，可通过热工计算或按本规范附录E的规定确定。
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7.2.3～7.2.5桩基、柱下独立基础、架空通风基础，主要由桩、柱或墩与上部结构梁、板组成；填土通风管圈梁基础，主要由圈梁和圈梁下通风管组成。
桩基、柱基、墩基架空通风基础通风空间的形式有以下两种：1)勒脚处带通风孔的隐蔽形式；2)梁下全通风的敞开形式。采用何种形式通风，可根据热工计算及当地积雪条件确定。
为使基础自然通风良好，通风空间高度h与建筑物宽度b之间应满足一定比例关系，据计算和经验，其比值应不小于0.02。不满足时，应采用强制性通风。根据隐蔽式通风空间通风孔构造要求，其通风空间高度h按下式计算：h＝a+h1+c，其中：a为通风孔底至室外散水坡表面最小高度，由积雪条件决定(防止积雪堵塞通风空间)，一般为0.30m～0.35m；h1为通风孔高度，一般为0.25m～0.35m；c为通风孔上部到通风空间顶棚的距离，取0.25m～0.30m。
从上面计算可知，隐蔽式通风空间的高度h，一般为0.8m～1.0m。
另据中科院冰川冻土研究所1987年对前苏联西伯利亚地区考察报告资料，该地区多年冻土上架空通风基础通风空间高出地面高度在1.0m～1.5m。从我国实际工程使用情况(表14)及技术经济条件出发，规定架空通风空间高度不小于0.8m是合理的。
7.2.6 填土通风管圈梁基础应符合下列规定：
1 填土通风管圈梁基础宜用于年平均气温低于-3.5℃且季节融化层为不冻胀或弱冻胀的多年冻土地区；
2 填土通风管圈梁基础，适宜单层、低层建筑采用；
3 通风管宜采用内径为300mm～500mm、壁厚不小于50mm的预制钢筋混凝土管，其长径比不宜大于40；
4 通风管应相互平行、卧放于填土层中，走向应尽量与当地冬季主导风向平行，通风管节间干砌连接；
5 天然地面至通风管底的距离和室内地面至通风管顶的距离，不宜小于500mm；
6 通风管数量和填土高度应根据室内采暖温度、地面保温层热阻、年平均气温、风速等参数由热工计算确定；填土厚度应大于设计融深，设计融深按本规范第5章的规定确定；
7 外墙外侧的通风管数量不得少于2根；
8 填土宽度和长度应比建筑物的宽度和长度大4m～5m，填料应采用冻胀不敏感的粗颗粒土；粗颗粒土中，细颗粒土(小于0.075mm颗粒)的含量，不得大于15％；填土时，应分层压实；填土层的承载力应满足设计要求。
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7.2.6采用填土通风管基础，保持地基多年冻土的冻结状态，在青藏铁路沿线多年冻土地区和大兴安岭多年冻土地区已使用多年，效果良好。
1采用填土通风管基础，保持地基多年冻土冻结状态时，所需通风管数量，是按一维稳定导热，假定建筑物的附加热量(地坪传入热量)全部由通风管通风带走的条件下确定的。具体计算方法如下：
将矩形填土垫层区域变换成同心半圆(图5)，使半圆外弧长度等于填土层外轮廓总长，半圆内半径r待求。
从表15、表16可以看出：在年平均气温高于-3.5℃时，填土通风管基础不宜采用；在年平均气温低于-3.5℃地区，填土通风管基础的采用，也应按具体条件，经热工计算确定。
2为使通风管自然通风良好，通风管的长度L与管径D之间，应满足一定的比例关系。据青藏铁路试验，通风管的长、径比不大于40时，填土通风管基础能发挥良好的作用。
3填土厚度应经热工计算确定。计算时，应考虑下列因素：
1)室内地面荷载扩散到原地面软弱土层时，应按软弱土层允许承载力，计算确定填土层厚度；
2)填土层下原活动层的压密下沉引起的通风管变形，应不影响通风管的正常使用，采用预留沉降高度解决，预留高度一般取0.15m；
3)为便于设置圈梁、条形基础和地坪保温层，并使上部结构荷载在填土层中分布均匀，室内地坪不应直接与通风管接触；
4)填土层应有足够的热阻，以保证地基多年冻土原天然上限不下降。据青藏铁路通风管路基试验资料，由于通风管中无太阳直接辐射，在暖季，通风管中空气的温度较管外气温低；在寒季，通风管中空气的温度较管外气温高。据有关观测资料：暖季，通风管内壁的nt系数约为0.6左右；寒季，通风管内壁的nf系数约为0.5左右。这就是说，在暖季，通风管下的地基仍有一定融化深度。因此，填土层需有一定厚度，才能保证地基多年冻土天然上限不下降。据青藏铁路实践经验，在一般情况下，填土厚度可采用1.0m～1.5m。
某填土通风管基础房屋地基温度场变化曲线见图6。
该房屋的填土平均高度为1.2m。通风管内径0.24m，外径0.35m，中心间距0.82m，管顶埋深约0.4m，长径比为43。该处多年冻土天然上限埋深3.9m。从图6可以看出，该房屋地基的最大融化深度(从室内地坪起算)约为3.7m。即填土通风管圈梁基础房屋下，地基多年冻土天然上限的抬升高度约与填土厚度相当。
4通风管底面离天然地面的高度和圈梁底面离通风管顶的距离不宜小于500mm的规定是基于以下考虑：
1)据青藏铁路试验：紧贴地面的通风管，处于坡角静风区，自然通风难以实现。通风管自然通风效果随离天然地面高度的增加而提高。故要求填土通风管圈梁基础中的通风管底离天然地面的高度不小于500mm。
2)据青藏铁路试验资料，地表温度日变化的影响深度约0.5m～0.7m。通风管顶埋深500mm，基本处于日变化影响深度以下，可有效改善填土通风管基础的热工特性。另外，圈梁、条形基础下500mm的土层，可使上部荷载在通风管顶面的分布较均匀，应力减小约一半(按30°角扩散)。
7.2.7 通风基础均应加强房屋地坪和通风空间地面的隔热防护，隔热层的厚度和设置位置，可经热工计算确定。
