学文网摘要：青海省木里煤田位于高原永冻土区，经过对该矿区工程实地情况进行调研，深入考察了已建工程的基础形式和地基处理方法以及建筑保温做法，详细调查了永冻土的季节冻融对结构物的破坏；结合国家相关规范和其他技术资料，给出了永冻土区煤矿建、（含构筑物）的地基处理方法，为以后的工程设计提供指导性意见。
关键词：永冻土 煤矿 基础 地基处理
高原冻土对建筑物（包括构筑物）的影响至关重要，研究永冻土层上的煤矿建筑物（包括构筑物）的地基处理方法、基础设计，解决永冻土的冻融作用对结构的影响是当务之急。本文以青海省木里煤矿为依托，结合具体工程项目，对矿区工程实地情况进行调研，探索永冻土区煤矿建筑物（含构筑物）的地基处理方法，为以后的工程设计提供指导性意见。
1、冻土地基、基础设计原则
1.1首先应明确冻土的几个概念
冻土是指温度在0℃或0℃以下，并含有冰的各种岩土和土壤，是由固体矿物颗粒、冰包裹体（胶结冰和冰夹层）、未冻水（薄膜结合水和液态水）、气态成分（水蒸气和空气）组成的非均匀多相颗粒材料。由于冻土的各相混合体之间的相互作用，冻土表现出的力学性能非常复杂。根据土的冻结状态保持时间的长短，冻土一般可分为短时冻土、季节冻土和多年冻土。冻土的特性是冻胀和融沉。我国在冻土工程研究中已经积累了大量成果，近年来在道路、水利及工业和民用建筑中得到了广泛的应用。工业和民用建筑方面，在防冻害措施方面进行了砂热层、基侧回填砂、桩侧涂料、不同倾斜角度的斜面基础、带扩大板的自锚式基础和地表保温等多种试验。采用强夯法处理冻胀性地基土的方法也取得了很大成功。
1.2 冻土地基、基础设计原则
多年冻土地区建筑物基础的主要问题是冻胀和融沉。对同一建筑场地应对各建筑物采用统一的设计状态，对一栋整体建筑必须采用同一种设计状态。在不连续的多年冻土分布地区，不宜将多年冻土用作建筑地基。
目前，多年冻土地基一般采用三种状态进行设计：
（1）保持冻结状态设计，在建筑物施工和使用的过程中，地基土始终保持冻结状态；
（2）逐渐融化状态设计，在建筑物施工和使用的过程中，地基土处于逐渐融化状态，最终达到平衡；
（3）预先融化状态设计，在建筑物施工之前，地基土预先融化至计算深度或全部融化。
在多年冻土地区建筑地基设计中，应对地基进行静力计算和热工计算。地基静力计算主要包括承载力计算、变形计算和稳定性验算，确定地基承载力时，应考虑地基土的温度影响，建筑在山坡的建筑物还应进行冻融界面的稳定性验算。多年冻土地基的热工计算主要指对持力层内地温特征值计算。
2、 调研实例
木里煤田矿区位于青海省海西州天峻县、海北州刚察县境内，整个矿区分为江仓、聚乎更、弧山和哆嗦贡马四区，是国家和青海省国民经济和社会发展“十一五”规划及远景规划的重点建设项目。
作者对部分建成的聚乎更二号井进行了实地调研，对已建和在建的部分工程项目进行了详细的考察，对矿区多年冻土的特性作了深入研究，并与现场技术人员进行了细致的经验交流，取得了丰富详细的现场资料。
2.1 矿区概况
位于矿区东南端的江仓区海拔标高为3750m～3950m之间。位于矿区西北部的聚乎更区海拔标高为4000m～4200m之间。区内广赋多年冰土，冻土（岩）厚度为50m～90m左右，最大融化深度小于3m。该区地处高寒地带，年平均气温在0℃以下，昼夜温差大，四季不分明，最低气温为-35.6℃，最高气温为19.8℃，年平均气温为-4.2℃。本区属高山严寒地区。
2.2 矿区建筑物与构筑物
2.2.1 结构基础形式与地基处理
从现场来看，功能重要、荷载较大的结构和对沉降控制较严的结构一般采用桩基础，由地面直接打桩至持力层。桩基础可以极大地提高承载力，避免基础的大面积开挖对多年冻土层的热扰动，能够有效控制主体结构的沉降、变形。
对于功能次要，荷载较小和对基础变形和沉降要求不高的结构，可采用柱下***基础和墙下条形基础。从现场使用效果来看，桩基础的承载力较高，其上部主体框架完好，变形和沉降能够得到有效控制。对于沉降控制不严的建筑，柱下***基础和墙下条形基础也是不错的选择，
2.2.2 保温隔热措施
在建筑保温上，矿区普遍采用架空通风基础。上部结构与室外地坪间设置架空层，架空层封闭，内部设置管道，建筑勒脚处设置隐蔽通风口，必要时可以打开通风。从现场的情况来看这种结构形式通风良好，可以有效的保护地基。
对于功能次要，荷载较小的建筑，也可采用填土保温基础。在天然地面上填充非冻胀性的砂石料，并铺设地面保温。此外矿区还广泛应用天然草皮作为保温材料，是一种经济方便的做法，取得了良好的效果。
架空通风基础能有效降低地基温度，保护地基稳定性，对建筑规模大，功能重要，荷载大的结构应优先采用；填土保温基础也可有效保护基础，对功能次要，荷载小的结构可适度采用。
2.2.3 冻融作用对结构的影响
由于建筑室内外温差大，冻土季节性冻融破坏，矿区建筑普遍存在墙面开裂的现象，建筑的维护墙与主体梁沉降不同步和地基的不均匀沉降导致脱落开裂。 建筑外散水基础一般较浅，在冻土的冻融破坏下易与主体结构沉降不同步而脱离，开裂现象也很严重。
由于冻土的冻融破坏作用大，建筑物的附属构件及构筑物的不均匀沉降明显，开裂破坏的现象严重，应采取有效的地基处理方式控制沉降。
3、煤矿主要建筑物基础处理方法
基于上文的研究分析，并结合《建筑地基基础设计规范》等标准，作者对高原多年冻土区煤矿建（构）筑物的基础设计和地基处理方法提出以下原则性建议：
功能重要，荷载大，对沉降控制要求严格的建（构）筑物（如井架、井塔、主厂房、筒仓等）应采用桩基础，必要时可采用桩筏基础，建筑地基基础设计等级应为甲级或乙级，并按要求对建（构）筑物进行地基变形验算。
功能次要，荷载较小，但采暖要求高，且对沉降控制要求较严格的建（构）筑物（如重要居住办公建筑，重要救灾建筑，有吊车厂房）宜采用桩基础，建筑地基基础设计等级为丙级；当地基承载力较高时，也可采用条形基础或***基础，但应进行变形验算。
功能重要，但荷载较小，采暖要求低，且对沉降控制不严格的建（构）筑物（如通风、通信、供配电、救援消防等系统建（构）筑物）可采用***基础或条形基础，建筑地基基础设计等级为丙级。
功能次要，荷载小且对沉降控制不严格的建（构）筑物（如锅炉房、简易库棚等）可采用条形基础或***基础，建筑地基基础设计等级为丙级；部分对沉降无要求的构筑物（如储煤场）可采用素土夯实基础。
采用条形基础和***基础的建（构）筑物，其基础埋深应在设计冻深之下。
人活动较多，采暖要求高且跨度较小的建筑物，宜采用架空通风基础，架空层应符合《冻土地区建筑地基基础设计规范》的要求。
采暖要求低的建筑物，上部荷载大的建（构）筑物，空间跨度大的建（构）筑物以及对沉降要求不严的建（构）筑物，均不宜采用架空通风基础，可使用不冻胀的砂石料进行地基处理，必要时可在室内地坪一下铺设聚苯乙烯保温板。
4、结语
在多年冻土地区进行基础的形式和构造设计是比较复杂的问题，在进行工程设计时要综合考虑多方面的因素 ，拿出多种方案进行比较分析，力求保证建筑物的安全和正常使用，做到技术先进和经济合理。
参考文献：
[1] 徐学祖，王家澄，张立新. 冻土物理学[M]. 科学出版社，2001.
[2] 武民，汪双杰，章金钊，多年冻土地区公路工程[M]. 人民交通出版社，2005.
[3] 中华人民共和国建设部. 冻土地区建筑地基基础设计规范[S]. 中国建筑工业出版社，1998.
[4] 中华人民共和国建设部. 建筑地基基础设计规范[S]. 中国建筑工业出版社，2002.
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