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摘要：本文针对环卫工程中的冬季冻害事故问题，研究对冻害产生的原因和有关基本条件，总结出处理和预防的一系列措施和方法。最后，介绍了新型材料HDPE膜技术在环境卫生工程中预防冻害的应用。
Abstract：Aiming at frozen damage of environmental health engineering in winter，this paper researched the causes of frozen damage and relatedbasic situation，and summarized a series of treatment and preventive measures and methods．At last，the paper presents application of technology of newmaterials HDPE file in preventing frozen damage in environmental health engineering．
关键词：环卫工程；冻害；处理及预防
Key words：environmental health engineering；frozen damage；treatment and prevention
中图分类号：TU933文献标识码：A文章编号：
引言
我国作为世界上第三冻土大国，我国的多年冻土面积约215万平方公里，也就是说，约有21.5％。冻土地区有着丰富的矿藏及森林资源，但是如果设计不合理、拖工不得当，地基就很容易发生冻胀现象，从而使建筑物产生较大的破坏，并严重的话造成冻害事故及威胁到生命安全。近年来，我国极端天气频发，类似冻害事故也有向全国蔓延的趋势，针对环卫工程中冻害事故的有效处理和预防是一个热门而急迫的研究和探讨的领域。本文就是从环卫工程上，对冬季冻害事故处理方法及预防的相关问题和新技术的应用进行系统研究和总结。
1冻胀机理
水工建筑物地基土发生冻胀的基本条件是水分、土质和负温。当大气温度降至0℃或0℃以下时，在气热交换过程中，使土体温度达到土中水结晶点时，土粒与土壤中的水分偶极分子发生接触，土颗粒失温的速度比水快，于是土粒较快冷却，形成冻结冰锋面的水分也接着冷却，逐渐将土的矿物颗粒间的水分联结起来，并有部分变为冰晶胶结。一般以冻胀量或相对平均体积增量来表示冻胀的大小。当以冻胀量表示时，见公式ΔV=Vi—V0
（1）
式中Vi为冻后土的体积，(cm3)；V0 为冻前土的体积，(cm3)；ΔV为冻胀量，(cm3)如以相对平均体积增量表示时，见式(2)。相对平均体积增量也被称之为冻胀率或冻胀系数：
（2）
式中Kd为冻胀系数或冻胀率。
从理论上说，根据地基土冻胀量的大小及其对建筑物的危害度，也可将地基土分为不冻胀(Kd≤l％)、弱冻胀(Kd=l％～3.5％)、冻胀(Kd=3.5％～6％)及强冻胀(Kd＞6％)四大类。
2 环卫工程冻害事故发生的原因
环卫工程冻害事故的发生，主要原因是地基土的冻胀对基础作用的隆起力在超过建筑物自重时，使建筑物基础产生向上的隆起变形，当变形量超过建筑物基础允许变形值时，建筑物则发生裂缝，严重的可导致建筑物破坏。具体分析归纳为：
2.1由于设计考虑不周引起建筑物冻害裂缝
在实际的考察中，我们发现在对冬季的花池、公厕、环卫建筑等不采暖类建筑物设计中，常常忽略了冻切、冻胀这两种因素，这就在一定程度上增加了环卫工程冻害事故的发生几率。所以，需要采取适当的措施，克服设计施工中的一些问题，从而保证从设计上达到消除或者减少冻胀、冻切力的发生。
2.2由于施工措施不当而引起建筑物冻害裂缝
在施工生产中，由于施工措施不完善、不详尽，也会引起建筑物冻害裂。由于诸多客观因素，一些建筑物需要在冬季施工，由于气温较低，一旦地基处理时施工措施不当，就有可能发生基槽底冻土融陷，产生地基不均匀下沉，从而导致以后出现墙体裂缝。基于此项原因，在制定冬季施工技术措施时，要对施工质量和防冻措施进行综合考虑，从而保证冬季施工的工程質量。
2.3由于管理不善发生冻害事故
这有一项案例，某水冲公厕，1990年修建，1994年3月发现外墙开裂，上宽下窄，垂直裂开。由于是竣工三年的工程发生的裂缝，不可能是施工质量或设计的问题，只有基础受补充水影响后，引起土的冻胀发生改变这一条原因。经现场询问得知，1993年曾经供水管线破裂，大部分水从地沟渗入基础，使地基土的含水量增大，局部改变了土的冻胀性质，使基础与回填土之间的冻结力增强，冻结面积增大，提高了局部的冻胀力，产生了不均匀冻胀而导致建筑物产生裂缝。
3 环卫工程冻害事故的处理方法和预防措施
基于上述冻害事故的原因分析，我们需要在设计、施工技术、后续维护措施中进行冻害裂缝防治，尽早预防不使其出现，一旦未能避免，应迅速查明原因，对事故进行修复。
3.1在设计中采取措施
在设计中，主体建筑物与附属建筑物要各自单设，避免公用一个基础，防止受冻胀时变形不协调，引起建筑物冻害事故。对建筑物主体与附属部分的门台阶，散水坡之间、雨篷柱与大门台阶之间要留出变形缝，然后用沥青玛蹄脂灌缝。对上部结构荷载较小的，如不采暖的建筑物、围墙、花池、建筑小品等，应充分利用上部结构荷载对地基土冻胀力的抑制作用。例如某办公大楼门前的花池子，在设计时，花池子三面设了基础，而在施工时。只砌了两面基础，一面利用了斜道基础，另一面利用了大门台阶基础，受冻后产生破坏性裂缝，宽达0.005m，并且把大门斜道顶裂2条缝。由于基础不是一个整体，是两条基础的组合，在土的冻胀或融陷时，出现了较大冻胀和融陷差所致。使一端抬起较大，花池子和大门斜道之间产生挤压，所以花池子开裂。处理方法及预防措施：将开裂的花池子拆除，重新砌筑独立的基础，然后再把花池子重新砌好。花池子与其它建筑物之间要留出足够的变形缝。并注意在设计时不应利用其它建筑物基础，在设计时按小的单体建筑物考虑基础。也可以改变常规设计方法。把花池子直接做成混凝土无底箱式池子，直接坐在需要的位置上，让它任意变形。
3.2在施工技术中采取措施
严把施工质量关，必须保证施工质量，设计中要留有变形缝，防止砌筑与抹灰时的砂浆灌入变形缝内，影响留缝质量，使变形时互相制约，引起冻害。对因上部主体工程，不能用当年砌筑的跨年基础，要认真编写越冬技术措施。在二三月份开始对建筑物基础进行施工，此时由于日平均温度较低，所以在编写冬季施工技术措施时，尤其要综合考虑施工阶段的保温措施。在对建筑物冻害进行检查时，我们还发现三例大门雨蓬根部、大门口上部墙体开裂，裂缝宽度达0.007m，这些开裂都发生在冬天，夏天到来后还能回到原位，这种重复出现裂缝的现象，属于季节性的冻胀和融陷所致。大门台阶一般设计为钢筋混凝土或素混凝土现浇。按照设计，应该留有足够的沉降缝，否则会造成雨蓬柱与门台阶之间的沉降缝过小或根本没设沉降缝。然而一些施工单位却在这方面做得不够仔细，只用几张油毡贴在柱子的根部，更有甚者连油毡纸都不贴，就开始现浇门台阶。每到冬季，由于地基的冻胀而造成雨蓬柱和门台阶同时拾起，使大门上雨蓬柱根都墙体开裂。处理方法及预防措施：认真观察裂缝情况，查找开裂原因。如果雨蓬柱根部与门台阶之间的沉降缝过小或根本没留沉降缝，要在雨蓬柱根部凿出足够的沉降缝，此冻害即可消除。在施工时要严格按图施工，严格检查验收，才能保证此冻害事故不再发生。
3.3不断完善对公共建筑物的后续管理
维护提高预防冻害事故的思想意识，明确责任和奖惩制度。定时对相关公共建筑物进行排查和检测，加大监管力度，负责管理的人员加强管理。特别对上部荷载较小的建筑物，在越冬前，要检查供水、供暖管线是否泄漏，及时维修，保证基础不受补充水影响，裂缝就不会再出现，即使是裂开的缝也会稳定，不需处理。
4 环卫工程中新技术的应用
目前在我国应用较广泛的HDPE(High Density Polyethylene)膜是一种高密度聚氯乙烯合成材料。有关部门经过对HDPE膜的性能研究和试验，得出HDPE膜对酸、碱和油污及水基化学剂有很好的耐腐蚀性与抵抗性；具有很好的防水性能；良好的拉伸强度和对紫外线的抵抗能力；良好的物理性、不胀缩、不变形可焊接性能好、使用寿命长的特点。它在施工技术也具有许多优点：质轻幅宽、耐低温、防渗漏性好、铺设加工容易、焊接性好，并且施工简便、迅速、易于操作，从而大大缩短了工期，北京2008年的奥林匹克水上公园赛道也采用了HDPE膜。
5 结语
文章通过对环卫工程建筑物冻害事故及其发生原因的分析，进一步详细叙述各类原因、引起事故的具体处理方法以及预防措施。只要我们在施工生产中认真总结经验，用科学的方法分析问题，就能正确地判断、处理、预防冻害事故的发生。为今后的环卫工程中的此类事故提供处理和预防的参考。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
Abstract：Aiming at frozen damage of environmental health engineering in winter，this paper researched the causes of frozen damage and relatedbasic situation，and summarized a series of treatment and preventive measures and methods．At last，the paper presents application of technology of newmaterials HDPE file in preventing frozen damage in environmental health engineering．
关键词：环卫工程；冻害；处理及预防
Key words：environmental health engineering；frozen damage；treatment and prevention
中图分类号：TU933文献标识码：A文章编号：
引言
我国作为世界上第三冻土大国，我国的多年冻土面积约215万平方公里，也就是说，约有21.5％。冻土地区有着丰富的矿藏及森林资源，但是如果设计不合理、拖工不得当，地基就很容易发生冻胀现象，从而使建筑物产生较大的破坏，并严重的话造成冻害事故及威胁到生命安全。近年来，我国极端天气频发，类似冻害事故也有向全国蔓延的趋势，针对环卫工程中冻害事故的有效处理和预防是一个热门而急迫的研究和探讨的领域。本文就是从环卫工程上，对冬季冻害事故处理方法及预防的相关问题和新技术的应用进行系统研究和总结。
1冻胀机理
水工建筑物地基土发生冻胀的基本条件是水分、土质和负温。当大气温度降至0℃或0℃以下时，在气热交换过程中，使土体温度达到土中水结晶点时，土粒与土壤中的水分偶极分子发生接触，土颗粒失温的速度比水快，于是土粒较快冷却，形成冻结冰锋面的水分也接着冷却，逐渐将土的矿物颗粒间的水分联结起来，并有部分变为冰晶胶结。一般以冻胀量或相对平均体积增量来表示冻胀的大小。当以冻胀量表示时，见公式ΔV=Vi—V0
（1）
式中Vi为冻后土的体积，(cm3)；V0 为冻前土的体积，(cm3)；ΔV为冻胀量，(cm3)如以相对平均体积增量表示时，见式(2)。相对平均体积增量也被称之为冻胀率或冻胀系数：
（2）
式中Kd为冻胀系数或冻胀率。
从理论上说，根据地基土冻胀量的大小及其对建筑物的危害度，也可将地基土分为不冻胀(Kd≤l％)、弱冻胀(Kd=l％～3.5％)、冻胀(Kd=3.5％～6％)及强冻胀(Kd＞6％)四大类。
2 环卫工程冻害事故发生的原因
环卫工程冻害事故的发生，主要原因是地基土的冻胀对基础作用的隆起力在超过建筑物自重时，使建筑物基础产生向上的隆起变形，当变形量超过建筑物基础允许变形值时，建筑物则发生裂缝，严重的可导致建筑物破坏。具体分析归纳为：
2.1由于设计考虑不周引起建筑物冻害裂缝
在实际的考察中，我们发现在对冬季的花池、公厕、环卫建筑等不采暖类建筑物设计中，常常忽略了冻切、冻胀这两种因素，这就在一定程度上增加了环卫工程冻害事故的发生几率。所以，需要采取适当的措施，克服设计施工中的一些问题，从而保证从设计上达到消除或者减少冻胀、冻切力的发生。
2.2由于施工措施不当而引起建筑物冻害裂缝
在施工生产中，由于施工措施不完善、不详尽，也会引起建筑物冻害裂。由于诸多客观因素，一些建筑物需要在冬季施工，由于气温较低，一旦地基处理时施工措施不当，就有可能发生基槽底冻土融陷，产生地基不均匀下沉，从而导致以后出现墙体裂缝。基于此项原因，在制定冬季施工技术措施时，要对施工质量和防冻措施进行综合考虑，从而保证冬季施工的工程質量。
2.3由于管理不善发生冻害事故
这有一项案例，某水冲公厕，1990年修建，1994年3月发现外墙开裂，上宽下窄，垂直裂开。由于是竣工三年的工程发生的裂缝，不可能是施工质量或设计的问题，只有基础受补充水影响后，引起土的冻胀发生改变这一条原因。经现场询问得知，1993年曾经供水管线破裂，大部分水从地沟渗入基础，使地基土的含水量增大，局部改变了土的冻胀性质，使基础与回填土之间的冻结力增强，冻结面积增大，提高了局部的冻胀力，产生了不均匀冻胀而导致建筑物产生裂缝。
3 环卫工程冻害事故的处理方法和预防措施
基于上述冻害事故的原因分析，我们需要在设计、施工技术、后续维护措施中进行冻害裂缝防治，尽早预防不使其出现，一旦未能避免，应迅速查明原因，对事故进行修复。
3.1在设计中采取措施
在设计中，主体建筑物与附属建筑物要各自单设，避免公用一个基础，防止受冻胀时变形不协调，引起建筑物冻害事故。对建筑物主体与附属部分的门台阶，散水坡之间、雨篷柱与大门台阶之间要留出变形缝，然后用沥青玛蹄脂灌缝。对上部结构荷载较小的，如不采暖的建筑物、围墙、花池、建筑小品等，应充分利用上部结构荷载对地基土冻胀力的抑制作用。例如某办公大楼门前的花池子，在设计时，花池子三面设了基础，而在施工时。只砌了两面基础，一面利用了斜道基础，另一面利用了大门台阶基础，受冻后产生破坏性裂缝，宽达0.005m，并且把大门斜道顶裂2条缝。由于基础不是一个整体，是两条基础的组合，在土的冻胀或融陷时，出现了较大冻胀和融陷差所致。使一端抬起较大，花池子和大门斜道之间产生挤压，所以花池子开裂。处理方法及预防措施：将开裂的花池子拆除，重新砌筑独立的基础，然后再把花池子重新砌好。花池子与其它建筑物之间要留出足够的变形缝。并注意在设计时不应利用其它建筑物基础，在设计时按小的单体建筑物考虑基础。也可以改变常规设计方法。把花池子直接做成混凝土无底箱式池子，直接坐在需要的位置上，让它任意变形。
3.2在施工技术中采取措施
严把施工质量关，必须保证施工质量，设计中要留有变形缝，防止砌筑与抹灰时的砂浆灌入变形缝内，影响留缝质量，使变形时互相制约，引起冻害。对因上部主体工程，不能用当年砌筑的跨年基础，要认真编写越冬技术措施。在二三月份开始对建筑物基础进行施工，此时由于日平均温度较低，所以在编写冬季施工技术措施时，尤其要综合考虑施工阶段的保温措施。在对建筑物冻害进行检查时，我们还发现三例大门雨蓬根部、大门口上部墙体开裂，裂缝宽度达0.007m，这些开裂都发生在冬天，夏天到来后还能回到原位，这种重复出现裂缝的现象，属于季节性的冻胀和融陷所致。大门台阶一般设计为钢筋混凝土或素混凝土现浇。按照设计，应该留有足够的沉降缝，否则会造成雨蓬柱与门台阶之间的沉降缝过小或根本没设沉降缝。然而一些施工单位却在这方面做得不够仔细，只用几张油毡贴在柱子的根部，更有甚者连油毡纸都不贴，就开始现浇门台阶。每到冬季，由于地基的冻胀而造成雨蓬柱和门台阶同时拾起，使大门上雨蓬柱根都墙体开裂。处理方法及预防措施：认真观察裂缝情况，查找开裂原因。如果雨蓬柱根部与门台阶之间的沉降缝过小或根本没留沉降缝，要在雨蓬柱根部凿出足够的沉降缝，此冻害即可消除。在施工时要严格按图施工，严格检查验收，才能保证此冻害事故不再发生。
3.3不断完善对公共建筑物的后续管理
维护提高预防冻害事故的思想意识，明确责任和奖惩制度。定时对相关公共建筑物进行排查和检测，加大监管力度，负责管理的人员加强管理。特别对上部荷载较小的建筑物，在越冬前，要检查供水、供暖管线是否泄漏，及时维修，保证基础不受补充水影响，裂缝就不会再出现，即使是裂开的缝也会稳定，不需处理。
4 环卫工程中新技术的应用
目前在我国应用较广泛的HDPE(High Density Polyethylene)膜是一种高密度聚氯乙烯合成材料。有关部门经过对HDPE膜的性能研究和试验，得出HDPE膜对酸、碱和油污及水基化学剂有很好的耐腐蚀性与抵抗性；具有很好的防水性能；良好的拉伸强度和对紫外线的抵抗能力；良好的物理性、不胀缩、不变形可焊接性能好、使用寿命长的特点。它在施工技术也具有许多优点：质轻幅宽、耐低温、防渗漏性好、铺设加工容易、焊接性好，并且施工简便、迅速、易于操作，从而大大缩短了工期，北京2008年的奥林匹克水上公园赛道也采用了HDPE膜。
5 结语
文章通过对环卫工程建筑物冻害事故及其发生原因的分析，进一步详细叙述各类原因、引起事故的具体处理方法以及预防措施。只要我们在施工生产中认真总结经验，用科学的方法分析问题，就能正确地判断、处理、预防冻害事故的发生。为今后的环卫工程中的此类事故提供处理和预防的参考。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。