中华人民共和国行业标准
冻土地区建筑地基基础设计规范
Code for design of soil and foundation of building in frozen soil region
JGJ 118-2011
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2 0 1 2 年 3 月 1 日
中华人民共和国住房和城乡建设部
公 告
第1137号
关于发布行业标准《冻土地区建筑地基基础设计规范》的公告
现批准《冻土地区建筑地基基础设计规范》为行业标准。编号为JGJ 118-2011,自2012年3月1日起实施。其中,第3.2.1、6.1.1、8.1.1条为强制性条文,必须严格执行。原行业标准《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ 118-98同时废止。
本规范由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2011年8月29日
前 言
根据住房和城乡建设部《关于印发<2008年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)>的通知》(建标[2008]102号)的要求,规范编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国内标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,修订本规范。
本规范的主要技术内容是:1 总则;2 术语和符号;3 冻土分类与勘察要求;4 多年冻土地基的设计;5 基础的埋置深度;6 多年冻土地基的计算;7 基础;8 边坡及挡土墙;9 检验与监测;以及相关附录。
本规范修订的主要技术内容是:增加了季节冻土与季节融化层内粗颗粒土在饱和条件下的冻胀性分类;强调了多年冻土的勘察要求;明确了多年冻土地基设计的选址原则;修改了季节冻土的基础埋置深度,修改了多年冻土地基基础的最小埋置深度;细化了热工计算的内容;细化了多年冻土桩基础的混凝土强度等级及入模温度,强调了热棒在建筑地基的应用;增加了冻土边坡的碎石层防护;增加了检验与监测内容。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本规范由住房与城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由黑龙江省寒地建筑科学研究院负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送黑龙江省寒地建筑科学研究院(地址:哈尔滨市南岗区清滨路60号,邮政编码:150080)。
本规范主编单位:黑龙江省寒地建筑科学研究院
大连阿尔滨集团有限公司
本规范参编单位:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室
哈尔滨工业大学
中铁西北科学研究院有限公司
内蒙古筑业工程勘察设计有限公司
中铁第一勘察设计院集团有限公司
七台河市建设局
青海省建筑建材科学研究院
兰州交通大学
本规范主要起草人员:王吉良 韩华光 马 巍 丁靖康 徐学燕 童长江 盛 煜 邱明国 张洪兴 葛建军 贾彦武 韩龙武 信立晨 朱 磊 张宝才 高永强 赵明阳 刘显全 魏 勇 付景利 王 旭
本规范主要审查人员:钱力航 王公山 欧阳权 徐柏梦 王金国 于胜金 原喜忠 章金钊 王建文 董德胜 饶浩文
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1 总 则
1.0.1 为了在冻土地区建筑地基基础设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境,制定本规范。
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1.0.2 本规范适用于季节冻土和多年冻土地区工业与民用建筑(包括构筑物)地基基础的设计。
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1.0.3 在冻土地基上进行建筑地基基础的设计时,除应符合本规范外。尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号
2.1 术 语
2.1.1 切向冻胀力 tangential frost-heave force
地基土在冻结膨胀时,沿切向作用在基础侧表面的力。
2.1.2 法向冻胀力 normal frost-heave force
地基土在冻结膨胀时,沿法向作用在基础底面的力。
2.1.3 水平冻胀力 horizontal frost-heave force
地基土在冻结膨胀时,沿水平方向作用在结构物或基础表面上的力,包括沿切向和法向的作用。
2.1.4 冻结强度 freezing strength
土与基础侧表面冻结在一起的剪切强度。
2.1.5 冻土抗剪强度 shear strength of frozen soils
冻结土体抵抗剪应力的强度。
2.1.6 冻土 frozen ground(soil,rock)
含有冰的土(岩石)。
2.1.7 多年冻土 perennially frozen ground,permafrost
冻结状态持续二年或二年以上的土(岩石)
2.1.8 季节冻土 seasonally frozen ground
地表层寒季冻结、暖季全部融化的土(岩石)
2.1.9 盐渍化冻土 saline frozen soil
冻土中当易溶盐的含量超过规定的限值时称盐渍化冻土。
2.1.10 冻结泥炭化土 frozen peaty soil
冻土中当土的泥炭化程度超过规定的限值时称冻结泥炭化土。
2.1.11 衔接多年冻土 connected frozen ground
直接位于季节融化层之下的多年冻土。
2.1.12 不衔接多年冻土 detachment of frozen ground
季节冻结层的冻结深度浅于上限的多年冻土。
2.1.13 整体状构造 massive cryostructure
冻土内没有肉眼能看得到的较大冰体的构造。
2.1.14 层状构造 layered cryostructure
冻土内的冰呈层状分布的构造,
2.1.15 网状构造 reticulated cryostructure
冻土内由不同大小、形状和方向的冰体形成大致连续网格的构造。
2.1.16 冰夹层 ice layers
层状和网状构造冻土中的薄冰层。
2.1.17 包裹冰 ice inclusion
除胶结冰外,土中的孔隙冰、冰夹层、冰透镜体等地下冰体的总称。
2.1.18 未冻水含水率 unfrozen-water content
在一定负温条件下,冻土中未冻水的质量与干土质量之比。
2.1.19 起始冻结温度 initial temperature of freezing
土中孔隙水发生冻结的最高温度称为土的冻结温度或起始冻结温度。
2.1.20 冻土地温特征值 characteristic value of ground temperature
冻土年平均地温、地温年变化深度、活动层底面以下的年平均地温、年最高地温和最低地温的总称。
2.1.21 地温年振幅 annual amplitude of temperature in ground
地表或地中某点,一年中地温最高和最低值之差的一半。
2.1.22 年平均地温 mean annual ground temperature
地温年变化深度处的地温。
2.1.23 冻土含水率(冻土总含水率) water content in frozen soil
冻土中所含冰和未冻水的总质量与土骨架质量之比,用百分比表示。
2.1.24 相对含冰率 relative ice content
冻土中冰的质量与全部水质量之比。
2.1.25 冻结界(锋)面 freezing front
正冻地基土中位于冻结前沿起始冻结温度处的平(曲)面。
2.1.26 融土 thawed soil(rock,ground)
冻土自融化开始到已有应力下达至固结稳定为止,这一过渡状态的土体。
2.1.27 季节冻结层 seasonal freezing layer
每年寒季冻结、暖季融化,其年平均地温高于0℃的地表层,其下卧层为非冻结层或不衔接多年冻土层。
2.1.28 季节融化层(季节活动层) seasonally thawed layer
每年寒季冻结、暖季融化,其年平均地温低于0℃的地表层,其下卧层为多年冻土层。
2.1.29 标准冻深 standard freezing depth
非冻胀黏性土,地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中,不少于10年实测最大冻深的平均值。
2.1.30 标准融深 standard thawing depth
衔接多年冻土地区,对非融沉黏性土、地表平坦、裸露的空旷场地中,不少于10年实测最大融深的平均值。
2.1.31 多年冻土天然上限 natural permafrost table
天然条件下,多年冻土层顶板的埋藏深度。
2.1.32 多年冻土人为上限 artificial permafrost table
人为条件影响下,多年冻土层顶板的埋藏深度。
2.1.33 地温年变化深度(年零较差深度) depth of annual zero amplitude of ground temperature
地表以下,地温在一年内相对恒定的深度。
2.1.34 热融滑塌 thaw slumping
分布在自然坡面上的地下冰层,受热融化时,上覆土体沿坡面下滑的现象。
2.1.35 冻结指数 freezing index
一年中低于0℃的气温与其相应持续时间乘积的代数和。
2.1.36 融化指数thawing index
一年中高于0℃的气温与其相应持续时间乘积的代数和。
2.1.37 开敞系统 open system(freezing)
土在冻结过程中,冻层下部分水分向冻结面不断迁移的系统。
2.1.38 封闭系统 closed system(freezing)
土在冻结过程中,没有外来水分进行补充的系统。
2.1.39 自然通风基础的通风模数 ventilation modulus of natural ventilation foundation
为通风空间中进气孔与排气孔的总面积与建筑物平面外部轮廓所包面积的比值。
2.1.40 热桩(热管桩) thermal pile(pile of heat pipe)
内部采用了液汽两相转换对流热虹吸(重力式低温热管)装置的桩基。
2.1.41 热棒基础 thermal probe foundation
将重力式低温热管插入基础中或放置侧面的基础系统。
2.1.42 融化盘 thaw bulb under heated building
采暖建筑物下,多年冻结地基土的一部分发生融化。融化界面形如盘、盆状。故称融化盘。
2.2 符 号
2.2.1 作用与作用效应
2.2.2 抗力与物理参数
2.2.3 几何参数
2.2.4 计算系数
2.2.5其他
3 冻土分类与勘察要求
3.1 冻土名称与分类
3.1.1 作为建筑地基的冻土,根据持续时间可分为季节冻土与多年冻土;根据所含盐类与有机物的不同可分为盐渍化冻土与冻结泥炭化土;根据其变形特性可分为坚硬冻土、塑性冻土与松散冻土;根据冻土的融沉性与土的冻胀性又可分成若干亚类。
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3.1.2 盐渍化冻土的盐渍度和强度指标应符合下列规定:
3.1.3 冻结泥炭化土的泥炭化程度和强度指标应符合下列规定:
1 冻结泥炭化土的泥炭化程度ξ应按下式计算:
2 冻结泥炭化土的强度指标应按本规范附录A表A.0.2-3、表A.0.3-3的规定取值。
3 当有机质含量不超过15%时,冻土的泥炭化程度可用重铬酸钾容量法,当有机质含量超过15%时可用烧失量法测定。
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3.1.4 对于坚硬冻土,其压缩系数α不应大于0.01MPa-1,并可将其近似看成不可压缩土;对于塑性冻土,其压缩系数α应大于0.01MPa-1,在受力计算时应计入压缩变形量。当粗颗粒土的总含水率不大于3%时。应确定为松散冻土。
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3.1.5 季节冻土与多年冻土季节融化层土,根据土平均冻胀率η的大小可分为不冻胀土、弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土和特强冻胀土五类,分类时尚应符合表3.1.5的规定。冻土层的平均冻胀率η应按下式计算:
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3.1.6 根据土融化下沉系数δ0的大小,多年冻土可分为不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷土五类,分类时尚应符合表3.1.6的规定。冻土层的平均融化下沉系数δ0可按下式计算:
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3.2 冻土地基勘察要求
3.2.1 多年冻土地区建筑地基基础设计前应进行冻土工程地质勘察,查清建筑场地的冻土工程地质条件。(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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3.2.2 在季节冻土层深度与多年冻土季节融化层深度内,应沿其深度方向采取土样,取样数量应根据设计需要确定,且每层不应少于一个试样,取样间距不大于1m。
3.2.3 在对多年冻土钻探、取样、运输、储存及试验等过程中,应采取防止试样融化的措施。
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3.2.4 季节冻土地基勘探孔的深度和间距可与非冻土地基的勘察要求相同;多年冻土地基勘察应符合本规范第4.1.2条中将多年冻土用作地基的三种状态的设计要求,勘探点间距应符合表3.2.4-1的规定;控制性钻孔应占钻孔总数的1/3~1/2;钻孔的深度应符合表3.2.4-2的规定;取样数量应满足设计需要。
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3.2.5 对多年冻土地基。应根据建筑地基基础设计等级、冻土工程地质条件、冻土特征、地温特征、地基采用的设计状态等情况,岩土勘察报告宜提供下列设计所需资料:
1 气象资料:年平均气温、融化指数(冻结指数)、冬季月平均风速、年平均降水量;
2 地温资料:年平均地温、标准融深(标准冻深)、秋末冬初地温沿深度的分布;
3 冻土物理参数:干密度、总含水率、相对含冰率、盐渍度、泥炭化程度、冻土构造、冰夹层厚度;
4 冻土与未冻土的热物理参数:导热系数、导温系数、容积热容量;
5 冻土强度指标:冻结强度、抗剪强度、承载力特征值、体积压缩系数、压缩系数;
6 冻土融化指标:融化下沉系数、融土体积压缩系数、融土承载力特征值;
7 土的冻胀指标:冻胀率、冻切力、水平冻胀力;
8 地下水分布的资料及特征,不良冻土现象的分布及特征。
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3.2.6 对地基基础设计等级为甲级或乙级的建筑物,其所在多年冻土场区宜进行地温观测等原位试验。
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附录K 冻土、未冻土热物理指标的计算值
K.0.1 根据土的类别、天然含水率及干密度测定数值,冻土和未冻土的容积热容量、导热系数和导温系数可分别按表K.0.1-1~表K.0.1-4取值。大含水(冰)率土的导热系数在无实测资料时可按表K.0.1-5取值。
K.0.2 单位土体相变热和未冻水含水率的确定应符合下列规定:
K.0.3 根据土的物理指标选取计算热参数时应符合下列要求:
本规范用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面问采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或”应按……执行”。
引用标准名录
1 《砌体结构设计规范》GB 50003
2 《建筑地基基础设计规范》GB 50007
3 《混凝土结构设计规范》GB 50010
4 《建筑边坡工程技术规范》GB 50330
5 《建筑桩基技术规范》JGJ 94
6 《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106
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