季節性凍土基坑底覆蓋式越冬防護施工技術研究

陳相璟

（中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司，山西太原 030006）

0 引言

季節性凍土在我國分布較為廣泛，一般凍土深度能夠貫穿南北，最大凍結深度可達2～3m[1-2]。隨著高層建筑的快速建設，基坑工程成為目前最常見的城市地下開挖工程。低溫作用下，土體中的水分會凍結，體積增大而開始發生膨脹，繼而影響基坑等周邊結構物的使用性能和安全性能[3-6]。越冬基坑易受地基土體的溫度應力作用，產生的脹力通常能達到土壓力的幾倍甚至幾十倍，導致圍護結構發生變形甚至開裂等問題[7-9]。因此，有必要對越冬基坑做好防護和監測措施。

結合某實際工程，本文對季節性凍土基坑底覆蓋式越冬防護施工技術開展研究，可以有效預防和減少基坑凍害的發生，可以為今后類似工程提供經驗借鑒。

1 工程概況

朔州市大醫院建設工程位于長寧街以南，用地面積209647.79m2，如圖1所示。本工程土質為粉土褐黃色，含云母、菌絲、氧化鐵、零星姜石等，混有粉質黏土成分，稍濕，中密，無光澤，搖振反應中等，干強度及韌性低，壓縮系數介于0.102～0.211MPa之間，平均0.134MPa，具中等壓縮性。本工程區域屬北溫帶大陸性季風氣候，歷年平均氣溫7.2℃，1月平均氣溫最低-17.2℃，7月平均氣溫最高28.0℃。根據資料查詢朔州市冬季平均氣溫為-11℃以下，年極端最低氣溫-30℃，每年冬季土體凍結，次年春季融化，凍土層深最大達1.25m左右。凍土層中細粒土壤的水分在冬季負溫條件下結成冰晶，使土體膨脹，產生凍脹，容易引起基礎底板的凍脹破壞。由于本工程停工時間較長，基坑經過雨水沖刷，施工時間也已進入冬天無法繼續施工，為保證明年基礎不受凍需要采取覆蓋法進行土體保溫，確保施工質量。

圖1 工程

2 越冬防護方案

本基坑工程中的越冬防護對象主要為4#樓墊層及車庫未開挖土方裸露部分，總面積約53800m2。采用坑底覆蓋式防護技術，覆蓋范圍邊界至已開挖基坑邊，圖2為陰影部分。

圖2 基坑工程越冬防護部位

本基坑工程采用的越冬防護施工方法如下所述：

（1）清理墊層上的建筑垃圾，確保底板干凈、無異物。

（2）墊層的積水清除干凈，采用聚苯板填充密實。當遇到集水坑或獨立基礎采用木方架空后鋪設聚苯板以保證質量。

（3）鋪設一層塑料布，然后再鋪設一層兼具防火防水功能的防火布。為防止發生火災、雨水、積雪融化后浸泡土層，降低保溫效果，特鋪設防火布，搭接長度300mm，防火布帶接觸需使用膠水將其粘結牢固，防止雪水浸入。

（4）鋪設壓蓋土袋或方木間距5m一道，壓蓋位置為防火布接茬位置，同時在臨邊位置要求滿鋪土袋，如圖3所示。覆蓋防護所采用的材料性能和數量見表1。

圖3 越冬基坑覆蓋式防護

表1 主要材料計劃

（5）鋪設時針對性的選取基坑軸力、坑底等重點部位布設測溫點，每天進行測溫，將數據記錄并查看是否存在凍土現象。

塑料布、防火布盡量用寬幅的，順一個方向鋪設，塑料布搭接寬度不小于500mm。經熱工驗算，材料厚度滿足下式：

式中：H為凍土深度（取1250mm）；β1和β2分別為不同材料聚苯板和塑料布對土壤凍結影響系數（分別取3.9和17.25）；h1、h2和h3分別為不同為材料聚苯板、塑料布和防火布的厚度（分別為320mm、0.2mm 和 3.8mm）。

3 越冬防護方案

董旭[4]曾基于對線膨脹系數、凍土的導溫系數、凍土的導熱系數以及溫度場梯度的求解，得到越冬期基坑的溫度場，并進一步利用熱物性求解得到溫度應力，如式（2）所示。本工程通過對基坑軸力安設溫度傳感器和軸力傳感器，采用上述理論方法計算得到溫度應力，并與某典型實測軸力數據進行對比分析，如圖4所示。可見，該理論方法能較好地預測越冬期間的基坑軸力變化。此外，軸力未發生劇烈變化，表明本工程所采用越冬防護措施的有效性。

式中：σ-溫度應力；α-凍土的線膨脹系數；E-凍土的彈性模量；ΔT-溫度差值。

圖4 越冬基坑期間典型軸力計算與實測對比

4 結論

結合某實際工程，本文對季節性凍土基坑底覆蓋式越冬防護施工技術開展研究，主要結論如下：

（1）采用聚苯板、塑料布和防火布等相結合的覆蓋式防護體系，可有效保證基坑在低溫環境下不發生變形開裂。

（2）采用基于材料熱物性得到的溫度應力場計算獲得的軸力值，與現場實測值具有較好的吻合性，且越冬期間未發生顯著波動。