寒冷地區地基處理方法
——以甘肅省隴南地區農林工程項目為例

邵偉明

（蘭州資源環境職業技術大學，甘肅 蘭州 730021）

寒冷地區是依據我國GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》進行分類的，主要依靠的參數是年度平均氣溫所在的區間值以及氣溫低于某標準值的天數來進行劃分的。寒冷地區在地基施工方面的主要問題在于冬季在此類地區容易形成一定深度的凍土層，當氣溫變暖時，凍土雖然消融，但是由于凍土消融帶來的翻漿等問題，如果處理不當則會引起建筑物基礎發生變形，引起建筑物的沉降以及產生裂縫，嚴重的會導致建筑物的倒塌。在寒冷地區進行地基施工人員所需要重視的另一個問題就是基坑支護問題，也是影響建筑物地基處理的一個重要環節，需要引起施工人員的足夠重視。

1 寒冷地區地基處理方法

地基處理的方法有很多，根據不同的地基處理及要求，施工現場的實際情況以及工程的具體情況，選擇適合工程施工的地基處理技術。

在寒冷地區的實際施工中，主要是針對濕地、積水地段以及遇水田地段進行處理。對于濕地部分，可以采用置換土壤或者砂石墊層的方式，對相關問題進行有效解決；對于積水地段，如水泡子、遇水田等，可以通過拋石擠淤的方式或者疊層碾壓的方式進行解決；對于遇水田地段可以通過設置土工織物的方式進行解決，從而在有效保護地基土層的技術上，促進建筑物施工整體質量的提升。

2 工程概況及項目介紹

2.1 工程概況

該項目為甘肅省隴南地區農林工程項目。項目包含1 棟21 層A 座、1 棟1 層B 座及地下車庫?；哟笾聻殚L方形，長度約為168 m，寬度約為68 m；該建筑物設計±0.00 相當于絕對標高839.60 m，基坑底面標高為824.00 m?，F場地整體呈西高東低，且西側地面標高介于836.00 ～837.50 m，東側地面標高介于832.00～835.00 m?；幼袁F地面開挖，開挖深度西側為12.0～13.5 m，東側為8.5～10.5 m，基坑深度自西向東逐漸變淺。該基坑安全等級為一級，根據場地周圍資料可知，該基坑北側周邊環境較為復雜。在基坑西北側30 m 處有一座地上30 層，地下2 層的高層住宅樓，為樁基礎；東北側距基坑邊緣12 m 左右有一座6 層住宅樓；同時，施工期間將在高層建筑物的南側增設臨建及堆放材料。

2.2 基坑支護方案概述

2.2.1 支護樁設計

基坑四周：設計灌注樁樁徑800 mm，樁長13.8～22.3 m，樁間距1.4 m。頂部設置一個截面尺寸為1.0×0.8 m 的連梁。工程采用的灌注樁，還有涉及到連梁所使用的混凝土強度等級采用的C30。其采用的鋼筋混凝土所具有的保護層厚度為50 mm。

2.2.2 預應力錨索設計

預應力錨索采用3（4）高強度低松弛15.20 mm 鋼絞線和ovm15-3 錨具。錨索水平間距1.4 m，水平傾角15°，錨體直徑為150 mm，灌漿材料為水泥漿，水泥用量不小于35 kg/m，水泥漿強度為M30。錨索類型為張拉式，采用二次灌漿工藝。基坑西側3 道錨索，北側3道錨索，東北角1 道錨索，東側1 道錨索，東南角有2根錨索，南側有3 根錨索。

2.2.3 表面設計

樁間掛土Φ65@200 時單層雙向鋼絲網，噴100 mm 厚C20 混凝土面層。

2.3 監測方法及原則

2.3.1 監測方法

目的是將各項監測工作保持統一，把數據的監測結果提高，使其準確，對工程乃至全部進行指導并產生效果，監測工作采取總體布局、分層網絡布局的原則。首先建立統一的監控網絡，在此基礎上設置監控點（孔）。距基準面較遠的三個高程點布置影響較大。把一些測得的高程的基準點、施工的高程控制點進行連接。把沉降變形相關的監測基準網中一些比較穩定的高程，采用這些基準點作為起始點，形成水準網，再對水準網采用聯測的方法進行測試。認真的對外業測量觀察，采用二次水準測量技術及相關要求。目的是維持觀測的精度，會采取相應的一些措施，比如：

（1）如果天氣穩定，條件也穩定，在這樣的條件下進行觀測，形成清晰的成像。時間最好在太陽正午前后。太陽出來半小時，太陽落下前半小時，風力比4 級大的時候，這時候影像上會有尺度分界線不穩定的晃動，不容易觀測。陰天時整天都能被觀測到。

（2）觀測即將開始的前半小時，需要把儀器放置在比較開闊的條件下，比如陰影，儀器此時的溫度與環境溫度基本一樣。采用量具傘，對觀測點進行遮擋。

（3）可以采用雙數作為測站數，這樣就不需要校正。兩個刻度應該互換，儀器應該重新調整。在同一站觀測時，不允許對焦兩次。轉動儀器的傾斜螺釘和千分尺滾筒時，最終旋轉方向應為進動。

（4）對諸如相鄰觀測點高差變化的跡象，附近建筑物地基，地質地貌異常，墻體裂縫這些情況進行記錄，并標注。

2.3.2 監測點垂直位移測量

JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》里面提到的二等水準測量的一些內容規定了比如，把位于線路各工作點之間的水平閉合、附線聯測進行垂直位移監測，并且將各監測點的高程進行測量，在線路各個工作點作為單位。開始一個項目要求進行測量之前的準備工作，包含取各個監測點的三次初始高程測量值的平均值。把目前所測高程和上一個高程相減，所得即為垂直位移。累計垂直位移就是當前的高程值把初始的高程值做一個差值計算。

2.3.3 監測點水平位移測量

極坐標法有時也有優勢，會在監測點水平位移觀測的時候采用，但是也要根據現場的情況來判斷。首先把監控網的基準點安裝上全站儀，對齊、調平。把監測點、基準的監測點的角度以及距離量好并記錄，得到監測點的數據并得到坐標。把它們的位移矢量標在基坑垂直的方向。對周期和各初始值進行對比分析，根據公式計算得到監測點對基坑內側的變形，并標明。

2.3.4 深層水平位移監測

把PVC 管里面安裝導向槽，放置在基坑的支護樁后面。采用Φ70 mm 的管作為測斜管，將其里面安裝兩組90°縱向導向槽，目的是對測試方向進行控制和記錄。把導槽分別埋置成垂直、平行兩種方式。在整個測試的過程中，逐漸地將探頭順著導槽滑至孔底，此時需要探頭的溫度和周圍溫度接近后，方可測量位移，位移為X 方向的，間隔0.5 m，測量方式自下而上。還需做好基坑開挖前的準備工作，即測量每個深度點的傾角值，每個斜孔都測，把這些值計算平均值以后對其原始偏移值。“+”值表示朝向基坑內的位移，“-”值表示朝向基坑外側的位移。

2.3.5 錨索內力監測

錨固段錨固后張拉前，將選定的錨索（桿）預埋在孔內。將測功機安裝在孔板上。對于帶傳感器的測功機，首先將傳感器安裝在撓度小于0.5°、偏心距不大于5 mm 處。安裝張拉機和錨具，檢查測功機的位置。安裝完成后，開始預緊和張緊。張拉程序與工作錨索相同。加載和張拉前，測試初始值，三個讀數之差小于1%（f·s），初始觀測值需要采用平均計算的方法算得。緩慢地對其張拉，并將初始值記錄在冊。不同的荷載在測量地時候都需要記錄，而且最后一次測量之后需要對這個荷載進行穩定性觀測，并做好記錄。當記錄連續三次得到的讀數差小于1%（f·s）時，結論是穩定。張拉試驗加載結束后，依據時間間隔和荷載變化率將結果鎖定，繼續進行穩定性觀測。

2.3.6 現場巡視

基坑施工現場由負責記錄的施工員進行對應內容的監控，并做好記錄。

2.4 觀測頻率、預警值和允許值設置

2.4.1 監測頻率

不同的工作情況，采用不同的監測及時間間隔，這樣可以靈活多變，而且穩定。根據國家標準GB 50497—2009《建筑基坑工程技術規范》，也根據不同的工程實際，選擇合適的監測頻率。

2.4.2 報警指標

總變化率、變化率影響著監測報警指標，而且對累計變化的報警指標控制在規范要求的限值之內。本工程報警指標初步確定記錄內容，內容需要設計單位進行現場確認。

2.5 監測內容及作業依據

（1）沉降位移觀測。結合施工場地實際、設計圖紙的內容，把基坑周圍布置了16 個周邊建筑物沉降變形監測點和23 個基坑邊坡頂沉降的點進行沉降位移的觀測。從2017 年6 月21 日到2020 年9 月13 日，共進行了160 次觀察。

（2）土壤測斜儀。根據施工現場和設計圖紙的要求，在基坑周圍設置6 個測斜孔。2017 年6 月26 日至2020 年9 月13 日，共觀測102 次。

（3）錨索應力觀測。根據施工現場條件和設計圖紙要求，布置8 個錨索應力監測點。第一次觀測從2017年6 月30 日開始，監測持續到2020 年9 月13 日。

（4）運行依據及儀器選擇。GB/T12897—2006《國家一、二等水準測量規范》、GB 50026—2007《工程測量規范》、GB 50497—2009《建筑基坑工程監測技術規范》、JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》；工程基坑設計說明及圖紙（電子版）。

2.6 觀測成果及數據分析

（1）周邊建筑沉降監測。北側已有建筑豎向位移量均為0.0 mm，該施工階段對已有建筑無影響。

（2）基坑邊坡頂部沉降監測。在2017 年6 月21 日至2020 年9 月13 日的觀測期內，基坑23 個位移監測點的累積豎向位移在1.11～4.12 mm，不超過報警值（20 mm），垂直位移變化率在0.000 9 mm/d 和0.003 5 mm/d之間，未達到。報警值（3.0 mm/d）。23 個監測點最大位移變化為W21 監測點，累計垂直位移為4.12 mm，累計沉降變化率為0.003 5 mm/d，未達到報警值。

（3）基坑邊坡頂板位移監測。在2017 年6 月21 日至2020 年9 月13 日的觀測期間，基坑23 個位移監測點的累積水平位移在-174 mm 和18.8 mm 之間，并沒有超過報警值（30 mm），水平位移的變化率在-0.0147 mm/d 和0.0159 mm/d 之間，未達到報警值（3.0 mm/d）。23 個監測點最大位移變化為W21 監測點，累計水平位移為18.8 mm，最大變化率為0.015 9 mm/d，未達到報警值。

（4）土壤傾斜儀。第一次開始進行觀測于2017 年6 月26 日進行，最后一次結束觀測于2020 年9 月13日結束。通過對各測點的測試結果進行分析，得出由于土方的開挖坑內應力的釋放，坑外的水土向基坑內產生強大的側壓力，從而迫使周邊土體向坑內位移。開挖深度達到基底標高后，各測孔的數據逐漸收斂。從整個基坑變形數據來看，工程施工過程中土體變形較為均勻、平緩，沒有異常和突變現象。3 號測斜孔已達到報警狀態，現基槽已回填約8 m，目前該區域處于穩定，但是為了確保安全盡快組織該區域基槽回填。

3 地基凍土層及軟土層的處理方案

因為隴南地區特殊的氣候特征，當進行凍土地基設計時，應當采用破壞凍土原則，也就是在凍土地基施工前，預先進行融化破壞，加速其沉降固，或者直接將凍土挖除換填。經勘查地層結構特征知本工程存在不均勻厚度分布的軟土，由2 m 到30 m 不等分布，均位于地下水位以下，且為飽水、松散的流塑性狀態，工程穩定性不佳，軟土的巖性為灰黑色淤泥質粉質黏土，空隙比較大。由于軟土是一種細粒土，表現出的特點主要包含天然含水量高、孔隙大、壓縮性高和抗剪強度低等。而軟土地基主要包含兩種形式：一種是由淤泥、亞沙土、淤泥質土、亞黏土等組成的地基，另一種是由沖填土、松散沙土、雜填土、高壓縮性土質以及濕陷性黃土構成的地基。為保證建筑的安全性，經過設計方、勘察方、監理方多方溝通，考慮到寒冷地區冬季施工的局限性以及施工工期等多方面因素，最終確定了地基處理的方案。

3.1 寒冷地區凍土地基處理的方案

根據本工程的施工特點及工程進度，最終才比較換填砂礫處理法、直填法處理法以及樁筏處理法3 種不同的方案之后，最終選定了換填砂礫處理法對凍土進行處理。換填砂礫處理方案屬于凍土地基處理中的破壞凍土原則方法中的一種，對在施工工程中只有季節性凍土的地區比較適用，處理方法比較簡單，可直接將凍土層全部挖除并換填為不凍脹融沉的砂礫層。對季節性銜接多年凍土，需換填至不融沉或弱融沉地層。在凍土開挖的過程中，應當注意采用專門的機械對其進行施工處理，制定專門的施工組織設計，以此來合理的安排施工。

（1）對凍土類型以少冰凍土、多冰凍土的地基，對其的處理方式只需要挖除上層草炭土、淤泥，換填砂礫。

（2）對凍土類型以富冰凍土、飽冰凍土、含土冰層的地基，采用全部挖除凍土層，換填砂礫。持力層埋深不超過4 m 的路段可處理到砂礫、碎石土等持力層上。

3.2 寒冷地區軟土地基處理的原則

在對本工程的地質勘察報告進行深入研究分析，明確了工程項目所在位置的軟土地層的分布位置，分布的特點以及深度之后，結合對本工程地基土的物理性能及力學性能的了解分析之后，在盡量避開軟土區域的前提下，結合對周邊建筑市場材料價格的調研、本工程周圍建筑物的基本情況、工程的施工作業情況、對周邊建筑的安全保護等因素之后，根據建筑物的建筑分布特點采取以下處理方案：

（1）3 m 之內的軟土地基處理方式通常采用換填土法，考慮到土體置換的經濟性以及現場施工操作的簡單性，換填土法只需要采用土體質量符合工程要求的土，用運輸工具將土體運送到施工現場，再對需要置換的土體進行挖掘，然后使用碾壓器械對土體進行夯實。換填土法的造價一般不高，使用的機械和工序較為簡單，施工周期較短，一般幾天即可完成，對于換土深度不大的地基處理，比較經濟適用。

（2）8 m 以內的軟土基地的處理方式可以選擇強夯法，強夯法主要的原理是利用強夯產生的巨大沖擊力使土體孔隙水壓力發生變化，從而提升土體的承載力和穩定性，在面積較大的場地中處理比較常見。因為強夯法的機械單一，設計需要考慮的因素較少，施工工藝較為簡單，對于置換土體深度比較高但是不夠經濟的工程，可以考慮使用這種方法對軟土地基進行處理。但是這種地基處理方式具有一定的局限性，需要考慮強夯施工過程對周圍環境造成的影響，是否會影響舊有建筑的安全性，需要在充分勘察的基礎綜合論證才能選用強夯的地基處理方案。

（3）30 m 以內的軟土地基處理方式可以選用真空預壓法，比如近年來許多工程中采用的直排（無砂）式真空預壓法，這種真空預壓方式可以省去砂墊層的設置，直接利用真空管與排水板的聯結，將真空負壓荷載傳遞到土地的深度范圍內，利用密閉的真空管網形成的系統，提升土體的固結效率并且縮短土體加固的時間。還有一種采用的是化學真空預壓法，是通過在擬處理的高含水率淤泥、泥漿、污泥中加入合適的化學藥劑，提升土顆粒粒徑、形成土顆粒空間骨架、增強土體的滲透系數，并采用防淤堵排水濾膜，然后施加真空荷載，在短時間內達到降低含水率、提高強度的一種地基處理新工藝。

（4）隨著科技研發以及技術水平的不斷革新，目前水泥土攪拌樁復合地基又出現了變徑混凝土攪拌樁復合地基，長短樁組合復合地基等，能夠運用和使用的范圍也越來越廣，在有些對加固要求比較嚴格的工程中，還會采用接桿式雙向攪拌樁，這種樁能夠達到的施工深度更深，需要的凈空高度更低，相比高壓旋噴樁的處理方式，更經濟，施工效率更高。

4 結束語

寒冷地區由于其特殊的氣候特征，影響了地基施工的時間，增加了地基處理的難度，在針對不同的地基土體情況進行處理時，需要充分考慮經濟性和可行性之間的平衡，找到最優的處理方式，這樣才能有效提升寒冷地區地基處理的施工質量，經濟高效的地基處理技術將成為未來發展的方向。