浅析坑外降水对深基坑防冻胀的影响.pdf

浅析坑外降水对深基坑防冻胀的影响 戴道文 郭金岭 权爱忠 （中建交通铁路公司，北京， 1001 66 ） 摘要 ：冻胀作用影响基坑越冬安全性，本文依据徐州某基坑 开展 坑外降水前后 基坑 形变监测数据， 以及 温度及水位变 化情况 ，探究坑外降水 措施 对深基坑 冻胀病害的 影响。研究表明：黏性地区深基坑冻胀作用受含水率影响较大，合理 设置坑外降水井可有效降低基坑坑壁冻胀力的大小，提升基坑越冬期间的安全性，为季节性冻土区深基坑工程越冬 安全管理提供借鉴和参考。 关键词 ：冻融循环；水土冻胀；深基坑；基坑变形 1 前言 我国地域幅员辽阔，南北跨度大，季节冻 土区及多年冻土区占比超过一半，对于工程建 设造成一定的影响，特别是季节性冻土区深基 坑，其支护结构在冻融循环作用下影响较大， 往往存在较为严重的冻胀病害以及冻融循环病 害 [1-4]，产生的冻胀力不仅会增大 坑壁 水平位 移，还会产生桩间土锚固效果下降以及基坑隔 水性能下降等问题 [5, 6] ，甚至出现基坑边坡失稳 坍塌等重大安全事故。因此，季节性冻土区深基 坑工程的越冬冻胀问题是影响基坑安全的重要课 题 [7]， 在越冬期间不仅 需要严密监控基坑越冬期间形变量的变化情况，周全且具有针对性的冬季基 坑防护措施 将会 有效增强基坑越冬安全性。 季节性冻土区 基坑所在地区 随着冬季的降临， 环境 温度不断降低，导致基坑侧壁土体开始冻 结，并形成横向向外的冻结锋面， 不断由坑壁向土体内部发展，在此过程中 土体内部水分不断向冻 结锋面迁移，导致土体冻胀量远大于 水土 自身相变变形。现有冻土研究表明，土质、温度以及土体 含水率是影响土体冻胀量的三大主要因素 [8]，因此若要控制基坑冻胀病害，这三项要素是主要着手 点 。首先是土质类型， 相较于砂性土而言，黏性土产生的冻胀量更大，水力迁移量也越大， 因此黏 性土质基坑 越冬安全 性受冻胀影响也就越大，研究表明，在土体中掺入水泥 、石灰 等 可以 改变土质 属性 ， 降低其冻胀量 [9, 10] ；其次就是控制温度，对越冬基坑设置保温隔热层也能取得良好的防冻胀 效果 [11] ；土体含水率控制这个是基坑越冬安全管理的重点也是难点问题，土体冻胀的前提是其含水 率达到起冻含水率 [12] ，因此，在条件允许的情况下，合理设置坑外降水井是解决基坑越冬冻胀问题 的 好的解决思路 [8]。本文以某基坑坑外降水点设置效果为实例，分析坑外降水井的设置对基坑越冬 冻胀问题的控制效果以及对基坑越冬安全性的影响。 2 工程背景 本文研究对象为江苏徐州某深基坑，基坑平均开挖深度为 12.75m ，采用环梁内支撑 +钻孔灌注 支护排桩 +三轴搅拌止水帷幕的支护形式，混凝土支护桩桩径为 800mm ，桩间距 1400mm ，桩间挂 图 1 中国冻土分布范围示意图 Öн¨½»Í¨µÚÈý½ì¹¤³Ì¼¼Êõ´´Ð´´Ð§ÂÛ̳ÂÛÎÄÓ봴Ч°¸Àý¼¯ 337 网喷锚。基坑降排水采用三轴搅拌桩隔水帷幕 +场内降水的方式。但由于现场毗邻河流，基坑南侧 地下潜水面较高，埋深在 2米左右，部分区域埋深 1.3m ，又因三轴搅拌桩顶端埋深为 1.5m ，在基 坑南侧部分位置存在地下水越过隔水帷幕，导致南侧坑壁存在渗水的现象。 现场工程勘察可以看出，基坑上层本就是易发生 冻胀危害的黏 性土质，若不能有效控制基坑坑壁渗漏 现象，放任坑壁土体含水率继续增大，可以预见其将 对基坑越冬过程中，支护结构的安全性造成了一定的 负面影响。因此若要降低基坑所受冻融危害，重点在 于截断该区域渗水点的外部水力补给，考虑所处环 境、施工成本及难度，为保证基坑安全以及施工质 量，决定设置坑外降水井降低区域水头高度，在尽量 减少抽水量的前提下，隔断基坑内外地表水力联系， 并在基坑坑壁上增设排