季节性冻土基坑底覆盖式越冬防护施工技术研究

陈相璟

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030006）

0 引言

季节性冻土在我国分布较为广泛，一般冻土深度能够贯穿南北，最大冻结深度可达2～3m[1-2]。随着高层建筑的快速建设，基坑工程成为目前最常见的城市地下开挖工程。低温作用下，土体中的水分会冻结，体积增大而开始发生膨胀，继而影响基坑等周边结构物的使用性能和安全性能[3-6]。越冬基坑易受地基土体的温度应力作用，产生的胀力通常能达到土压力的几倍甚至几十倍，导致围护结构发生变形甚至开裂等问题[7-9]。因此，有必要对越冬基坑做好防护和监测措施。

结合某实际工程，本文对季节性冻土基坑底覆盖式越冬防护施工技术开展研究，可以有效预防和减少基坑冻害的发生，可以为今后类似工程提供经验借鉴。

1 工程概况

朔州市大医院建设工程位于长宁街以南，用地面积209647.79m2，如图1所示。本工程土质为粉土褐黄色，含云母、菌丝、氧化铁、零星姜石等，混有粉质黏土成分，稍湿，中密，无光泽，摇振反应中等，干强度及韧性低，压缩系数介于0.102～0.211MPa之间，平均0.134MPa，具中等压缩性。本工程区域属北温带大陆性季风气候，历年平均气温7.2℃，1月平均气温最低-17.2℃，7月平均气温最高28.0℃。根据资料查询朔州市冬季平均气温为-11℃以下，年极端最低气温-30℃，每年冬季土体冻结，次年春季融化，冻土层深最大达1.25m左右。冻土层中细粒土壤的水分在冬季负温条件下结成冰晶，使土体膨胀，产生冻胀，容易引起基础底板的冻胀破坏。由于本工程停工时间较长，基坑经过雨水冲刷，施工时间也已进入冬天无法继续施工，为保证明年基础不受冻需要采取覆盖法进行土体保温，确保施工质量。

图1 工程

2 越冬防护方案

本基坑工程中的越冬防护对象主要为4#楼垫层及车库未开挖土方裸露部分，总面积约53800m2。采用坑底覆盖式防护技术，覆盖范围边界至已开挖基坑边，图2为阴影部分。

图2 基坑工程越冬防护部位

本基坑工程采用的越冬防护施工方法如下所述：

（1）清理垫层上的建筑垃圾，确保底板干净、无异物。

（2）垫层的积水清除干净，采用聚苯板填充密实。当遇到集水坑或独立基础采用木方架空后铺设聚苯板以保证质量。

（3）铺设一层塑料布，然后再铺设一层兼具防火防水功能的防火布。为防止发生火灾、雨水、积雪融化后浸泡土层，降低保温效果，特铺设防火布，搭接长度300mm，防火布带接触需使用胶水将其粘结牢固，防止雪水浸入。

（4）铺设压盖土袋或方木间距5m一道，压盖位置为防火布接茬位置，同时在临边位置要求满铺土袋，如图3所示。覆盖防护所采用的材料性能和数量见表1。

图3 越冬基坑覆盖式防护

表1 主要材料计划

（5）铺设时针对性的选取基坑轴力、坑底等重点部位布设测温点，每天进行测温，将数据记录并查看是否存在冻土现象。

塑料布、防火布尽量用宽幅的，顺一个方向铺设，塑料布搭接宽度不小于500mm。经热工验算，材料厚度满足下式：

式中：H为冻土深度（取1250mm）；β1和β2分别为不同材料聚苯板和塑料布对土壤冻结影响系数（分别取3.9和17.25）；h1、h2和h3分别为不同为材料聚苯板、塑料布和防火布的厚度（分别为320mm、0.2mm 和 3.8mm）。

3 越冬防护方案

董旭[4]曾基于对线膨胀系数、冻土的导温系数、冻土的导热系数以及温度场梯度的求解，得到越冬期基坑的温度场，并进一步利用热物性求解得到温度应力，如式（2）所示。本工程通过对基坑轴力安设温度传感器和轴力传感器，采用上述理论方法计算得到温度应力，并与某典型实测轴力数据进行对比分析，如图4所示。可见，该理论方法能较好地预测越冬期间的基坑轴力变化。此外，轴力未发生剧烈变化，表明本工程所采用越冬防护措施的有效性。

式中：σ-温度应力；α-冻土的线膨胀系数；E-冻土的弹性模量；ΔT-温度差值。

图4 越冬基坑期间典型轴力计算与实测对比

4 结论

结合某实际工程，本文对季节性冻土基坑底覆盖式越冬防护施工技术开展研究，主要结论如下：

（1）采用聚苯板、塑料布和防火布等相结合的覆盖式防护体系，可有效保证基坑在低温环境下不发生变形开裂。

（2）采用基于材料热物性得到的温度应力场计算获得的轴力值，与现场实测值具有较好的吻合性，且越冬期间未发生显著波动。