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摘要：以哈尔滨新区在建的香港中心项目的深基坑支护结构为例，对怎样保证深基坑桩锚支护结构在冻融循环下能够安全使用的问题进行讨论与总结。
关键词：深基坑支护、冻融循环、保温、安全性
一、工程概况
本工程位于哈尔滨新区银水湾路、科技一街、创新三路围成的区域。工程建筑物由1栋146.3m高27层服务型公寓楼、1栋137.4m高25层服务型公寓楼、1栋107.3m高25层办公楼，4栋多层商业及2层地下室（含地下车库）组成。±0.00为118.5m，基础为桩筏承台式，地下室开挖面积约33200平方米，裙楼开挖深度13.8m，主楼开挖深度15m，局部开挖深度19.2m，为深基坑工程。基坑安全等级为一级。基坑支护整体采用混个凝土灌注桩排桩+冠梁+锚杆+桩间挂网喷射混凝土的桩锚支护体系，3道锚杆。
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深基坑工程
2.2桩锚支护结构体系的特点
香港中心项目基坑支护结构采用桩锚支护。桩锚支护体系是采用桩基础与锚杆共同组成的体系支挡的边坡工程。其优点是施工便捷，工程造价低，并且在基坑开挖中不受中部其他支挡结构的限制。但由于桩锚支护工程受支护桩和锚索布设的影响，桩锚支护体系相对于其他支护形式的位移较大，体系的敏感性较高。因此，发生冻害的基坑支护结构中以桩锚体系最具代表性。桩锚体系中的钢梁，一般都是双支钢梁，双支钢梁间的链接辅板在受冻后在焊接处容易崩断，钢筋及钢绞线锚杆受冻后易在锚头锁定处脆断。
三、冻胀的影响与危害
3.1土体冻胀的影响
土体的冻胀作用，黏性土一般都有冻胀性。砂类土一般认为没有冻胀性，但不同的含土量、不同的含水率，其冻胀性表现不同，有时砂类土也有冻胀性，尤其是含水率较高的地域，或地下水位较高，或基坑外侧长期有水补给，造成砂类土冻胀量很大，表现出很强的冻胀性。土的冻胀性强弱应根据工程的具体情况确定。季节性冻土地区的基坑发生冻胀作用是由于被支护粘性土发生的冻胀作用引起的破坏，被支护土体的水的质量分数越高，桩背侧土体发生冻胀作用就越大，发生的冻胀破坏也就越严重。这是越冬深基坑支护体系所产生的水平位移增大的原因。
3.2冻胀对支护结构的危害
冻胀变形是指在冻胀力和约束力作用下围护结构或土体的变形，冻胀变形本质上是土中的水由液相变为固相后的体积膨胀。影响冻胀量和冻胀力的因素众多，其中内在因素包括含水率、土体类型、密度等；外界因素包括环境温度、冻结速度以及冻胀时的约束和自由水补给等。明挖基坑属于露天工程，基坑侧壁和周边地面是其主要散热面，低温同时从侧壁和周边地面入侵基坑，土体冻结是以侧壁顶部为顶点、侧壁外表面和地面为两边的三角形来进行的，即双向冻结。基坑水平冻胀力的大小受双向冻结的影响主要表现为：从平行于地面的直线过渡到趋向与基坑侧壁方向平行的双向冻结曲线然后再过渡到与地面平行的直线。基坑周边土体受冻胀作用时，体积增大，支挡结构物对土体体积增大有一定的约束作用，因此支挡结构物与其背后的土体将会产生相互作用力冻胀力。作用于支挡结构物的水平冻胀力随约束程度的变化而变化，水平冻胀力随着支挡结构物朝向临空面的水平位移的增大而减小。当基坑温度急剧降低时，土体体积急剧膨胀，支挡结构物往往在冻胀力作用下发生强度破坏，危及基坑稳定与安全。香港中心项目地处哈尔滨松北新区。属于严寒地区，由于冻深较大，土的冻胀量一般较大，尤其是冻胀性较强的土，其较大的冻胀量容易产生如下几种破坏：1.桩锚结构：由于冻胀量大，致使钢梁、锚头、垫板、楔铁、连接辅板等构件受力增大，超出其本身强度而破坏，如钢梁弯曲变形、钢梁扭曲失稳、锚头崩断、连接辅板断裂或开焊、垫板变形等等；2.上述构件没有破坏，锚杆抗拉力达到极限，被拔出，锚杆失效，解冻后锚头松弛下坠，甚至与桩及钢梁脱离。3.桩间土冻胀后，桩间喷护面层受到破坏失效；如桩间喷护面层突出隆起、表面变形开裂、与桩体脱开等桩身受到破坏。
四、深基坑支护结构在冻胀环境下的处理措施
4.1深基坑工程支护结构在冻胀环境下施工现场的处理
冻害的预防，也就是深基坑工程越冬的保温工作，同样需要重视。深基坑如需越冬，宜进行越冬保温，保温范围除基坑立面外，基坑边缘外宜按照当地冻深的1.5倍范围内做保温。越冬过程中，如深基坑工程的支护结构体系及周边土体出现冻胀引起变形后，应立即对该部位进行保温加强处理，并扩大该部位保温加强范围。处理方式为在原保温基础上，保温厚度增加一倍，保温范围扩大两倍。与此同时，需对出现冻胀变形部位加大围护监测频率，直到采取的增强保温措施取得应有效果，冻胀变形量不再增加。由于哈尔滨地区为季节性冻土地区，基坑工程的支护结构和被支护土体的温度变形能力往往是不同的，并且冻胀作用和冻融循环作用产生的基坑变形很难精准计算。现如今，仍旧采用库仑公式或朗肯公式计算深基坑支护结构所承受的土压力。但是一个十分复杂的问题仍旧困扰着我们，那就是如何选择土体的物理参数，尤其针对开挖的深基坑，含水率、内摩擦角和黏聚力三个参数都是可变的，因此，对于支护结构所承受的实际受力是很难准确的计算出来的。项目根据所在地区地理特点。采取了一些降低冻胀和冻胀循环作用的措施。1.在深基坑侧壁及地面覆盖袋装珍珠岩用以保温，以减小土层冻结厚度和冻融循环发生程度。冬季停工期间，基坑降水工作不得停止。如深基坑支护体系不做越冬保温处理，由于地表水平冻胀变形累积量最大，因此围护结构顶部受力最大，应将基坑边缘支护结构与外侧土体在当地冻深深度范围内隔离成冻胀缓冲区。
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袋装珍珠岩保温
4.2深基坑工程支护结构在冻胀环境下设计上的处理
在土质有冻胀性的区域，深基坑桩锚支护体系需要越冬时，基坑设计需注意以下几点。无论实际安全等级如何，全部按安全等级一级基坑设计。桩锚结构中，锚杆受力的安全储备适当提高；钢梁尺寸提高一级；垫板、定型辅板加厚一级或适当加密；钢梁与桩体和桩间土间采用强度C20及以上砼填充；桩间喷护面层与桩身的连接点加密；锚杆的张拉锁定值适当减小。在土质有冻胀性的区域，深基坑需要越冬时，基坑全部构件的制作焊接过程中，必须焊接牢固。同时为了确保基坑桩锚支护体系及周边环境安全。应对锚杆腰梁有破损、变形、不连续的，要重新进行修复、张拉、锁定。对基坑支护变形较大区域应进行限荷（零荷载）。对于基坑周边有裂缝的区域，应及时采用措施对裂缝进行封堵，防止地表水侵入土体。应对基坑支护体系加强监测并制定应急预案，发现异常及时分析原因并采取有效加固措施。
五、总结
在季节性冻土地区，冻融循环将对桩锚支护超深基坑产生明显的破坏作用，影响基坑安全。因此，在越冬基坑设计和施工组织等方面应综合考虑，重点解决坑壁保温、地表排水和桩后土体排水等问题，降低冻融循环的不利影响。
参考文献
[1]薛陶，王强志.冻胀环境对深基坑稳定性的影响[J].市政技术，2017（05）：170-173.
[2]赵连平.深基坑越冬冻害的预防及处理[J].中国科技信息，2015：136-137.
香港中心项目基坑支护及降水施工图纸
香港中心项目越冬围护方案
论文作者:高小华,肖丽
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年21期
论文发表时间:2020/2/27
标签：基坑论文; 结构论文; 深基坑论文; 钢梁论文; 体系论文; 侧壁论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2019年21期论文;