凍結(jié)法施工在深基坑中的應(yīng)用

1、凍結(jié)法施工在深基坑中的應(yīng)用摘耍：凍結(jié)排樁法的基本思路是以含水地層凍結(jié)形成的凍結(jié)惟幕墻為基坑的封水結(jié)構(gòu)，以排樁 及內(nèi)支撐系統(tǒng)為抵抗水土壓力的受力結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮各a的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在施工深、大基坑時(shí)，采 用排樁作為結(jié)構(gòu)支撐體系工藝成熟，凍結(jié)帷幕具冇良好的封水性能，兩種技術(shù)的結(jié)合不僅解決了 基礎(chǔ)維護(hù)結(jié)構(gòu)的受力間題而且解決了封水間題，施工可操作性強(qiáng)。兩種技術(shù)的結(jié)合既是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)， 乂是一種大膽的技術(shù)創(chuàng)新。關(guān)鍵同：深基坑：凍結(jié)排樁：圍護(hù)結(jié)構(gòu)1引言土層凍結(jié)技術(shù)源于天然凍結(jié)現(xiàn)象，是人工制冷使地層中的水結(jié)冰，將天然含水十層變成凍 結(jié)，形成凍結(jié)帷慕，增加強(qiáng)度和穩(wěn)定性并隔絕地下水，方便地下工程開(kāi)挖掘砌。1862年英岡威

2、爾 士的建筑基礎(chǔ)施工中首次成功使用人工制冷加固土壤；1880年德國(guó)工程師f. h. poetch提岀人 工凍結(jié)法原理，并于1883年在徳國(guó)阿爾巴里煤礦屮采用凍結(jié)法建造井筒，隨后該方法被廣泛應(yīng)用 到世界許多岡家的地鐵隧道、基坑邊坡、礦井市政等工程中，成為巖土工程施工的重耍方法之一。 我國(guó)凍結(jié)法應(yīng)用也冇50多年歷史，主要是用人工制冷技術(shù)暫吋加固不穩(wěn)定地層和隔絕地下水，目 前也用于一些深基坑工程和地鐵隧道工程。目前，國(guó)內(nèi)外凍結(jié)圍護(hù)技術(shù)在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用大致可分為以下5種方式。(1) 凍結(jié)圍護(hù)技術(shù)作為服務(wù)于其他主工法的措施性工程的應(yīng)用：凍結(jié)法具有封水性能好、適 應(yīng)性強(qiáng)、與混凝土壁等宥極好的粘結(jié)性。

3、凍結(jié)法優(yōu)r的防水性能使得它既可以作為主工法應(yīng)用也 可以作為苒他工法的輔助工法的應(yīng)用。(2) 凍結(jié)鬧護(hù)技術(shù)同其他工法的配合應(yīng)用方式：凍結(jié)技術(shù)可以和旋噴法、注漿法、排樁法、 地下連續(xù)墻技術(shù)等結(jié)合應(yīng)用，使各種工法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)k避短。(3) 凍結(jié)圍護(hù)技術(shù)作為預(yù)防已冇建筑地基變形的預(yù)防性工程的應(yīng)用：主耍是在地層屮形成密 封的凍結(jié)壁，使土m的局部區(qū)域得到預(yù)加固，土m強(qiáng)度和剛度得以提高，可大大減少基坑幵挖過(guò) 程中已冇建筑物地某某礎(chǔ)的變形。(4) 凍結(jié)壁作為基坑工程的主要閙護(hù)和承載結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方式:其特點(diǎn)是所設(shè)計(jì)的凍結(jié)壁作為 主要的承載結(jié)構(gòu)物，要求在整個(gè)施工期都必須滿足強(qiáng)度和變形的要求，在實(shí)際工程中多采用逆作

4、 法。(5) 凍結(jié)圍護(hù)技術(shù)也可以作為事故處理方法的應(yīng)用，尤其是在防水方兵宥獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。2深基坑凍結(jié)排樁技術(shù)在現(xiàn)代深基坑工程屮，m護(hù)結(jié)構(gòu)體系的成敗關(guān)系整個(gè)工程的命脈。凍結(jié)排樁m護(hù)結(jié)構(gòu)體系是一種 全新的深基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)，其設(shè)計(jì)思想是：排樁加內(nèi)支撐作為受力圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)人工凍結(jié)排 樁外側(cè)四周土m形成凍結(jié)壁用于止水。其工法特點(diǎn)是：充分利用人工凍結(jié)壁r好的封水性能、鉆 孔灌注樁易于嵌巖施工、n支撐結(jié)構(gòu)受力體系明確易控制等優(yōu)點(diǎn)，排樁的外荷載為水十壓力和凍 脹力，整體鬧護(hù)結(jié)構(gòu)體系清晰明了、封水性能好、易于施工和保證質(zhì)量。充分發(fā)揮兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 是排樁內(nèi)撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)與凍結(jié)工法的有機(jī)結(jié)合，也是巖土工程領(lǐng)域的一項(xiàng)

5、技術(shù)創(chuàng)新。2. 1凍結(jié)排樁技術(shù)施工工序排樁凍結(jié)工法的原理是利用排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)擋土，人工凍結(jié)帷幕擋水形成臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù) 基坑開(kāi)挖。即在基坑開(kāi)挖之前，根據(jù)基坑開(kāi)挖深度利用鉆孔灌注樁技術(shù)超前施工一排灌注樁，并 用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁把排樁頂端固定在一起使排樁形成支撐結(jié)構(gòu)體系，同吋在排樁外側(cè)施工一排 凍結(jié)孔，利用人工凍結(jié)技術(shù)形成凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)帷幕封堵基坑側(cè)面來(lái)水。為了預(yù)防凍結(jié)帷幕底部不 因坑底繞流水沖刷而破壞，可視地層情況采取局部注漿、延仲凍結(jié)帷幕深度等保護(hù)措施。凍結(jié)帷 幕形成肜，可在排樁支撐結(jié)構(gòu)和凍結(jié)帷幕的保護(hù)卜*進(jìn)行基坑幵挖。為了保護(hù)凍結(jié)墻體，堉加封水深度減少基底涌水量和壓力，通過(guò)凍結(jié)孔外側(cè)設(shè)置的多個(gè)注

6、 漿孔在一定標(biāo)高范m內(nèi)形成注漿帷幕。同吋考慮到凍結(jié)過(guò)程屮凍結(jié)體積膨脹會(huì)產(chǎn)生一定的凍脹力， 為降低凍脹力對(duì)排樁結(jié)構(gòu)的影響，在凍結(jié)孔外側(cè)距其中心一定位置處插花布設(shè)多個(gè)卸壓孔。其施 工工序見(jiàn)閣1。圖1凍結(jié)排樁施工工序2.2凍結(jié)排樁技術(shù)的特點(diǎn)深基坑凍結(jié)排樁技術(shù)是排樁內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)與凍結(jié)工法的宥機(jī)結(jié)合， -其特點(diǎn)為：(1) 排樁作為結(jié)構(gòu)支撐體系，凍結(jié)帷幕作為封水結(jié)構(gòu)，分工明確。(2) 凍結(jié)帷幕封水嚴(yán)密可靠，確?；痈赏谑┕ぁ?3) 排樁加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力清楚，實(shí)施過(guò)程中質(zhì)量容易控制。(4) 凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度與強(qiáng)度町以控制，可以形成任意的連續(xù)凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具冇靈活性。(5) 比其他地層加固方法

7、可靠，對(duì)地層的污染小。2.3凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形分析凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的w種變形方式：(1) 凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的豎直方向變形特點(diǎn)凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移場(chǎng)主要呈斜直線，下部位移小，上部位移大，因此抗傾覆穩(wěn)定性是凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主耍依據(jù)，當(dāng)坑底以卜土m為軟粘土 吋，凍結(jié)深度應(yīng)深入坑底0.5lh以下。凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的剛性，其變形主要受控于傾覆力 組。圖2的實(shí)測(cè)曲線反映丫豎直方向上的變形特點(diǎn)。 量1 - _ 屋 _ _ f0 24 6§車結(jié)困護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移u/mm圖2凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎直方向變形曲線(2) 凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平方向變形特點(diǎn)凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)跨屮部位的位移最大，在拐角處位 移基木為零，向兩側(cè)逐漸

8、減小。凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移場(chǎng)曲線從上向卜*逐漸平緩，整個(gè)墻體的變 形呈曲面形狀，最大位移發(fā)生在墻跨中的上端。圖3表示凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)上端表面水平位移變形的 曲線。§7sif?曬城姆l1 l一 j*_0481216凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)上端面位移u/mm圖3凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平方向變形曲線2.4凍結(jié)排樁技術(shù)的施工耍點(diǎn)在深基坑凍結(jié)排樁施工中需要注意的要點(diǎn)：(1) 在凍結(jié)過(guò)程屮土的體積膨脹將對(duì)排樁產(chǎn)生較大的水平凍脹壓力，對(duì)周邊的建筑物也有一 定的影響。(2) 排樁靠基坑pj側(cè)在基坑開(kāi)挖過(guò)程中與空氣接觸后，溫度將急劇上升：而另外一側(cè)與凍結(jié) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)體接觸溫度非常低，排樁因兩側(cè)巨大溫差將產(chǎn)生的溫度放力。(3)

9、凍結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)體達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后，如何對(duì)其進(jìn)行冇效控制從而避免產(chǎn)生更大的凍脹力。(4) 基坑開(kāi)挖暴露后，凍結(jié)鬧護(hù)結(jié)構(gòu)在夏季易融化，需要較大功率電源供電，并需采取保 溫措施。(5) 巖土力學(xué)基本理論的不成熟，設(shè)計(jì)計(jì)算所采用的數(shù)學(xué)力學(xué)模型巖土體的實(shí)際應(yīng)力一應(yīng)變 狀態(tài)常存在著較大的差距，必須加強(qiáng)工程監(jiān)測(cè)，通過(guò)信息化施工及時(shí)發(fā)現(xiàn)間題，保證工程安全。3深基坑凍結(jié)排樁工程實(shí)例潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋于2000年10月20 h開(kāi)工建設(shè)，跨江連島，北起揚(yáng)州，南接鎮(zhèn)江，全長(zhǎng)35. 66 公里，主線采用雙向6車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里，工程總投資約53億元，工期5 年，2005年10月1 h前建成通車。潤(rùn)揚(yáng)大橋連接京滬

10、、寧滬、寧杭三條高速公路，并使這三條 高速公路和312岡道、同三岡道主干線、上海至成都同道主干線互連互通，成為長(zhǎng)三角地區(qū)又一 電要的路網(wǎng)樞紐。鑒于地質(zhì)水文條件復(fù)雜，該項(xiàng)工程經(jīng)過(guò)專家組對(duì)眾多投標(biāo)方案如沉井、地下連續(xù)墻、凍結(jié)、 地下連續(xù)墻加凍結(jié)、排樁加凍結(jié)等方案的反復(fù)論證，最終確定采用排樁凍結(jié)基坑圍護(hù)方案進(jìn)行基 坑施工。排樁凍結(jié)法施工方案基本思路是以人工制冷凍結(jié)含水地層，形成凍結(jié)帷幕墻體作為基坑 的封水防滲結(jié)構(gòu)，以排樁及內(nèi)支撐系統(tǒng)抵抗水土壓力。凍結(jié)排樁法是一種全新的基坑施工工法， 應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)工程，在國(guó)n屬于首次，尚未檢索到國(guó)外使用該工法進(jìn)行敞開(kāi)式、大面積、深基 坑施工的實(shí)例。潤(rùn)揚(yáng)k江公路大橋南

11、錨旋基礎(chǔ)工程的基坑平面為矩形，尺寸為70.5mcx52.5mx29m，采用 凍結(jié)排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，凍結(jié)帷幕封水，排樁內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)擋土受力，解決基坑圍護(hù)的擋土止水間題。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑為1. 50m鉆孔灌注樁排樁，樁長(zhǎng)35m，橫橋向間距為1.70m，縱橋向?yàn)?.725m， 嵌入基巖約6m。排樁外側(cè)布設(shè)凍結(jié)孔、注漿孔和卸壓孔。凍結(jié)孔形成等效厚度為1. 3m的凍結(jié)帷幕，平均溫度為零下7攝氏度，距離排樁中心1. 4m, 凍結(jié)管長(zhǎng)40m。注漿孔布置在凍結(jié)孔外側(cè)，距離凍結(jié)孔中心0.6m。卸壓孔直徑為0. 25 m,深度為 25 m距凍結(jié)孔中心為1.30 m,每個(gè)凍結(jié)孔對(duì)應(yīng)布置兩個(gè)卸壓孔，橫向間距為0.85 m,縱向間距 為0.86 m,布置在注漿孔外側(cè)，降低凍結(jié)帷幕產(chǎn)生的凍脹力。4結(jié)語(yǔ)排樁凍結(jié)法作為一種新的支護(hù)方案，通過(guò)潤(rùn)揚(yáng)大橋的實(shí)踐證明可以用于深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。 深基坑凍結(jié)排樁鬧護(hù)新技術(shù)介:潤(rùn)揚(yáng)大橋南錨錠基礎(chǔ)工程屮應(yīng)用取得圓滿成功，是我國(guó)巖土工程基 礎(chǔ)施工法的一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新。該方法使結(jié)構(gòu)物深基礎(chǔ)嵌巖問(wèn)題變得簡(jiǎn)單易行，這是地下連續(xù)墻、沉 井等施工方法難以逾越的