冻结法基坑围护型式及其应用

冻结法基坑围护型式及其应用 【摘  要】 随着人工冻结法技术的日趋成熟，目前人工冻结法已广泛的用于地铁联络通道的设计及施工中，但是冻结法作为一种基坑围护形式的设计及施工实践还很少。本文系统地介绍了大统路地道改建段基坑采用冻结法基坑围护型式设计及施工的具体情况，通过对冻结设计、冻结施工、开挖施工及采取的相应措施等进行总结分析，得出一系列有价值的数据，表明在大统路地道基坑中采用冻结法作为围护结构型式的设计是合理的，对类似工程的设计施工有一定的指导意义。 【关键词】 人工冻结法; 冻土墙; 基坑围护; 数值模拟 随着地层人工技术的日趋成熟，人工冻结法广泛的应用于地铁上下行线联络通道的施工，并取得了良好的效果。但是目前人工冻结法还很少应用在基坑工程围护设计中。本文中的大统路地道改建段基坑围护就采用冻结法围护型式，按照重力式围护结构的设计方法，结合施工实践，本文得出了人工冻结法按照重力式挡墙设计的有益结论，同时也得到了人工冻结法施工的相关经验参数。 1 工程概况 原大统路地道下穿国铁与轻轨 3、4 号共线立交，现为了将 3、4 号线共线运营改为两线独立运营，拟对紧靠轻轨立交桥的部分大统路地道敞开段进行改建，由原来的 U 字形敞开结构改为箱形暗埋地道。 拟改建的敞开段地道与地铁 3 号线轻轨立交桥斜交约60°。地道净宽约 23m，净深约 5. 2 m，地道结构侧墙与底板厚度均为 0. 9m。改建范围为 K0 +360m 至 K0 +385m，总长度约 25m。由于地道改建时需凿除原结构底板，而地道底板以下地层为含水砂层，地下水位较高，因此，需要对改建地道周围进行适当的围护，以避免原地道底板凿除后发生坑底流砂、管涌和坑壁地层严重变形甚至坍塌，从而引起附近国铁和轻轨立交沉降的安全事故。 2 冻结法 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 2. 1 工程难点 ( 1) 所处地层为砂质粉土，地层条件复杂。从地表填土以下至约深 16m 均为砂质粉土，其稳定性差，施工时很容易发生基坑严重变形甚至涌砂。 ( 2) 施工区域紧邻国铁与轻轨立交，对环境影响控制要求高。 ( 3) 施工区周围地下管线复杂。在施工区附近有较多地下管线，其中地道东侧Ф3500 合流污水管距  离地道边线约 4. 1 ～5. 3m，该污水管不能搬迁，给地道改建施工带来了较大风险。 经过多种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的比较，本工程最终对该暗埋地道改建段采用人工冻结法基坑围护设计施工。 2． 2 冻结法基坑围护方案设计 针对该工程的特点，采用冻结法基坑围护和振冲注浆法进行坑底加固的总体设计 施工方案 围墙砌筑施工方案免费下载道路清表施工方案下载双排脚手架施工方案脚手架专项施工方案专项施工方案脚手架 ，其设计要点是: ( 1) 采用冻土墙进行基坑围护，冻土墙插入深 16m 以下隔水的⑤1粘土层，以杜绝坑底泛砂与管 涌。 ( 2) 对原地道底板以下地层进行振冲注浆加固，以提高地基承载力与稳定性，防止凿除原地道底板时两侧冻土挡墙发生水平滑移或倾覆，并对防止坑内施工灌注桩时发生钻孔坍塌也有一定作用。 ( 3) 根据基坑开挖宽度较大、深度较浅( 开挖深度6m) 的特点，地道两侧冻土墙设计按照重力式挡土墙设计，免去基坑内支撑。 ( 4) 原盲沟排水管路需改建为沿敞开段地道侧墙敷设。设计冻土墙将排水施工区包围其中，以便在地道改建过程中利用冻土墙围护进行排水管路施工。 ( 5) 预计冻土墙向外的水平冻胀位移为 20mm，如果冻土墙直接与合流污水管接触，有可能因地层冻胀损伤合流污水管，因此，设计中要求冻土墙距离合流污水管不小于0. 5m，并且在合流污水管上设置水平位移测点，一旦合流污水管水平位移超限( 10mm) ，通过在冻土墙与合流污水管之间钻孔泄压的方法，使合流污水管的水平位移控制在允许范围之内。 2． 3 冻结法基坑冻结参数设计 ( 1) 冻结围护范围与冻土墙深度确定。冻结围护范围为沿新建暗挖段结构和排水施工区外边界。围护区成顶角约 56°的平行四边形状，沿地道中心线净长度约 25m，垂直于地道中心线的净宽度约 27. 2m。 围护冻土墙总深度( 从地面算起) 为 20m，插入深部⑤1粘土层约 4m，插入比接近 3。 ( 2) 冻结孔布置与冻土墙厚度。通道两端: 采用单排冻结孔冻结，孔间距 0. 8m，按积极冻结时间 40d 计算，冻土圆柱扩展半径不小于 1m，冻土墙厚度约为 2m。通道两侧:采用内排竖直深孔、外排倾斜浅孔的双排孔冻结，其中内排垂直冻结孔深度 20m，孔间距 0. 8m; 外排倾斜冻结孔深度12m，孔间距 1. 2m。内外排孔地面处间距为 0. 7m。 按积极冻结 40d 预计，深度 12m 以下冻土墙厚度约为2m，深度 12m 以上冻土墙下厚上薄，下部最大厚度为 4m，顶部最小厚度为 2. 7m。 ( 3) 冻土墙平均温度与冻土强度指标。预计冻土墙的平均温度不高于 －10℃，冻土的抗压、抗剪和抗折强度分别可达到 3. 6、1. 5 和 1. 8MPa。 ( 4) 泄压孔布置。在地道东侧墙冻土墙外边界布置泄压孔。泄压孔深度初步确定为 10m，以接近合流污水管底深度为宜，泄压孔间距初步确定为 1. 2m。 2． 4 主要冻结施工设计参数 主要冻结施工设计参数为: 冻结孔最大偏斜量 ≤100mm; 冻结管采用Ф108 × 5 低碳钢无缝钢管; 两侧墙垂直冻结孔( 两排) 个数为76/50 个，对应深度为20/12m; 端侧冻结孔个数为 80 个，深度为 16m; 测温孔布置 8 个，深度 16 ～20m; 泄压孔孔径Ф190，深度 8m，布置 24 个; 最低盐水温度为 －28 ～ －30℃积极冻结时间 40d。 3 冻结法基坑围护施工工艺要点 ( 1) 冻结孔施工: ①钻孔采用优质泥浆作洗井液，防止钻孔坍塌; ②冻结管采用内衬管对焊连接; ③对冻结管进行打压试漏。冻结管试漏压力不低于 1. 0MPa; ④冻结孔采用经纬仪灯光侧斜。当冻结孔成孔间距大于设计要求时打补孔; ⑤开孔前必须摸清需保留的地下管线位置，避免被钻进损坏。 ( 2) 冻结系统安装: ①设 1 个冷冻站。装备 YSLG16F型冷冻结机组( 或同等制冷量冷冻机) 5 套: ②冷冻机与盐水箱和盐水箱与冻结器之间采用独立的盐水循环系统; ③每组冻结器均安装盐水控制阀门，并检测每组冻结器的盐水温度与盐水流量; ④在盐水箱中安装液位计和盐水漏失报警器; ⑤在地道侧墙内侧面敷设橡塑泡沫板保温。 ( 3) 积极冻结与维护冻结: ①开冻后巡回检查冻结器结霜，如发现结霜不均匀或有融化的情况，采取调节控制阀门和放空等措施解决冻结器盐水流量不均匀的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ; ②积极冻结一周后盐水温度降至 －18℃以下，开挖时盐水温度降到设计最低盐水温度要求; ③根据冻结壁温度监测并结合有限元数值模拟预测冻结壁的发展趋势。如冻结壁发展速度不能满足设计要求，采取延长积极冻结时间和增加冻结供冷等补救措施; ④控制冻土壁均匀、对称发展。每天检测周围地层沉降，一旦发现有明显沉降，通过调整冻结冷量或打泄压孔释放冻胀变形; ⑤实测冻土壁厚度和平均温度达到设计要求，水文孔水位稳定上升，即可进行地道底板凿除施工; ⑥在地道底板凿除与新结构施工期间进行围护冻结，维护冻结盐水温度不高于 －28℃; ⑦在积极冻结时，要停止冻结区内的排水管路过水，并尽量避免地层疏水; ⑧实测冻土墙厚度达到设计要求后转入围护冻结并进行基坑开挖;⑨一旦实测合流污水管水平位移达到警戒值，在合流污水管与冻土墙之间钻进泄压孔。泄压孔用直径 190mm 的三叶钻头钻进，通过在钻孔内循环清水排土，释放水平冻胀力，使冻土扩展与冻胀得到抑制。 ( 4) 停冻时间、封孔与融沉注浆。完成暗埋地道结构施工后即可停止冻结。停冻后用水泥砂浆充填冻结孔。在地层解冻过程中进行融沉注浆。融沉注浆技术要点如下:①注浆过程应遵循多点、少量、多次、均匀的循序渐进原则，并应根据实测地层沉降情况调整融沉注浆参数; ②注浆 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 以水泥 － 水玻璃双液浆为主，单液水泥浆为辅。水泥 －水玻璃双液浆配比为: 水泥和水玻璃的溶液体积比 1∶ 1，其中水泥浆水灰比为 0. 8。采用 B35 ～ B40 水玻璃，加 1 ～2 倍体积水稀释; ③最大注浆压力为 0. 2MPa; 注浆速度范围为20 ～ 40L / min; 自下而上分段注浆，注浆段高 0. 2 ～ 0. 33m，段内注浆量 50 ～70L。总注浆量为冻土体积的 15 ～20%; ④当一天地面沉降大于 1. 0mm，或累计地面沉降大于 3. 0mm 时，应进行跟踪注浆; 当地面或地道隆起达到 3. 0mm 时应暂停注浆。 ( 5) 施工效果。地道两端采用单排冻结孔冻结。通道两侧采用内排深孔、外排浅孔双排孔冻结。开挖过程中，由冻结施工引起合流污水管竖向位移为下降约 6mm，水平位移为向坑内约 2. 5mm，处于安全合理的范围。 4 结语 按照设计方案施工，基坑在冻结 40d 后开挖，开挖过程中没有出现较大的弯曲和变形，保证了开挖安全进行; 对周边建筑物的沉降监测结果表明周边建筑物的沉降符合要求，没有产生较大的不均匀沉降，说明封孔与融沉注浆的设计是成功的; 对高含水量的不稳定软弱地层的地下工程，采用冻结法基坑围护形式，可以有效地起到加固和防水作用。 由于本工程周边环境复杂，变形控制要求高，基坑形状不规则，并且本工程属于大统路地道改扩建工程后期工程的一部分，通过提前冻结，可充分节约施工总工期，避免了冻结过程延长工期的缺点。 参考文献 ［1］ 河海大学，江苏宁沪高速公路股份有限公司． 交通土建软土地基工程手册［M］． 北京: 人民交通出版社，2001． ［2］ 杨平． 平面冻土墙变形计算的理论分析［J］． 阜新矿业学院学报，1997，16( 2) : 499 – 503． ［3］ 杨平，张维敏． 平面冻土墙在风道基坑施工中应用［J］． 岩土工程界，2002，5( 8) : 47 – 48． ［4］ 张晶，杨更社． 深基坑围护中冻土墙变形的解析计算［J］． 长安大学学报，2002，22( 2) : 14 – 41． ［5］ 东兆星，崔广心． 深基坑支护中冻土墙力学特性研究综述［J］． 岩土力学，2002，23 ( 5) : 622 – 626． ［6］ 董金梅． 人工冻结支护结构模型分析［J］． 天津市城市建设学院学报，2010，7( 1) : 53 – 55．