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北方寒冬基坑安全如保证?这些措施可借鉴

267 2020-08-11 13:19:31




































































北方地区冬季严寒,施工期短,经常有基坑工程需要越冬,若不采取防护措施,基坑极易遭受冻害产生安全风险。本文基于工程案例总结越冬基坑的防护措施,来看一看北方的基坑是如何安全“过冬”的?


基坑的冻害形式


冬季的低温会导致基坑的两种冻害形式:①支护结构铁件的低温脆断;②土体的冻胀破坏。


1
支护结构铁件的低温脆断



基坑支护结构中的铁件在低温的情况下,易发生脆性断裂如:桩锚支护体系中的钢梁,一般都是双支钢梁,双支钢梁间的连接铺板在受冻后在焊接处容易崩断;钢筋及钢绞线锚杆在受冻后易在锚头锁定处脆断;土钉墙工程在土钉锚固处由于焊接产生集中应力容易脆断。


2
土体的冻胀破坏

土体的冻胀作用土体在冻结过程中,土体中的水冻结后体积膨胀,形成冰层、冰透晶体、多晶体冰晶等的冰侵入体,引起土颗粒之间的相对位移,使土体产生扩胀现象。黏性土一般都有冻胀性,砂类土的冻胀性要根据工程具体情况确定。


在基坑工程中,土体的冻胀作用会对支护结构产生冻胀力,从而致使基坑工程发生破坏。


(1)基坑的支护结构发生破坏


当冻胀作用产生的冻胀力大于支护结构所能承担的力时,支护结构会发生破坏。


(2)对基坑周围环境产生冻害


基坑周围有管线时,由于基坑侧壁土的冻胀侧向位移带动管线,易使管线破坏;当管线为水管线或供暖管线,易使管线受冻。


面板涨裂

坑顶开裂




桩间土及坡面破坏


设计计算


越冬基坑在围护结构设计时,支护结构的作用效果中包含温度变化及冻胀对支护结构产生的内力和变形。


根据JGJ118《冻土地区建筑地基基础设计规范》,作用于挡土墙背的水平冻胀应力的大小应由现场试验确定。在不能进行试验时,其分布按下图选定,土中最大水平冻胀应力值应按下表规定取值。


荷载效应组合时按GB5007《建筑地基基础设计规范》的有关规定,荷载效应组合时水平冻胀力和土压不应同时组合。


水平冻胀应力值取值表

水平冻胀应力值取值表


防护措施


基坑越冬可采取以下防护措施:①排水措施;②保温隔水;③结构措施;④应急措施。


1
排水措施



水文条件是冻土产生的冻害的主要因素。从理论上讲,如果能够将地下水或者外部降水完全排除,则冻害将要大大减轻或消除,在实际工程中不可能完全消除地下水,但在基坑周围设置完善的防排水系统可以在一定程度上减轻冻害。


排水措施主要包含两方面内容:一是排除基坑内积水;二是降低地下水位。


(1)对于上层滞水冻胀作用应予以足够的重视。


(2)在土体冻结前,隔断水分补给,并排除土体中水分,可减小土体冻胀,因此越冬基坑应连续降水,或者在坑壁上设置超过冻土深度的水平排水渗管。



排水措施


2
保温隔水



(1)保温措施


保温措施主要是减少冻结厚度,消减冻胀量,减少铁件的因低温产生的脆性。


保温措施主要包含:①人工补充热量②隔热保温材料


目前采用较多的是隔热保温材料,选取时要选择热导率小、承载能力高、耐水性号、且廉价经济的材料。常见的材料包括:草袋、草帘、泡沫混凝土、石棉板。


(2)隔水措施


常见的隔水措施有:①地面施加混凝土硬化覆盖,防止地表水入渗;②地下水位较高,土中含水量较大时,采用排水与隔水相结合的措施;③冬季停工期间,基坑降水不停止



隔热保温材料


3
结构措施



结构措施的主要途径是增大围护结构的承载力,使之满足在冻胀力作用下的稳定强度要求,进而达到防冻害的目的。采用这种方法时,在设计过程中,应进行冻胀力作用下围护结构稳定性验算。


对发生冻胀的基坑要进行严密的监测


4
应急措施



处理冻胀影响的措施首先是在预防阶段,越冬基坑一旦发生严重的冻胀破坏,要及时采取应急措施,防止冻胀影响基坑安全。


(1)卸压孔


在支护结构段打卸压孔,使冻土体积膨胀不受约束。


(2)堆载反压措施


在基坑内,冻胀影响较大区域,利用土方机械运土堆载,形成发现压力并增大约束以减小支护结构的变形和冻胀的影响。


(3)坑外挖土卸荷措施


在基坑边缘受冻胀影响较大的区域取土,形成横向坑槽,达到卸荷、减小支护结构的变形、消除冻胀力的作用。