北方地區(qū)冬季嚴(yán)寒，施工期短，經(jīng)常有基坑工程需要越冬，若不采取防護(hù)措施，基坑極易遭受凍害產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。本文基于工程案例總結(jié)越冬基坑的防護(hù)措施，來(lái)看一看北方的基坑是如何安全“過(guò)冬”的？

基坑的凍害形式

冬季的低溫會(huì)導(dǎo)致基坑的兩種凍害形式：①支護(hù)結(jié)構(gòu)鐵件的低溫脆斷；②土體的凍脹破壞。

1

支護(hù)結(jié)構(gòu)鐵件的低溫脆斷

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的鐵件在低溫的情況下，易發(fā)生脆性斷裂。如：樁錨支護(hù)體系中的鋼梁，一般都是雙支鋼梁，雙支鋼梁間的連接鋪板在受凍后在焊接處容易崩斷；鋼筋及鋼絞線錨桿在受凍后易在錨頭鎖定處脆斷；土釘墻工程在土釘錨固處由于焊接產(chǎn)生集中應(yīng)力容易脆斷。

2土體的凍脹破壞

土體的凍脹作用：土體在凍結(jié)過(guò)程中，土體中的水凍結(jié)后體積膨脹，形成冰層、冰透晶體、多晶體冰晶等的冰侵入體，引起土顆粒之間的相對(duì)位移，使土體產(chǎn)生擴(kuò)脹現(xiàn)象。黏性土一般都有凍脹性，砂類土的凍脹性要根據(jù)工程具體情況確定。

在基坑工程中，土體的凍脹作用會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生凍脹力，從而致使基坑工程發(fā)生破壞。

（1）基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞

當(dāng)凍脹作用產(chǎn)生的凍脹力大于支護(hù)結(jié)構(gòu)所能承擔(dān)的力時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破壞。

（2）對(duì)基坑周圍環(huán)境產(chǎn)生凍害

基坑周圍有管線時(shí)，由于基坑側(cè)壁土的凍脹側(cè)向位移帶動(dòng)管線，易使管線破壞；當(dāng)管線為水管線或供暖管線，易使管線受凍。

面板漲裂

坑頂開裂

樁間土及坡面破壞

設(shè)計(jì)計(jì)算

越冬基坑在圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用效果中包含溫度變化及凍脹對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形。

根據(jù)JGJ118《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，作用于擋土墻背的水平凍脹應(yīng)力的大小應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。在不能進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，其分布按下圖選定，土中最大水平凍脹應(yīng)力值應(yīng)按下表規(guī)定取值。

荷載效應(yīng)組合時(shí)按GB5007《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，荷載效應(yīng)組合時(shí)水平凍脹力和土壓不應(yīng)同時(shí)組合。

防護(hù)措施

基坑越冬可采取以下防護(hù)措施：①排水措施；②保溫隔水；③結(jié)構(gòu)措施；④應(yīng)急措施。

1

排水措施

水文條件是凍土產(chǎn)生的凍害的主要因素。從理論上講，如果能夠?qū)⒌叵滤蛘咄獠拷邓耆懦瑒t凍害將要大大減輕或消除，在實(shí)際工程中不可能完全消除地下水，但在基坑周圍設(shè)置完善的防排水系統(tǒng)可以在一定程度上減輕凍害。

排水措施主要包含兩方面內(nèi)容：一是排除基坑內(nèi)積水；二是降低地下水位。

（1）對(duì)于上層滯水凍脹作用應(yīng)予以足夠的重視。

（2）在土體凍結(jié)前，隔斷水分補(bǔ)給，并排除土體中水分，可減小土體凍脹，因此越冬基坑應(yīng)連續(xù)降水，或者在坑壁上設(shè)置超過(guò)凍土深度的水平排水滲管。

排水措施

2

保溫隔水

（1）保溫措施

保溫措施主要是減少凍結(jié)厚度，消減凍脹量，減少鐵件的因低溫產(chǎn)生的脆性。

保溫措施主要包含：①人工補(bǔ)充熱量；②隔熱保溫材料。

目前采用較多的是隔熱保溫材料，選取時(shí)要選擇熱導(dǎo)率小、承載能力高、耐水性號(hào)、且廉價(jià)經(jīng)濟(jì)的材料。常見的材料包括：草袋、草簾、泡沫混凝土、石棉板。

（2）隔水措施

常見的隔水措施有：①地面施加混凝土硬化覆蓋，防止地表水入滲；②地下水位較高，土中含水量較大時(shí)，采用排水與隔水相結(jié)合的措施；③冬季停工期間，基坑降水不停止。

隔熱保溫材料

3

結(jié)構(gòu)措施

結(jié)構(gòu)措施的主要途徑是增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力，使之滿足在凍脹力作用下的穩(wěn)定強(qiáng)度要求，進(jìn)而達(dá)到防凍害的目的。采用這種方法時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行凍脹力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算。

對(duì)發(fā)生凍脹的基坑要進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)。

4

應(yīng)急措施

處理凍脹影響的措施首先是在預(yù)防階段，越冬基坑一旦發(fā)生嚴(yán)重的凍脹破壞，要及時(shí)采取應(yīng)急措施，防止凍脹影響基坑安全。

（1）卸壓孔

在支護(hù)結(jié)構(gòu)段打卸壓孔，使凍土體積膨脹不受約束。

（2）堆載反壓措施

在基坑內(nèi)，凍脹影響較大區(qū)域，利用土方機(jī)械運(yùn)土堆載，形成發(fā)現(xiàn)壓力并增大約束以減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和凍脹的影響。

（3）坑外挖土卸荷措施

在基坑邊緣受凍脹影響較大的區(qū)域取土，形成橫向坑槽，達(dá)到卸荷、減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、消除凍脹力的作用。