季冻区深基坑桩锚支护体系安全性研究★

崔高航 郭丽丽 韩春鹏 李秋实 高 贺

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



季冻区深基坑桩锚支护体系安全性研究★

崔高航 郭丽丽 韩春鹏 李秋实 高 贺

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

结合哈尔滨市某深基坑工程实例，从冻胀期与融化期两方面，监测了季冻区该深基坑桩锚支护体系的安全性，指出深基坑侧向水平位移在冻胀期与融化期均呈现复合式变形趋势，且变形趋势与大气温度变化趋势具有一致性和滞后性。

深基坑，支护体系，位移监测，冻胀期

深基坑工程是一项兼具扰动稳定与强度变形的综合性工程，作为整个建设项目中安全等级高、技术难度大、影响范围广、事故危害大的最重要部分，逐渐受到广泛关注。随着深基坑工程的不断发展，深基坑工程的监测分析以及稳定性评价等相关方面的理论研究逐渐丰富，但是针对季节性冻土地区的深基坑监测分析的研究相对较少，且稳定性研究更是不足。而越冬深基坑的安全性评价同样是目前深基坑工程面临的重要问题之一。

1 工程概况

哈尔滨地处中温带季风性气候区域，冬季寒冷干燥，低温持续时间从10月份可持续到来年4月份，其中1月份平均气温在-15 ℃～-35 ℃之间，3,4月份由于昼夜温差大，处于冻融循环往复的解冻期。受此特殊冻胀气候影响，哈尔滨市的基础设施建设尤其是深基坑工程时常面临冬季冻胀的严寒环境，整个越冬期的施工监测分析十分必要。

某深基坑工程位于哈尔滨市的繁华地带，周边交通网络复杂，建筑物密集，其中南侧、东侧以及北侧均临近主要交通干道，西侧紧邻7层居民楼，最近处距离基坑仅余4 m，东北侧有繁华的地下商城，且北侧沿街方向有埋深1.5 m的地下高压输电线横穿基坑，周边环境复杂，施工难度大。基坑开挖深度为20.6 m～23.2 m，属于超深基坑工程，基坑支护整体采用支护桩+冠梁+锚杆+桩间挂网喷射混凝土的桩锚支护体系，其中临近塔楼区布设7道锚杆，其他位置均布设6道锚杆。基坑部分测点布置图详见图1。

施工场地地层分布不均匀，以堆积土为主，其中各土层具体性质详见表1。

2 监测结果分析

科学监测的内容包括：1)周边建筑物沉降监测；2)路面沉降监测；3)基坑水平位移监测；4)冠梁顶水平位移监测；5)钢板桩水平位移监测；6)锚索拉力监测。由于篇幅限制，本文以水平位移以及路面沉降监测数据为主进行分析。

2.1 冻胀期监测结果分析

表1 土层性质指标

由图2可以看出，冻胀期整体水平位移变化曲线呈现复合式变化的特点。埋深6 m位置处的深基坑侧向水平位移整体远小于其他深度处，究其原因，在基坑深度5.8 m(高程142.2 m)的位置，恰好是第一道锚杆的施工位置，由图可以看出，锚杆具有良好的限制土体水平位移的作用。埋深6 m～20 m之间的水平位移整体变化趋势平稳，锚杆的锚固作用明显。埋深在20 m位置的水平位移则明显大于整体水平位移，22 m处向下则逐渐稳定，主要是因为该监测点处共设有6道锚杆，第6道锚杆埋深为17.5 m(即高程130.5 m)，同时该点处基坑深度为22 m，因此埋深20 m的位置处既缺乏锚杆体系的约束锚固作用，又缺乏基坑底部土体的相互作用，因此变形较大，虽然其侧向位移仍在安全预警值之内，但是需要重点监测。图3中，在2013年12月～2014年2月初期监测时间段内，围护桩顶水平位移变化相对稳定，但是自2月11日起至3月11日止，四个围护桩顶水平位移变化十分明显，在此时间段内，首先排除施工造成的影响。通过分析这段时间内的大气温度变化不难发现，自2014年2月23日开始，哈尔滨白天大气温度可回升至0 ℃以上，最高达6 ℃，但夜间温度明显降低，最低达-19 ℃，由此直接导致土体中的水分发生往复的冻胀—融化循环。同时根据围护桩顶处土体属于杂填土层，土体含水量较大，因此发生冻胀—融化循环的效果更加明显，正是这种昼夜温差的极端变化导致了围护桩顶水平位移的显著变化。其中尤其以GL1监测点变化最为明显，监测点GL1与KB1距离很近，此变形与KB1点深度2 m范围内的变形趋势一致，很好的印证了深层水平位移受温度影响的变形趋势。

2.2 融化期监测结果分析

由图4可以看出，处于融化期的土体水平位移变化依然呈现复合式变化的特点。整体变化趋势稳定，且水平位移逐渐递增。在3月20日～4月10日期间，哈尔滨昼夜温差最大，白天平均气温在0 ℃以上，最高达20 ℃，夜间平均温度在0 ℃以下，最低达-12 ℃，正是由此导致的反复冻融循环的过程，导致土体承载力降低，深层水平位移增大，且变化明显。在4月10日～5月底期间，春季回暖，土体中冰彻底融化，土体含水率增大，土体发生局部小范围坍塌，深层水平位移持续增加，但增速明显低于反复冻融循环阶段，直至最终趋于稳定。

图5为融化期KB1监测点附近路面沉降监测数据，整体呈线性变形趋势，增速稳定，且逐渐累加。在3月10日～4月30日期间，沉降速率增大，可见反复冻融循环对路面沉降造成的影响更甚于融化期的影响，不可忽视。4月30日之后，路面沉降持续发生，但是沉降速率明显下降，累加沉降值在安全可控范围之内。

3 结论

通过对哈尔滨市某桩锚支护深基坑工程一个越冬期的监测数据分析，得到以下结论：

1)深基坑侧向水平位移在冻胀期、融化期均呈现复合式变形的趋势，尤其以融化期影响更加明显，且整个变化趋势受大气温度变化影响明显，较之兼具一致性与滞后性；

2)3月份昼夜温差导致的反复冻融循环的影响程度更甚于融化期的影响程度，必须予以重视，一旦发现问题，及时采取措施。

[1] 张智浩,马 凛,韩晓猛,等.季节性冻土区深基坑桩锚支护结构冻胀变形控制研究[J].岩土工程学报,2012,34(sup):65-71.

[2] 郭红仙,宋二祥,陈肇元.季节性冻土对土钉支护的影响[J].工程勘察,2006(2):1-6.

[3] 孙 凯,许振刚,刘庭金,等.深基坑的施工监测及其数值模拟分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(2):293-298.

[4] 李焕焕,高路皓,高 治,等.厚软土地区深基坑支护设计与监测分析[J].施工技术,2015(8):114-117.

[5] 杜 磊,王育平.软土地层深基坑隆起变形规律及其对周围建筑物的影响[J].施工技术,2016(15):99-103.

Research on safety of support system of deep foundation pit anchor pile in seasonal frozen area★

Cui Gaohang Guo Lili Han Chunpeng Li Qiushi Gao He

(CivilEngineeringSchool,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Combining with a deep foundation pit engineering in Harbin as an example, from the frost period and melting period two aspects, monitored the safety of support system of deep foundation pit anchor pile in seasonal frozen area, pointed out that the foundation pit side horizontal displacement all showed composite deformation trend in frost period and melting period, and the deformation trend and atmospheric temperature change trend had consistency and lagging.

deep foundation pit, support system, displacement monitoring, frost period

1009-6825(2017)09-0054-02

2017-01-15★:黑龙江省教育厅基金(12513013)；黑龙江省自然科学基金(E201149)；中央高校基本科研业务费专项资金(DL12CB03)

崔高航(1973- )，男，博士，副教授； 郭丽丽(1991- )，女，在读硕士

TU433

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