季凍區(qū)深基坑樁錨支護(hù)體系安全性研究★

崔高航 郭麗麗 韓春鵬 李秋實(shí) 高 賀

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

?

季凍區(qū)深基坑樁錨支護(hù)體系安全性研究★

崔高航 郭麗麗 韓春鵬 李秋實(shí) 高 賀

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

結(jié)合哈爾濱市某深基坑工程實(shí)例，從凍脹期與融化期兩方面，監(jiān)測(cè)了季凍區(qū)該深基坑樁錨支護(hù)體系的安全性，指出深基坑側(cè)向水平位移在凍脹期與融化期均呈現(xiàn)復(fù)合式變形趨勢(shì)，且變形趨勢(shì)與大氣溫度變化趨勢(shì)具有一致性和滯后性。

深基坑，支護(hù)體系，位移監(jiān)測(cè)，凍脹期

深基坑工程是一項(xiàng)兼具擾動(dòng)穩(wěn)定與強(qiáng)度變形的綜合性工程，作為整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中安全等級(jí)高、技術(shù)難度大、影響范圍廣、事故危害大的最重要部分，逐漸受到廣泛關(guān)注。隨著深基坑工程的不斷發(fā)展，深基坑工程的監(jiān)測(cè)分析以及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等相關(guān)方面的理論研究逐漸豐富，但是針對(duì)季節(jié)性凍土地區(qū)的深基坑監(jiān)測(cè)分析的研究相對(duì)較少，且穩(wěn)定性研究更是不足。而越冬深基坑的安全性評(píng)價(jià)同樣是目前深基坑工程面臨的重要問(wèn)題之一。

1 工程概況

哈爾濱地處中溫帶季風(fēng)性氣候區(qū)域，冬季寒冷干燥，低溫持續(xù)時(shí)間從10月份可持續(xù)到來(lái)年4月份，其中1月份平均氣溫在-15 ℃～-35 ℃之間，3,4月份由于晝夜溫差大，處于凍融循環(huán)往復(fù)的解凍期。受此特殊凍脹氣候影響，哈爾濱市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尤其是深基坑工程時(shí)常面臨冬季凍脹的嚴(yán)寒環(huán)境，整個(gè)越冬期的施工監(jiān)測(cè)分析十分必要。

某深基坑工程位于哈爾濱市的繁華地帶，周邊交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，建筑物密集，其中南側(cè)、東側(cè)以及北側(cè)均臨近主要交通干道，西側(cè)緊鄰7層居民樓，最近處距離基坑僅余4 m，東北側(cè)有繁華的地下商城，且北側(cè)沿街方向有埋深1.5 m的地下高壓輸電線橫穿基坑，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工難度大。基坑開(kāi)挖深度為20.6 m～23.2 m，屬于超深基坑工程，基坑支護(hù)整體采用支護(hù)樁+冠梁+錨桿+樁間掛網(wǎng)噴射混凝土的樁錨支護(hù)體系，其中臨近塔樓區(qū)布設(shè)7道錨桿，其他位置均布設(shè)6道錨桿。基坑部分測(cè)點(diǎn)布置圖詳見(jiàn)圖1。

施工場(chǎng)地地層分布不均勻，以堆積土為主，其中各土層具體性質(zhì)詳見(jiàn)表1。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

科學(xué)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：1)周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)；2)路面沉降監(jiān)測(cè)；3)基坑水平位移監(jiān)測(cè)；4)冠梁頂水平位移監(jiān)測(cè)；5)鋼板樁水平位移監(jiān)測(cè)；6)錨索拉力監(jiān)測(cè)。由于篇幅限制，本文以水平位移以及路面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主進(jìn)行分析。

2.1 凍脹期監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

表1 土層性質(zhì)指標(biāo)

由圖2可以看出，凍脹期整體水平位移變化曲線呈現(xiàn)復(fù)合式變化的特點(diǎn)。埋深6 m位置處的深基坑側(cè)向水平位移整體遠(yuǎn)小于其他深度處，究其原因，在基坑深度5.8 m(高程142.2 m)的位置，恰好是第一道錨桿的施工位置，由圖可以看出，錨桿具有良好的限制土體水平位移的作用。埋深6 m～20 m之間的水平位移整體變化趨勢(shì)平穩(wěn)，錨桿的錨固作用明顯。埋深在20 m位置的水平位移則明顯大于整體水平位移，22 m處向下則逐漸穩(wěn)定，主要是因?yàn)樵摫O(jiān)測(cè)點(diǎn)處共設(shè)有6道錨桿，第6道錨桿埋深為17.5 m(即高程130.5 m)，同時(shí)該點(diǎn)處基坑深度為22 m，因此埋深20 m的位置處既缺乏錨桿體系的約束錨固作用，又缺乏基坑底部土體的相互作用，因此變形較大，雖然其側(cè)向位移仍在安全預(yù)警值之內(nèi)，但是需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。圖3中，在2013年12月～2014年2月初期監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，圍護(hù)樁頂水平位移變化相對(duì)穩(wěn)定，但是自2月11日起至3月11日止，四個(gè)圍護(hù)樁頂水平位移變化十分明顯，在此時(shí)間段內(nèi)，首先排除施工造成的影響。通過(guò)分析這段時(shí)間內(nèi)的大氣溫度變化不難發(fā)現(xiàn)，自2014年2月23日開(kāi)始，哈爾濱白天大氣溫度可回升至0 ℃以上，最高達(dá)6 ℃，但夜間溫度明顯降低，最低達(dá)-19 ℃，由此直接導(dǎo)致土體中的水分發(fā)生往復(fù)的凍脹—融化循環(huán)。同時(shí)根據(jù)圍護(hù)樁頂處土體屬于雜填土層，土體含水量較大，因此發(fā)生凍脹—融化循環(huán)的效果更加明顯，正是這種晝夜溫差的極端變化導(dǎo)致了圍護(hù)樁頂水平位移的顯著變化。其中尤其以GL1監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化最為明顯，監(jiān)測(cè)點(diǎn)GL1與KB1距離很近，此變形與KB1點(diǎn)深度2 m范圍內(nèi)的變形趨勢(shì)一致，很好的印證了深層水平位移受溫度影響的變形趨勢(shì)。

2.2 融化期監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

由圖4可以看出，處于融化期的土體水平位移變化依然呈現(xiàn)復(fù)合式變化的特點(diǎn)。整體變化趨勢(shì)穩(wěn)定，且水平位移逐漸遞增。在3月20日～4月10日期間，哈爾濱晝夜溫差最大，白天平均氣溫在0 ℃以上，最高達(dá)20 ℃，夜間平均溫度在0 ℃以下，最低達(dá)-12 ℃，正是由此導(dǎo)致的反復(fù)凍融循環(huán)的過(guò)程，導(dǎo)致土體承載力降低，深層水平位移增大，且變化明顯。在4月10日～5月底期間，春季回暖，土體中冰徹底融化，土體含水率增大，土體發(fā)生局部小范圍坍塌，深層水平位移持續(xù)增加，但增速明顯低于反復(fù)凍融循環(huán)階段，直至最終趨于穩(wěn)定。

圖5為融化期KB1監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近路面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整體呈線性變形趨勢(shì)，增速穩(wěn)定，且逐漸累加。在3月10日～4月30日期間，沉降速率增大，可見(jiàn)反復(fù)凍融循環(huán)對(duì)路面沉降造成的影響更甚于融化期的影響，不可忽視。4月30日之后，路面沉降持續(xù)發(fā)生，但是沉降速率明顯下降，累加沉降值在安全可控范圍之內(nèi)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)哈爾濱市某樁錨支護(hù)深基坑工程一個(gè)越冬期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得到以下結(jié)論：

1)深基坑側(cè)向水平位移在凍脹期、融化期均呈現(xiàn)復(fù)合式變形的趨勢(shì)，尤其以融化期影響更加明顯，且整個(gè)變化趨勢(shì)受大氣溫度變化影響明顯，較之兼具一致性與滯后性；

2)3月份晝夜溫差導(dǎo)致的反復(fù)凍融循環(huán)的影響程度更甚于融化期的影響程度，必須予以重視，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)采取措施。

[1] 張智浩,馬 凜,韓曉猛,等.季節(jié)性凍土區(qū)深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)凍脹變形控制研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2012,34(sup):65-71.

[2] 郭紅仙,宋二祥,陳肇元.季節(jié)性凍土對(duì)土釘支護(hù)的影響[J].工程勘察,2006(2):1-6.

[3] 孫 凱,許振剛,劉庭金,等.深基坑的施工監(jiān)測(cè)及其數(shù)值模擬分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(2):293-298.

[4] 李煥煥,高路皓,高 治,等.厚軟土地區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與監(jiān)測(cè)分析[J].施工技術(shù),2015(8):114-117.

[5] 杜 磊,王育平.軟土地層深基坑隆起變形規(guī)律及其對(duì)周圍建筑物的影響[J].施工技術(shù),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★:黑龍江省教育廳基金(12513013)；黑龍江省自然科學(xué)基金(E201149)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(DL12CB03)

崔高航(1973- )，男，博士，副教授； 郭麗麗(1991- )，女，在讀碩士

TU433

A