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1、地基处理与加固的两种其他方法一、冻结法1、起源我国自1955年首次在开滦林西风井采用冻结法以来，主要应用于煤矿井筒特殊法施工，现已施工了500多个冻结井筒约90 1口n延米。已完工的山东龙固副井冲积层厚5677 m，冻结深度650 m，为国内之最。目前正在施工的郭屯主、副风井冻结深度已702 m。这50年中，我国人工制冷冻结技术经历了引进、推广、改进和发展几个阶段，其中具有代表的工程主要有安徽潘三东风井、河南陈四楼主、副井、山东济西主、副井以及龙固副井。上述井筒的建成标志着我国冻结凿井技术已达到国家先进水平，当然也遇到了无数的困难。其中，两淮施工中经常遇到的冻结管断管，井壁破裂漏水，甚至淹井等
2、事故，不仅危及井筒施工安全，还大大推迟了工期，经济损失重教训是深刻的，但也激励了几代工程技术人员的攻关积极性，为此，完成了多项重大科研项目，从而也获得了国家和省部级多项科研进步奖、无数工程技术人员增长了才干，成为高级工程师，有的还获得国家政府津贴。2、基本原理冻结施工法是常用的施工方法之一，使用制冷技术使地层中的水冻结，将天然岩土冻结成冻土，从而把不稳定的台水土体固化，形成具有一定厚度的冻结结构体冻结礁。当结构体具有相当的强度，可以抵抗周围的水土压力，隔绝地下水，形成封闭的不透水帐幕，地下工程于是可在冻结壁的保护下进行施工。它具有以下特点有效隔绝地下水。其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对
3、于含水量大于10的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术：冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达510Mpa能有效提高工效；冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小。冻结结束后冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业。能有效缩短施工工期。采用冻结法施工。冻土帷幕能满足受力要求不需下沉庞大的钢护筒。也无需大吨位钻机，解决了起重设备能力不足的困难，降低了施工难度；而且能有效地隔绝了地下水，实现桩基干处施工。减小大直径桩浇注水下混凝土的风险；同时，能有效提高工效，比常规方法施工方法节约工程成本。3、设计计算我
4、国冻结法凿井的主要地层为冲积层。冻结壁的设计是指满足砂性土的强度和粘性土中变形要求的厚度。其厚度计算主要是根据地压、冻土热2学和力学性质、井筒掘进直径、段高和裸露时间以及井壁结构与工艺等，实际上由于冻土热学和力学的耦合计算的影响因素很多，故一般采取热学与力学分别计算和相互检验的方法。在深井粘土层中冻结壁的厚度与强度，往往是造成许多重大事故的主要原因，因为粘性土强度低，流变特性显著，而过去的设计中很少考虑到。浅井常用拉麦公式和多姆克公式，均是按平面应变力学模型来计算的，同时也都没有考虑到冻土的流变特性(即与时间有关这一特征)，对于深井中应采用前苏联维亚诺夫和扎列茨基提出的小段高(空间结构)的强度
5、和变形公式。这个公式不仅考虑了强度，也考虑到变形。龙固副井就是按此公式计算的，施工中也是顺利的。前述两个公式都是基于与时间有关的弹性或弹塑性理论，后一公式已考虑了冻土流变(参数m，A)和掘砌工艺(参数e，l，施工中在支设时，必须做到大头朝下、保证垂直度误差小于5 mm，底部支座要牢固，选用的支撑应材质均匀、无弯曲、缺陷少，使木支撑尽量符合最佳的受力状况，这样才能确保结构的安全性，并满足质量要求。4、施工工艺与设备冻结法的施工工艺:第一阶段是冻结管的排列，根据工程特征要求，可布置各种形状；第二阶段，开始土壤冻结，冻土首先从每个冻结管周围向外扩展，当各分离的圆柱冻结体联成一体时，该冻结阶段就告完成
6、；第三阶段是继续降低冻结体的平均湿度和扩大冻土墙厚度使之达到设计要求；第四阶段是维持低温，保证开挖和做永久结构施工期间，冻土墙强度保持不变。完成使命后即开始强行解冻，拔除冻结管。 冻结法的施工设备： 1、 冻结法施工旁通道所用设备旁通道冻结施工主要机械设备表序号 设备名称 规格、型号 数量 额定功率 能力 1 螺杆冷冻机组 JYSGF300II 2 台 110KW 87500Kcal/h 2 盐水泵 IS125-100-200 2 台 45KW 200m3/h 3 冷却水泵 IS125-100-200C 4 台 15KW 120m3/h 4 冷却塔 NBL-50 4 台 15m3/h 5 钻机
7、 MK-50 1 台 6 电焊机 BS-40 2 台 7 抽氟机 1 台 说明：以上 1-4 项冻结设备均备用一台。2、 冻结法施工旁通道所用量测设备旁通道冻结施工主要量测设备表序号 设备名称 规格、型号 数量 备注 1 经纬仪 J2 1 台 2 测温仪 GDM8145 1 台 测量冻土温度 3 精密水准仪 1 台 4 打压机 20MPa 1 台 冻结器打压试漏 5 收敛仪 1 台 冻土帷幕收敛 6 钢卷尺 20m 1 把3我国自1955年首次在开滦林西风井采用冻结法以来，主要应用于煤矿井筒特殊法施工，现已施工了500多个冻结井筒约90 1口n延米。已完工的山东龙固副井冲积层厚5677 m，冻
8、结深度650 m，为国内之最。目前正在施工的郭屯主、副风井冻结深度已702 m。这50年中，我国人工制冷冻结技术经历了引进、推广、改进和发展几个阶段，其中具有代表的工程主要有安徽潘三东风井、河南陈四楼主、副井、山东济西主、副井以及龙固副井。上述井筒的建成标志着我国冻结凿井技术已达到国家先进水平，当然也遇到了无数的困难。其中，两淮施工中经常遇到的冻结管断管，井壁破裂漏水，甚至淹井等事故，不仅危及井筒施工安全，还大大推迟了工期，经济损失重教训是深刻的，但也激励了几代工程技术人员的攻关积极性，为此，完成了多项重大科研项目，从而也获得了国家和省部级多项科研进步奖、无数工程技术人员增长了才干，成为高级工
9、程师，有的还获得国家政府津贴。冻结施工法是常用的施工方法之一，使用制冷技术使地层中的水冻结，将天然岩土冻结成冻土，从而把不稳定的台水土体固化，形成具有一定厚度的冻结结构体冻结礁。当结构体具有相当的强度，可以抵抗周围的水土压力，隔绝地下水，形成封闭的不透水帐幕，地下工程于是可在冻结壁的保护下进行施工。它具有以下特点有效隔绝地下水。其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术：冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达510Mpa能有效提高工效；冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小。冻结结束
10、后冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业。能有效缩短施工工期。采用冻结法施工。冻土帷幕能满足受力要求不需下沉庞大的钢护筒。也无需大吨位钻机，解决了起重设备能力不足的困难，降低了施工难度；而且能有效地隔绝了地下水，实现桩基干处施工。减小大直径桩浇注水下混凝土的风险；同时，能有效提高工效，比常规方法施工方法节约工程成本。我国冻结法凿井的主要地层为冲积层。冻结壁的设计是指满足砂性土的强度和粘性土中变形要求的厚度。其厚度计算主要是根据地压、冻土热学和力学性质、井筒掘进直径、段高和裸露时间以及井壁结构与工艺等，实际上由于冻土热学和力学的耦合计算的影响因素很多，故一般
11、采取热学与力学分别计算和相互检验的方法。在深井粘土层中冻结壁的厚度与强度，往往是造成许多重大事故的主要原因，因为粘性土强度低，流变特性显著，而过去的设计中很少考虑到。浅井常用拉麦公式和多姆克公式，均是按平面应变力学模型来计算的，同时也都没有考虑到冻土的流变特性(即与时间有关这一特征)，对于深井中应采用前苏联维亚诺夫和扎列茨基提出的小段高(空间结构)的强度和变形公式。这个公式不仅考虑了强度，也考虑到变形。龙固副井就是按此公式计算的，施工中也是顺利的。前述两个公式都是基于与时间有关的弹性或弹塑性理论，后一公式已考虑了冻土流变(参数m，A)和掘砌工艺(参数 e，l，施工中在支设时，必须做到大头朝下、
12、保证垂直度误差小于 5 mm，底部支座要牢固，选用的支撑4应材质均匀、无弯曲、缺陷少，使木支撑尽量符合最佳的受力状况，这样才能确保结构的安全性，并满足质量要求。3、 冻结法施工旁通道所用量测设备旁通道冻结施工主要量测设备表序号 设备名称 规格、型号 数量 备注 1 经纬仪 J2 1 台 5、质量检测工程监测的目的是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。由于旁通道施工位于地下十多米处，为防止施工时对地面周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响，甚至严重破坏。对施工过程必须有完善的监测。 工程监测的内容工程监测贯穿整个施工过程，其主要监测内容为：地表沉降监测，隧道变形监
13、视，通道收敛变形监测，冻土压力监测。 6、工程实例1、工程概况及地质情况广州市轨道交通三号线天河客运站折返线及风道位于广州市天河区广汕公路。折返线斜穿广汕公路和沙河立交桥，风道在折返线北端。附近有新天河商贸城和天河汽车客运站。由于该区段道路两侧地下管线较多；其次，广汕公路是连接广州与汕头、增城之间的莆要交通干道，交通繁忙，小能封路施工，因此考虑采用暗挖法施工。折返线设计起始咀程为SK0+10260，终点单程支SKo+25040，长为1478 m。折返北端暗挖风道长2368 m。除公路外地面多为建筑商铺。折返线段隧道顶面距离地表最小约为8m，最大开挖跨度约为134m，断面形式为马蹄形，隧道临时支
14、护为厚350的C20网喷混凝土，内衬为C30厚450 mm的S8模筑钢筋混凝土。折返线隧道拱部围岩主要为冲积一洪积砂层、粉质粘土层、花岗岩残积砂质粘性土层，边墙及底部围岩主要为花岗岩残积砂质粘性土层、砂层密实度较差，富水性较强，稳定性差。花岗岩风化残积土因含砂量较多，遇水和扰动易软化崩解，水浸泡易发生崩解和流砂，甚至塌方。砂层为饱水层，透水性强，渗透系数为15nd，花岗岩风化残积土层、和全风化岩，饱水性较好，为弱透水层。综合评价地质条件很差。根据以往工程经验，在这样的地层中采用矿山法及常规辅助t法修建隧道，施工难度大，进度缓慢且工程投资难以控制，借鉴同内其他地区水平冻结的施工经验，经多方研究确
15、定，折返线暗挖隧道采用水平冻结法预加固围岩及止水辅助施工，见图l所示。然而在折返线初期支护完毕后，冷冻站停机，外围冻结帷幕开始自然解冻将产生融沉，会引起地面及隧道沉降，危及到地面建筑物和管线的安全，为此，需要进行融沉的控制。2、融沉控制总体方案5根据以往冻土解冻的经验，结合本工程的特点，采用自然解冻措施，在自然解冻的同时及时对冻土进行跟踪注浆，注浆的主要措施是根据在自然解冻期间监测反馈的信息进行地层跟踪注浆压密加固土体，具体方法为：(1)隧道地面融沉控制采用地面注浆的方式进行，对于非车行道部分，考虑从地面打管注浆，打管时避开地下管线的位置，对于车行道部分，由于冻结冻胀胀幅度过长，广汕路路面及地
16、下管线均进行修复，为此，融沉的治理工作安排在路面及管线恢复施工期间利用占道范围进行分期地面注浆；(2)隧道仰拱部位融沉控制采取衬砌中的预埋注浆管进行跟踪注浆，位置是在初期支护及冻土之间埋设注浆管，深度进入冻土lO cm，以补偿融沉，为了保证及时均匀的填充冻土融化所产生的空隙，采用分层注浆，即由于浆液扩散面积有限，当隧道结构内预埋的注浆孔一次性注满时，随冻土解冻过程用钢筋或电钻穿透注浆层，在此注浆层外围进行再次注浆。依次类推，直至将融化的冻土填充完毕，控制好融沉现象；(3)通过隧道衬砌中的预埋的注浆管进行冻结帷幕外围深层跟踪注浆，位置足在初期支护及冻土之间埋设注浆管，深度进入冻土10 cm，隧道结构层施工结束后，利用J一200金刚石钻机在结构层预埋的注浆管中施工深层注浆孔，深层注浆孔孔深至冻结帷幕外围，然后从冻结帷幕外围进行注浆，填充、改良土体，防止冻结帷幕外围土体随着冻土融化产生的空隙而下沉。3、施工技术措施1、注浆管的布设结合本工程
