呼和浩特市交通投资建设集团有限公司 内蒙古呼和浩特市 010020
摘要：目前水土冻胀的机理研究尚不深入，国内设计和施工规范规程也未明确水土冻胀力计算方式以及水土冻胀对支护结构的影响的量化计算，本文结合呼和浩特当地气候条件及现场施工监测数据，分析严寒低温对于基坑支护结构的影响。
关键词：基坑支护；严寒；支撑轴力
呼市气候条件
呼和浩特市属于典型的中温带干旱、半干旱大陆性季风气候，年平均气温：北低南高，北部大青山区仅2℃左右，南部为6.7℃。最冷月气温-12.7～-16.1℃；最热月平均气温17-22.9℃。平均年温差为34.4-35.7℃，平均日温差为13.5-13.7℃。极端最高气温38.5℃，最低-41.5℃。
呼和浩特地铁1号线沿线地质条件属于富水砂土地层，地下水含量丰富，补给迅速。西段、中段地下站基坑主要采用止水方式，基坑开挖后，坑底及围护结构背侧水土将受到低温的严重影响，严寒条件下易引起水土冻胀；目前水土冻胀的机理研究尚不深入，国内设计和施工规范规程也未明确水土冻胀力计算方式以及水土冻胀对支护结构的影响的量化计算，结合呼和浩特当地气候条件及现场施工监测数据，分析严寒低温对于基坑支护结构的影响。
现场监测信息反馈
2016年4月，开始主体基坑地连墙施工，从此，地铁1号线车站全面开始主体工程施工，主体深基坑工程至2018年基本结束，主要经历2016年冬季和2017年冬季。期间，对全线典型车站基坑工程监测信息进行分析和梳理，主要有以下规律：
1、混凝土支撑轴力受温度影响较大
温度对混凝土支撑轴力的影响较明显，轴力变化趋势与温度变化趋势基本吻合，不同支撑轴力在相同的温度变化趋势下，轴力变化趋势一致，即温度升高，支撑膨胀，由于受到两侧土体的约束作用，支撑内部产生温度应力，支撑轴力增大；温度降低时，支撑遇冷收缩，支撑轴力减小。
2、整个冬季混凝土支撑轴力变化的特点
基坑开挖后混凝土支撑开始“吃上力”，支撑轴力有所增加，很快趋于稳定；刚进入冬季后，混凝土支撑轴力整体的阶段变幅也不大，进入1月份后，个别天的气温能到零下15°以下，因此混凝土支撑遇冷收缩，支撑轴力减小；随着气温的回升，支撑轴力有所增加。
3、砼支撑、钢支撑轴力监测数据与图纸设计值差异较大
根据冬施期间砼支撑、钢支撑轴力监测数据，混凝土支撑轴力现场监测轴力大于设计轴力，钢支撑实测轴力远小于设计轴力，甚至小于设计给定预加轴力值。
4、瞬时温差对于支撑轴力的影响
通过长乐宫站主体基坑的部分典型混凝土支撑、钢支撑轴力测点的监测数据分析，11月20日的气温为2°，11月21日的气温为-14°，气温骤降导致混凝土支撑轴力减少500-600KN，钢支撑轴力减少150-200KN，而围护结构测斜阶段变形较小，在1mm左右，到22日气温升至-8°，混凝土支撑轴力增加400-500KN，钢支撑轴力增加50KN左右，围护结构变形在2mm以内。
根据目前监测数据，气温骤降导致混凝土支撑轴力减小较大，随温度减小1℃，混凝土支撑轴力减小约30KN，钢支撑轴力减小约10KN，但对主体基坑围护结构桩（体）水平位移的影响不大，阶段变形在2mm以内。
5、冬季期间围护结构水平位移监测数据结果
长乐宫站墙体水平位移累计变形最大的测点为ZQT-11（11.0m深），累计变形值为9.08mm（控制值30.0mm），呼和浩特东站桩体水平位移累计变形最大的测点为ZQT-16（8.5m深），累计变形值为5.03mm（控制值30.0mm），鸿德学院站桩体水平位移累计变形最大的测点为ZQT-33（2.5m深），累计变形值为4.79mm（控制值30.0mm），累计变形均在设计给定的控制值范围内。
6、冬季期间墙、桩顶水平位移监测数据结果
长乐宫站主体基坑墙顶水平位移累计变形在-2.2mm～6.6mm（控制值20mm）之间，呼和浩特东站主体基坑桩顶水平位移累计变形在-2.4mm～10.6mm（控制值20mm）之间，鸿德学院站主体基坑桩顶水平位移累计变形在-5.0mm～4.9mm（控制值30mm）之间，均处于正常状态。整个冬季桩（墙）顶水平位移的监测数据无较大阶段变形。
7、冬季期间地表、管线沉降监测数据结果
冬季气温较低，出现了“冻涨”情况，个别测点的累计变形出现了一定的上浮情况，特别以呼和浩特东站主体基坑地表、管线沉降的上浮情况最明显，累计最大上浮达到了17.7mm（控制值30mm），而长乐宫站、鸿德学院站主体基坑的地表、管线沉降的累计最大上浮分别为9.2mm和8.9mm。
结论分析
总结以上规律，可以得出低温对于基坑工程的影响有以下结论：
1、冬季低温对地表、管线沉降有一定的冻涨影响：
受呼和浩特市冬季低气温影响，地表、管线沉降监测数据出现了“冻涨”情况，即个别测点的累计变形出现了一定的上浮情况，特别以呼和浩特东站主体基坑地表、管线沉降的上浮情况最明显，累计最大上浮达到了17.7mm（控制值30mm），而长乐宫站、鸿德学院站主体基坑的地表、管线沉降的累计最大上浮分别为9.2mm和8.9mm。对于出现冻涨情况的区域，一般累计变形的上浮量在10mm左右，部分测点累计变形上浮在15mm左右，最高能达到17.7mm。
2、温度变化对混凝土支撑轴力的整体影响较大：
同一施工工序条件下，温度对混凝土支撑轴力的影响较明显，轴力变化趋势与当地大气温度变化趋势基本吻合，不同支撑轴力在相同的温度变化趋势下，轴力变化趋势一致，即温度升高，支撑受热膨胀，由于受到两侧土体的约束作用，支撑内部产生温度应力，支撑轴力随着温度升高而增大；温度降低时，支撑遇冷收缩，受两侧土体约束作用而会减弱，因此出现支撑轴力随温度降低而减小的现象。
刚进入冬季时，混凝土支撑轴力整体的阶段变形不大，但进入严寒后，个别天的气温能到零下15°以下，因此混凝土支撑遇冷收缩，支撑轴力整体有所减小；随着气温的回升，支撑轴力根据气温变化整体有所增加。
3、气温骤降对混凝土支撑、钢支撑轴力的影响明显：
长乐宫站11月20日的气温为2°，11月21日的气温为-14°，气温骤降导致混凝土支撑轴力减少500-600KN，钢支撑轴力减少150-200KN，而围护结构测斜阶段变形较小，在1mm左右。根据目前我项目部已掌握的监测数据，气温骤降导致混凝土支撑轴力减小较大，随温度减小1℃，混凝土支撑轴力减小约30KN，钢支撑轴力减小约10KN，但对主体基坑围护结构桩（体）测斜的影响不大，阶段变形在2mm以内。
4、冬季低温对建（构）筑物沉降、桩（墙）顶水平位移、桩（墙）体水平位移、桩（墙）顶沉降、地下水位的影响较小：根据对呼和浩特市城市轨道交通1号线一期工程第三方监测第二标段监测数据的分析，整个冬季的监测数据无明显阶段变化。
参考文献：
[1]蒋波等. "温度变化对基坑单撑支护结构性状的影响." 工业建筑 36.S1（2006）
[2]王桦. 考虑温度应力的内支撑结构体系受力性状分析[D]. 扬州大学，（2015）
[3]尹寒青. 温度作用对多层支撑地连墙围护结构受力变形的影响[D]. 东南大学，（2016）