1 概述

在工程建設中，我們經常需要對不良地基進行加固處理。在地基處理和加固方面，巖土工程界的科研工作者和技術人員進行了不懈的努力，在既有技術理論的基礎上取得了許多成果，積累了豐富的經驗，促使新技術、新方法不斷涌現。下面就簡要的介紹快速強化凍結法這種新型的地基加固處理方法。

  1.1 快速強化凍結法定義

凍結法就是在施工地下構筑物之前，用人工制冷的方法，將構筑物周圍含水地層進行凍結，形成具有臨時承載和隔水作用并滿足工程施工安全需要的凍結壁，從而起到加固地基的作用，然后在凍結壁的保護下進行構筑物掘砌作業的一種施工方法。人工凍結應用開始于19世紀，已有130余年的歷史。最初主要應用于礦山立井工程，是通過厚表土層建設深立井的主要工法。實踐證明，凍結法是在松散含水土層中施工地下結構工程的一種較為安全可靠的工法。但隨著凍結深度的不斷加大，原有的設計方法已經不能適應凍結法施工發展趨勢，研究快速強化凍結的動態設計方法勢在必行。

  1.2 快速強化凍結法原理

快速強化凍結法施工是利用凍土具有強度高、可隔水的性質進行土層加固，然后在凍土壁的圍護下進行地下結構施工，其原理是將低溫冷媒（通常為低溫鹽水）送入地層，通過熱質交換來凍結地層。土凍結后強度顯著提高，若凍土形成連續、封閉凍土壁則可以起到支護、隔水的作用，可以在凍土壁的維護下進行地下空間施工。人工水平凍結法能夠適應復雜的工程地質和水文地質，其凍結管布置具有任意性，用作地層加固時，凍土壁形狀不受加固場合的限制；凍土壁具有隔水性，不需進行基坑排水，可避免因抽水引起的地基沉降對鄰近建筑物的影響；凍結地層具有復原性，施工結束土層恢復原狀，對土層破壞小，不會影響日后建筑物管線的埋設。

  1.3 快速強化凍結法處理地基的特點

快速強化凍結法適用于各類地層尤其適合在城市地下管線密布施工條件困難地段的施工，經過多年來國內外施工的實踐經驗證明凍結法施工有以下特點：

  1）可有效隔絕地下水，其抗滲透性能是其它任何方法不能相比的，對于含水量大于10%的任何含水、松散，不穩定地層均可采用凍結法施工技術；

  2）凍土帷幕的形狀和強度可視施工現場條件，地質條件靈活布置和調整，凍土強度可達5-10Mpa，能有效提高工效；

  3）快速強化凍結法是一種環保型工法，對周圍環境無污染，無異物進入土壤，噪音小，凍結結束后，凍土墻融化，不影響建筑物周圍地下結構；

  4）凍結施工用于樁基施工或其它工藝平行作業，能有效縮短施工工期。

  1.4 快速強化凍結法施工的階段及工序

快速強化凍結施工可分為三個階段。

  1）積極凍結期：凍結壁首先從每個凍結管向外擴展，在每個洞接管周圍形成凍結圓柱，當個凍結管的凍結圓柱連成一片時，隨著凍結時間的延長，地層的平均溫度逐漸下降，凍結墻的強度也逐漸增大。當地層溫度達到設計溫度時，該階段結束。

  2）維護凍結期：此階段主要是補充地層的冷量流失，維持地層的溫度穩定。

  3）解凍期：當地層開挖和永久結構施工完成，就可以解凍，拔出凍結管。

凍結法施工分為四個工序。

  1）凍結工作站的安裝：凍結工作站主要由壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流閥、中間冷卻器、低溫鹽水循環等系統設備組成。

  2）進行凍結管的施工：在安裝好工作站以后，我們就可以對地層鉆凍結孔，同時在凍結孔內設置凍結器，這樣可以將不同凍結孔內的凍結器連成一個系統，并與凍結站連接。

  3）地層凍結：在完成凍結管的施工以后，就可以開始凍結地層，通過在凍結孔內的凍結器使地層整體凍結。

  4）地下工程的施工：在把土層凍結以后，該土層就具有足夠的強度來進行開挖掘進。

在進行凍結施工中我們還需要對施工過程進行監控，主要分為兩方面。

  1）工程監測：工程監測的目的是根據量測結果，掌握地層及隧道的變形量及變形規律，以指導施工。工程監測的內容為：地表沉降監測，隧道變形監視，通道收斂變形監測，凍土壓力監測。凍結孔施工監測內容為：凍結管鉆進深度；凍結管偏斜率；凍結耐壓度；供液管鋪設長度。

  2）凍結系統監測 凍結帷幕監測內容為：凍結壁溫度場；凍結壁與隧道膠結；開挖后凍結壁暴露時間內凍結壁表面位移；開挖后凍結壁表面溫度。

  1.5 快速強化凍結法處理地基的施工注意事項

  1）采用通訊系統和視頻系統有效的監控施工現場，對施工中發現的問題及時匯報處理，杜絕一切不安全的施工現象和違章的操作，把事故制止在萌芽狀態。旁通道設安全防水門，一備發現險情關閉防水門，保護隧道之用。

  2）采取必要的措施，防止打凍結孔時水土流失；在鉆孔施工期間加強沉降的監測，發現跑泥漏沙水土流失嚴重引起的沉降，影響到建筑物和地下管線，應立即停止施工，立即注漿，防止沉降影響周圍建筑物和地下管線，到沒有沉降為止，待地層較穩定后再施工鉆孔。

  3）加大鹽水在凍結管內的流量，采用串并聯循環方式，加快凍結管的熱交換。

  1.6 快速強化凍結法發展趨勢

隨著我國改革開放以及經濟建設的發展，快速強化凍結法在各類地下工程中有著廣闊的應用前景，但實際上它在各類地

下工程中的運用還遠遠沒有達到普及。除了一定的社會因素比如工程部門的觀望態度等，主要是理論和技術儲備還有欠缺。此外，在凍結過程中土體膨張和融化過程中土體下沉對施工和周圍工程建筑物會產生不利的環境影響，這使其在城市土木工程中的推廣受到很大的阻礙。凍融過程中土體性質的變化直接影響著地下及地上結構物。特別是在市政和隧道工程中，由于地表較淺，土壤凍脹融定會造成地面隆起和下陷。地下管線在土體的凍脹融沉中若受到過大的拉應力和剪切應力會遭到破壞。因此，要研究糯預測水平凍結法隧道施工的凍結壁溫度場形成的規律，以確定凍結壁強度和穩定性。同時要分析凍結旌工中伴有的凍脹量和融沉量，從而可有效地預測水平凍結法在地鐵隧道施工中的可行性及對周圍環境的影響，對進一步推廣水乎凍結法蓮工具有積極的參考價值。隨著國民經濟的快速發展，凍結法在城市地下工程的應用會有輝煌的前景。

  2 總結

從我國地基加固處理技術的發展歷史中來看，我們還是取得了不錯的成績。通過不斷地吸收國外的先進技術及其原理和方法，我國的科研人員和施工技術人員也創造了我國獨有的技術工法。從多方面都擁有了與國外相媲美的先進技術，某些技術甚至已達到國際領先水平。但同時我們也應看到由于受我國儀表工業、機械制造業水平的限制，在機械設備的精確度和處理能力方面與國外先進水平還是有一定的差距。我們也應該立足現在，展望未來。相信我國的地基加固處理技術必將迎來更加輝煌燦爛的明天，諸多領域有待巖土工程界去開發和創新。我國地基處理技術必將在設計理論、計算方法、施工工藝、質量檢測、信息反饋、臨界報警、應變措施、設備等一系列方面有新的突破。

 北京萬通中鑫加固工程技術有限公司