新能源与高效节能

近年来，随着我国城市建设的飞速发展，基坑工程的数量与规模与日俱增。在基坑施工中，如何进行地下水的隔绝和封堵是富水地层内保证基坑施工安全的最关键节点之一。近年来受南水北调工程的影响，北京及我省石家庄、邯郸、保定等地区的地下水位明显上涨，使得大量基坑工程所面临的降水、隔水问题愈加严峻。且由于近年来环保政策的收紧、水资源税的征收，传统基坑工程所用降水施工方法已明显不再适用，单个基坑动辄百万、千万级甚至上亿的降水相关费用和大量水资源的浪费是政府与企业所难以承担的。对此石家庄铁道大学岳祖润教授团队提出“组合式冻结法”这一基坑加固新技术，用于基坑施工过程的快速隔水与封底加固。组合式冻结法的核心理念是在基坑底部构建水平冻结壁，并将其与基坑四周的地连墙结合起来形成具有一定承载能力和封水性能的封闭加固体，达到隔绝地下水和抵抗外部荷载的目的。其整体加固形态如图1所示，通过在基坑内部设置1个或多个临时竖井，可以解决水平冻结孔钻进工作面缺失的问题，进而利用水平放射性钻孔方案，在基坑底部均匀布置冻结孔。后期通过在冻结孔内循环低温冷媒将富水软土逐步加固成与地连墙稳定连接的高强度冻土帷幕，实现对基坑开挖区域封水与承载的目的。该方法属国内首创，有效解决了传统基坑施工中降水耗费过大的问题，同时也避免了以往采用冻结法时冻结管垂直钻进所产生的过度冻结和冻结器干扰开挖作业的问题。目前通过相关试验已完成了基坑组合式冻结法应用中各项关键技术的论证，相关成果也获得了国家发明专利授权《大型基坑不排水开挖组合式冻结加固方法》（专利号：ZL 202110254607.2）。

基坑是城市建设的基础，房屋建设、地铁隧道、桥梁墩台等工程施工均会涉及到基坑建设，基坑工程遍布于每一个城市的角角落落，尤其是近年来我国的地下空间开发规模越来越大，使得基坑工程的市场规模不断增大。随着政府在环保和水资源节约等方面的发力，开展基坑不排水施工的市场需求不断提升。通过对河北、北京等多地的市政工程调研，在未来的2~3年内，仅地铁领域拟采用冻结法进行加固的基坑约有5~10个，一旦本技术被市场认可，将有极大的推广空间。目前该技术主要竞争对象为基坑垂直冻结封底技术，但垂直冻结的缺陷明显，主要包括：冻结管保温效果难以控制，容易形成过度冻结体，造成开挖困难；为了维持冻土帷幕的存在，必须长期保护冻结管，但开挖区域的密排冻结管会极大干扰开挖机械的施工，延长冻结工期；大量穿越非冻结目标区域的冻结管散热会造成极大的冷量浪费，提升工程成本；垂直冻结所生成的冻土帷幕与基坑底部结构直接接触，低温环境会对混凝土浇筑产生影响。而采用组合式冻结法后，水平布置于开挖区域下方的冻结管不穿越基坑开挖区域，基本不形成过度冻结体；冻结管全长位于冻土帷幕内，冷量利用率高；同时通过调控位置，可以有效避免低温对混凝土浇筑的影响，有效解决上述问题。本技术目前处于中试阶段，但相关关键技术与设计理论已经过试验验证与技术论证，一旦获得工业性验证，即可推向市场，预计初期每年有2~3个富水软土基坑工程使用该方法，其冻结年产值3000~5000万元，此后随着市场认可和需求增多，预计每年可在10余个基坑工程中得到应用，冻结工程年产值2.0~2.5亿元左右。