專利名稱：用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及多年凍土區(qū)寒冷季節(jié)工程建筑基坑開挖過程中，用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
2010年至2011年在青藏高原進(jìn)行的青藏直流聯(lián)網(wǎng)工程輸電線路重大工程的建設(shè)，需要開挖大量的基坑，但是基坑開挖后，極易導(dǎo)致周邊大量凍結(jié)層上水向基坑內(nèi)部的涌水，在導(dǎo)致基坑內(nèi)部大量積水、軟化坑壁和基底的同時，凍結(jié)層上水的流動過程導(dǎo)致基坑坑壁的大量坍塌，以致失穩(wěn)，對施工安全性、建設(shè)周期、建設(shè)成本，特別是施工質(zhì)量和施工人員安全造成重大影響。同時，在建設(shè)完成后由于涌水所攜帶的熱量對凍土的熱擾動，對基礎(chǔ)周圍多年凍土的熱穩(wěn)定性也會受到重要影響。因此，如何有效避免凍結(jié)層上水對凍土基坑施工過程的不利影響是凍土基坑施工的重要難題。
發(fā)明內(nèi)容針對多年凍土區(qū)基坑開挖過程中，凍結(jié)層上水向基坑匯水的難題，本實用新型提供一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結(jié)構(gòu)。本實用新型充分結(jié)合青藏直流線路等工程冬季施工的特點和自然界的寒冷條件，在埋設(shè)空心隔水箱的基礎(chǔ)上，通過其內(nèi)部與外界的寒冷空氣的對流換熱，在快速凍結(jié)隔水箱周邊土體和有效阻隔地下水的同時，也可以不斷減低底部凍土的溫度，以保證施工的正常進(jìn)行和凍土的穩(wěn)定。本實用新型的目的是這樣完成的一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結(jié)構(gòu)，其特征是在設(shè)計基坑周邊開挖坑槽，埋設(shè)中空隔水箱，中空隔水箱的結(jié)構(gòu)是其上端開放，與外界相通，四周封閉；中空隔水箱的底部深度到達(dá)多年凍土上限深度以下10-50cm的位置，填土夯實，埋設(shè)平面位置距離擬開挖基坑的邊緣的間距為O. 5-5m。上述中空隔水箱用鋼材、鋁合金、或塑料材料制成。本實用新型的優(yōu)點和產(chǎn)生的有益效果是I、首次提出在多年凍土區(qū)利用自然冷能并通過中空隔水箱與外界環(huán)境的自然對流、換熱和凍結(jié)，可以有效切斷凍結(jié)層上水向開挖基坑內(nèi)流動的水利通道，避免凍結(jié)層上水向基坑內(nèi)大量匯集，有效地解決多年凍土區(qū)常規(guī)技術(shù)難以解決的基坑匯水的關(guān)鍵技術(shù)難題。2、通過本結(jié)構(gòu)在阻止地下水向基坑匯水的同時，有效保證了工程施工的順利進(jìn)行和施工工期完成。在避免匯水造成基坑坑壁坍塌的同時，確保了基坑內(nèi)部施工人員的安全。保證了澆筑混凝土樁基的質(zhì)量穩(wěn)定性。3、凍土熱穩(wěn)定性是凍土基礎(chǔ)穩(wěn)定性的根本，通過該結(jié)構(gòu)有效避免了凍結(jié)層上水向基坑內(nèi)部大量匯水過程導(dǎo)致的對基礎(chǔ)周邊和下部凍土的熱擾動。同時也由于隔水箱的冷卻作用，使得基礎(chǔ)周圍凍土進(jìn)一步降溫，并增加其穩(wěn)定性。[0011]4、在青藏高原多年凍土區(qū)，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，通過本實用新型的實施在很大程度上減小了對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞，保護(hù)多年凍土長期穩(wěn)定。5、本實用新型施工簡單快捷，在基坑開挖及后續(xù)施工完成后，中空隔水箱等設(shè)備可以重復(fù)使用，節(jié)省材料。

圖I為本實用新型斷面示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實例，對本實用新型技術(shù)方案再做進(jìn)一步的說明為驗證利用隔水箱阻止多年凍土上限層向基坑匯水的方法的有效性，2010年10 月15日在青藏直流線路工程建設(shè)工地進(jìn)行了現(xiàn)場實地試驗。實驗場地選擇在青藏高原清水河段，該段多年凍土、地下冰發(fā)育、且不穩(wěn)定。通過測定，凍土上限深度在2. Im左右，是青藏高原常見的典型的凍土類型。在此段區(qū)域，輸電線路塔基開挖后凍土上限層水豐富，盡管施工人員采用了水泵等排水措施，仍無法及時將基坑中的水排盡，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，而被迫推遲施工工期。為解決上述問題，本發(fā)明采用和進(jìn)行了如下試驗。為此,本試驗在距基坑周邊4m處用挖掘機(jī)一邊開挖坑槽I,坑槽深2. 3m,寬I. 5m,一邊向坑槽I埋設(shè)鋼材中空隔水箱2，再向鋼材中空隔水箱兩側(cè)填土 3夯實。鋼材中空隔水箱結(jié)構(gòu)是其上端開放，與外界相通，四周封閉，其底部至多年凍土上限4深度以下20cm處。鋼材中空隔水箱在開挖成型的坑槽中相互組合，構(gòu)成圍繞擬開挖基坑的隔水墻。由于多年凍土上限層附近細(xì)顆粒土的持水性，挖掘過程中暫時不會出現(xiàn)涌水，同時由于溝槽較窄、較短，且深度不深，不會發(fā)生坑壁坍塌。為增強(qiáng)隔水墻的隔水能力，在隔水墻施工中可在隔水墻外側(cè)鋪設(shè)一層土工布防水材料，然后回填土。由于空氣的比重會隨溫度而發(fā)生變化，在夜間、或白天環(huán)境溫度較低的時候，鋼材中空隔水箱內(nèi)的溫度相對較高、密度相對較小的空氣就會上升，與外界溫度相對較低、密度較大的空氣發(fā)生對流交換，而使鋼材中空隔水箱內(nèi)的溫度不斷降低。在白天、或環(huán)境溫度高于中空隔水箱2內(nèi)的溫度的時候，該種自然對流過程則不會發(fā)生。由此循環(huán)使得中空隔水箱2底部周圍的土體快速凍結(jié)。為加快鋼材中空隔水箱2底部周圍土體的凍結(jié)過程、縮短凍結(jié)時間，還可以根據(jù)環(huán)境氣溫的條件，通過使用鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)行隔水箱內(nèi)部空氣的強(qiáng)迫對流過程。在實驗期間場地的白天的最高氣溫為4°C，17:00左右氣溫開始低于0°C，夜間最低氣溫達(dá)到-7. 5°C。為加快現(xiàn)場的試驗過程，現(xiàn)場使用了鼓風(fēng)機(jī)，通過強(qiáng)迫對流換熱，加速外界冷空氣與箱子內(nèi)部空氣的對流換熱 在實驗期間，場地的白天的最高氣溫為4°C ,17:00左右氣溫開始低于0°C，夜間最低氣溫達(dá)到-7. 5°C。為加快現(xiàn)場的試驗過程，現(xiàn)場使用了鼓風(fēng)機(jī)，通過強(qiáng)迫對流換熱，加速外界冷空氣與鋼材中空隔水箱內(nèi)部空氣的對流換熱。第一天下午鋼材中空隔水箱完成安裝，待17:00氣溫開始低于0°C開始使用鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫，24:00完成通風(fēng)降溫過程。歷時5小時。以后時間由其自行進(jìn)行自然對流過程的降溫、冷卻過程。第二天中午進(jìn)行11:00，通過檢查，鋼材中空隔水箱體底部、隔水箱體圍成的場地內(nèi)部地面均完全凍結(jié)、且沒有積水。場地內(nèi)在隔水箱邊緣處已經(jīng)凍結(jié)的土塊。通過測定，鋼材中空隔水箱2內(nèi)外水位差為1.5m。當(dāng)天及以后由鋼材中空箱體進(jìn)行自然對流降溫，不再利用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫對流降溫。第三天、第四天通過檢查，隔水場地內(nèi)部依然沒有進(jìn)水，底部依然保持凍結(jié)狀態(tài)。試驗結(jié)果證明本實用新型利用鋼材中空隔水箱2完全阻止了凍土上線層水向坑 槽內(nèi)部的滲入。然后再在進(jìn)行設(shè)計基坑的開挖，保證了工程施工的順利進(jìn)行和施工工期完成。
權(quán)利要求1.一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結(jié)構(gòu)，其特征是在設(shè)計基坑周邊開挖坑槽(I)，埋設(shè)中空隔水箱(2)，中空隔水箱(2)的結(jié)構(gòu)是其上端開放，與外界相通，四周封閉；中空隔水箱(2)的底部深度到達(dá)多年凍土上限深度(4)以下10-50cm的位置，填土(3)夯實，埋設(shè)平面位置距離擬開挖基坑的邊緣的間距為O. 5-5m。
2.如權(quán)利要求I所述ー種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結(jié)構(gòu)，其特征是中空隔水箱(2)用鋼材、鋁合金、或塑料材料做成。
專利摘要本實用新型涉及一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結(jié)構(gòu)，其特征是在設(shè)計基坑周邊開挖坑槽，埋設(shè)中空隔水箱，中空隔水箱的結(jié)構(gòu)是其上端開放，與外界相通，四周封閉；中空隔水箱的底部深度到達(dá)多年凍土上限深度以下10-50cm的位置，填土夯實，埋設(shè)平面位置距離擬開挖基坑的邊緣的間距為0.5-5m。本實用新型通過多年凍土區(qū)冬季施工過程自然冷能的充分利用，發(fā)揮基坑四周中空隔水箱構(gòu)筑的凍結(jié)壁有效作用，避免凍結(jié)層上水向基坑內(nèi)大量匯集，有效保證了工程施工的順利進(jìn)行和施工工期完成的同時，降低基了坑周邊凍土溫度的不斷，進(jìn)一步保證了凍土工程的穩(wěn)定性。
文檔編號E02D19/18GK202610820SQ20122006130
公開日2012年12月19日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者俞祁浩, 王國尚, 游艷輝, 錢進(jìn), 胡俊, 郭磊, 潘喜才 申請人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所, 甘肅電力科學(xué)研究院