[发明专利]一种输变电工程塔基基坑冻结方法

摘要

本发明公开的一种输变电工程塔基基坑冻结方法，包括以下步骤：施工前的准备；冻结方式的确定；冻结参数的确定；冻结布置圈径和孔数的确定；测温孔、水文孔的确定；冻结管和打钻设备的选择；钻孔、连接干管；加工底座、设备就位；管道与设备连接；设备调试、试运行以及运行监测；试开挖；正式开挖。本发明提供的一种输变电工程塔基基坑冻结方法挖掘的塔基基坑能够保证基坑的强度和稳定性，隔绝地下水，有效解决恶劣地质条件和地下水位高无法排降情况下土石方开挖难题。

主权项

1.一种输变电工程塔基基坑冻结方法，其特征是，包括以下步骤：(1)施工前的准备；(2)冻结方式的确定采用盐水冻结法进行冻结，利用氟利昂作为制冷介质制取低温盐水，将低温盐水送入基础周围的专用冻结管中进行循环，将地层热量带出进而冻结地层；冻结方案采用垂直孔冻结方案；(3)冻结参数的确定对冻结深度、冻结臂厚、冻结壁平均温度进行确定，并且对冻结深度以及冻结壁厚进行验证分析；将粉质粘土作为稳定隔水层冻结深度需进入稳定隔水层，并超过开挖深度5～8m，选取塔基坑四周冻结帷幕冻结深度为7.5m；冻结壁厚度设置为0.5m；冻结壁的平均温度为‑8℃；冻结深度和冻结壁厚的验算分析过程为：对冻土墙的冻结深度和冻结壁厚的确定需要计算出作用在冻土墙上的主动土压力和被动土压力，通过主动土压力和被动土压力对冻结深度和冻结厚度进行验算；对主动土压力和被动土压力进行计算的方法如下：主动土压力和被动土压力的土压力应包括两部分，即水压力和有效土压力，对于渗透性好的砂粉土或杂填土，同时考虑水压力，即进行水土压力分算法；对于透水性差的粘土，进行水土压力合算法；A主动土压力计算砂性土、粉土及透水性好的杂填土按水土压力分算原则确定主动土压力为：式中：e_aik——作用于冻土墙上的主动土压力，Mpa；σ_aik——作用于深度z_i处不考虑水浮力的正压力的标准值，Mpa；z_i——计算点深度，m；c_i——第i层的内聚力，根据直剪试验确定，Mpa；γ_w——水的重度，kN/m³；h_wa——基坑外侧水位深度，m；K_ai——第i层土的主动土压力系数；——第i层土的内摩擦角，单位°；对于粘性土根据水土合算的原则确定主动土压力为：根据多数基坑支护工程的实测资料证明主动土压力在基坑开挖深度以下与朗肯主动土压力有较大的差距，在基坑底以下主动土压力不再随深度呈线性增加，从另一角度分析，在按传统的计算重力式挡土墙的方法进行稳定性验算时，出现基坑底以下主动土压力随着挡土墙深度的增加而降低的趋势，因此在计算主动土压力时，需采用如下修正方法：计算点位于基坑开挖面以下时，取σ_aik＝γ·h，其中γ指开挖面以上土层的加权平均值，h指基坑开挖深度，单位m；B被动土压力的计算对于砂性土、粉土及透水性好的杂填土采用水土分算原则计算被动侧压力为：对于粘性土按水土分算的原则确定被动土压力为：式中：e_pjk——作用于冻土墙上的被动土压力，Mpa；z_j——计算点深度，m；c_j——第j层的内聚力，根据直剪试验确定，Mpa；γ_w——水的重度，kN/m³；h_wp——基坑内侧水位深度，m；K_pj——第j层土的被动土压力系数；——第j层土的内摩擦角，单位°；按照止水作用对冻结深度进行验证分析方法如下：当地下水位较高且基坑底面以下为砂土、粉土地层时，冻土墙作为帷幕墙的插入深度应满足防止发生流土现象的要求；离墙体距离为B_w的范围内单位宽度地下水上浮力为：F＝γ_wB_wh_w其中，h_w为B_w范围内单位宽度地下水头平均高度，其按经验取h_w＝H_w/2,B_w＝D/2，h_w单位为m，B_w单位为m，H_w为基坑外侧水位距离基坑底部的距离，单位为m，D是嵌固深度，单位为m；离墙体距离为B_w的范围内墙底端高程以上土重为：W＝J_crγ_wDB_w其中，J_cr为临界水力坡度；当W≥F时不会发生流土现象，则嵌固深度：其中，K_s为抗流土安全系数，一般取1.5～2.5；按抗倾覆稳定对冻土墙厚度的验算分析如下：重力式围护结构的嵌固深度确定后，墙厚对抗倾覆稳定起控制作用；按重力式围护结构的抗倾覆极限平衡条件来确定最小结构厚度，取单位长度墙体进行计算，所述单位长度墙体为1m长的墙体；C对砂性土、粉土及透水性好的杂填土倾覆力矩M_s＝∑E_ah_a抗倾覆力矩满足M_T≥1.5M_S则求得冻土墙厚度B：式中：∑E_a——基坑主动侧水平力的总和，kN；∑E_p——基坑被动侧水平力的总和，kN；h_a——基坑主动侧水平合力作用点距墙底部的距离，m；h_p——基坑被动侧水平合力作用点距墙底部的距离，m；h_wa——基坑外侧地下水位埋深，m；h_wp——基坑内侧地下水位埋深，m；H——基坑的深度，m；D——嵌固深度，m；γ_D——冻土的重度，kN/m³；D对粘性土倾覆力矩M_s＝∑E_ah_a抗倾覆力矩满足M_T≥1.5M_S则求得冻土墙厚度B：该地层冻结属粉土及粉质粘土冻结，设计冻结壁厚度0.5m，经进行平板挡土墙应力计算并结合相应工程的施工经验，证实安全可靠，同时利于减少工程量，既安全又经济；基坑开挖深度2.8m，根据提供的地质柱状图和土工试验资料，将粉质粘土作为稳定隔水层，根据《煤矿冻结法开凿立井工程技术规范》MT/T1124‑2011要求，冻结深度需进入稳定隔水层，并超过开挖深度5～8m。故选取塔基坑四周冻结帷幕冻结深度为7.5m，经验算后，嵌固深度为7.5m时不会发生流土现象；(4)冻结布置圈径和孔数的确定；(5)测温孔、水文孔的确定；(6)冻结管和打钻设备的选择；(7)钻孔、连接干管；(8)加工底座、设备就位；(9)管道与设备连接；(10)设备调试、试运行以及运行监测；(11)试开挖；(12)正式开挖。