用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結構制造技術

本實用新型專利技術涉及一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結構，其特征是：在設計基坑周邊開挖坑槽，埋設中空隔水箱，中空隔水箱的結構是其上端開放，與外界相通，四周封閉；中空隔水箱的底部深度到達多年凍土上限深度以下10-50cm的位置，填土夯實，埋設平面位置距離擬開挖基坑的邊緣的間距為0.5-5m。本實用新型專利技術通過多年凍土區冬季施工過程自然冷能的充分利用，發揮基坑四周中空隔水箱構筑的凍結壁有效作用，避免凍結層上水向基坑內大量匯集，有效保證了工程施工的順利進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，進一步保證了凍土工程的穩定性。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及多年凍土區寒冷季節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構。
技術介紹
2010年至2011年在青藏高原進行的青藏直流聯網工程輸電線路重大工程的建設，需要開挖大量的基坑，但是基坑開挖后，極易導致周邊大量凍結層上水向基坑內部的涌水，在導致基坑內部大量積水、軟化坑壁和基底的同時，凍結層上水的流動過程導致基坑坑壁的大量坍塌，以致失穩，對施工安全性、建設周期、建設成本，特別是施工質量和施工人員安全造成重大影響。同時，在建設完成后由于涌水所攜帶的熱量對凍土的熱擾動，對基礎周圍多年凍土的熱穩定性也會受到重要影響。因此，如何有效避免凍結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。
技術實現思路
針對多年凍土區基坑開挖過程中，凍結層上水向基坑匯水的難題，本技術提供一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結構。本技術充分結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，在埋設空心隔水箱的基礎上，通過其內部與外界的寒冷空氣的對流換熱，在快速凍結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行和凍土的穩定。本技術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構，其特征是在設計基坑周邊開挖坑槽，埋設中空隔水箱，中空隔水箱的結構是其上端開放，與外界相通，四周封閉；中空隔水箱的底部深度到達多年凍土上限深度以下10-50cm的位置，填土夯實，埋設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。本技術的優點和產生的有益效果是I、首次提出在多年凍土區利用自然冷能并通過中空隔水箱與外界環境的自然對流、換熱和凍結，可以有效切斷凍結層上水向開挖基坑內流動的水利通道，避免凍結層上水向基坑內大量匯集，有效地解決多年凍土區常規技術難以解決的基坑匯水的關鍵技術難題。2、通過本結構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，確保了基坑內部施工人員的安全。保證了澆筑混凝土樁基的質量穩定性。3、凍土熱穩定性是凍土基礎穩定性的根本，通過該結構有效避免了凍結層上水向基坑內部大量匯水過程導致的對基礎周邊和下部凍土的熱擾動。同時也由于隔水箱的冷卻作用，使得基礎周圍凍土進一步降溫，并增加其穩定性。4、在青藏高原多年凍土區，生態環境極為脆弱，通過本技術的實施在很大程度上減小了對周圍生態環境的破壞，保護多年凍土長期穩定。5、本技術施工簡單快捷，在基坑開挖及后續施工完成后，中空隔水箱等設備可以重復使用，節省材料。附圖說明圖I為本技術斷面示意圖。具體實施方式以下結合附圖和實例，對本技術技術方案再做進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工地進行了現場實地試驗。實驗場地選擇在青藏高原清水河段，該段多年凍土、地下冰發育、且不穩定。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，嚴重影響施工進度，而被迫推遲施工工期。為解決上述問題，本專利技術采用和進行了如下試驗。為此,本試驗在距基坑周邊4m處用挖掘機一邊開挖坑槽I,坑槽深2. 3m,寬I. 5m,一邊向坑槽I埋設鋼材中空隔水箱2，再向鋼材中空隔水箱兩側填土 3夯實。鋼材中空隔水箱結構是其上端開放，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，構成圍繞擬開挖基坑的隔水墻。由于多年凍土上限層附近細顆粒土的持水性，挖掘過程中暫時不會出現涌水，同時由于溝槽較窄、較短，且深度不深，不會發生坑壁坍塌。為增強隔水墻的隔水能力，在隔水墻施工中可在隔水墻外側鋪設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生變化，在夜間、或白天環境溫度較低的時候，鋼材中空隔水箱內的溫度相對較高、密度相對較小的空氣就會上升，與外界溫度相對較低、密度較大的空氣發生對流交換，而使鋼材中空隔水箱內的溫度不斷降低。在白天、或環境溫度高于中空隔水箱2內的溫度的時候，該種自然對流過程則不會發生。由此循環使得中空隔水箱2底部周圍的土體快速凍結。為加快鋼材中空隔水箱2底部周圍土體的凍結過程、縮短凍結時間，還可以根據環境氣溫的條件，通過使用鼓風機，進行隔水箱內部空氣的強迫對流過程。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，夜間最低氣溫達到-7. 5°C。為加快現場的試驗過程，現場使用了鼓風機，通過強迫對流換熱，加速外界冷空氣與箱子內部空氣的對流換熱 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，夜間最低氣溫達到-7. 5°C。為加快現場的試驗過程，現場使用了鼓風機，通過強迫對流換熱，加速外界冷空氣與鋼材中空隔水箱內部空氣的對流換熱。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開始使用鼓風機通風降溫，24:00完成通風降溫過程。歷時5小時。以后時間由其自行進行自然對流過程的降溫、冷卻過程。第二天中午進行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部地面均完全凍結、且沒有積水。場地內在隔水箱邊緣處已經凍結的土塊。通過測定，鋼材中空隔水箱2內外水位差為1.5m。當天及以后由鋼材中空箱體進行自然對流降溫，不再利用鼓風機進行強迫對流降溫。第三天、第四天通過檢查，隔水場地內部依然沒有進水，底部依然保持凍結狀態。試驗結果證明本技術利用鋼材中空隔水箱2完全阻止了凍土上線層水向坑 槽內部的滲入。然后再在進行設計基坑的開挖，保證了工程施工的順利進行和施工工期完成。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結構，其特征是：在設計基坑周邊開挖坑槽(1)，埋設中空隔水箱(2)，中空隔水箱(2)的結構是其上端開放，與外界相通，四周封閉；中空隔水箱(2)的底部深度到達多年凍土上限深度(4)以下10？50cm的位置，填土(3)夯實，埋設平面位置距離擬開挖基坑的邊緣的間距為0.5？5m。

【技術特征摘要】
1.一種用隔水箱阻止凍土層上水向基坑匯水的結構，其特征是在設計基坑周邊開挖坑槽(I)，埋設中空隔水箱(2)，中空隔水箱(2)的結構是其上端開放，與外界相通，四周封閉；中空隔水箱(2)的底部深度到達多年凍土上限深度(4)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：俞祁浩，王國尚，游艷輝，錢進，胡俊，郭磊，潘喜才，
申請(專利權)人：中國科學院寒區旱區環境與工程研究所，甘肅電力科學研究院，
類型：實用新型
國別省市：