CN105908696A - 一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法 - Google Patents

一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法 Download PDF

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吴银柱
彭第
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吴丽萍
靖向党
刘丽莎
马书红
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Abstract

本发明公开了一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法，涉及岩土工程技术领域，用以解决现有技术中存在基坑冻土挡墙装置不环保、需降水和成本高的问题。该装置包括：土层、第一冻结管、第二冻结管、制冷装置、温度传感器和温度控制装置；第一冻结管和第二冻结管均为一部分设置在土层内部，另一部分设置在土层外部；设置在土层外部的第一冻结管和第二冻结管上均设置有两个开口端；制冷装置设置在土层外部，制冷装置包括：入口装置、出口装置、盐水泵、蒸发器、冷凝器、压缩机、冷却水泵和冷却塔；温度传感器埋设在土层内部，温度控制装置位于土层外部，压缩机和温度传感器均与温度控制装置电连接。

Description

一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，更具体的涉及一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法。
背景技术
目前，冻结法只是在隧道工程的土体加固及水下灌注桩孔壁加固中应用，还未见在建筑基坑工程中应用。
我国高层建筑基坑工程多采用排桩和锚杆挡墙结构，排桩和锚杆挡墙结构在地下施工后将成为废物埋在地下，大量浪费钢材和混凝土，而且不环保；基坑开挖时还需降水，因降水沉降，对周边建筑物、构筑物及地下管线造成危害和破坏，并且大量浪费地下水；施工成本高。
综上所述，现有技术中，存在基坑冻土挡墙装置不环保、需降水和成本高的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法，用以解决现有技术中存在基坑冻土挡墙装置不环保、需降水和成本高的问题。
本发明实施例提供一种基坑冻土挡墙装置，包括：土层、第一冻结管、第二冻结管、制冷装置、温度传感器和温度控制装置；
所述第一冻结管的一部分和所述第二冻结管的一部分均设置在所述土层内部，所述第一冻结管的另一部分和所述第二冻结管的另一部分均设置在所述土层外部；设置在所述土层外部的所述第一冻结管上设置有冻结管第一开口端和冻结管第二开口端；设置在所述土层外部的所述第二冻结管上设置有冻结管第三开口端和冻结管第四开口端；
所述制冷装置设置在所述土层外部，所述制冷装置包括：入口装置、出口装置、盐水泵、蒸发器、冷凝器、压缩机、冷却水泵和冷却塔；
所述入口装置上设置的第一输出端与所述冻结管第一开口端连接，所述入口装置上设置的第二输出端与所述冻结管第三开口端连接，所述入口装置上设置的输入端与所述蒸发器的第一输出端连接；
所述出口装置上设置的第一输入端与所述冻结管第二开口端连接，所述出口装置上设置的第二输入端与所述冻结管第四开口端连接，所述出口装置上设置的输出端通过所述盐水泵与所述蒸发器的第一输入端连接；
所述蒸发器的第二输入端与所述冷凝器的第一输出端连接；所述蒸发器的第二输出端通过所述压缩机与所述冷凝器的第一输入端连接；
所述冷凝器的第二输出端依次通过所述冷却水泵和所述冷却塔与所述冷凝器的第二输入端连接；
所述温度传感器埋设在所述土层内部，所述温度控制装置位于所述土层外部，所述压缩机和所述温度传感器均与所述温度控制装置电连接；
所述温度控制装置通过所述温度传感器获得基坑周边土层中的土体温度值，并且所述温度控制装置根据所述土体温度值确定基坑周边土层中的土体强度值；所述温度控制装置根据所述土体强度值和预设土体强度值的大小关系控制所述制冷装置，所述制冷装置通过控制所述冻结管内部冷冻液的温度对基坑周边土层进行冻结。
较佳地，所述冻结管第一开口端与所述入口装置上设置的第一输出端之间，所述冻结管第二开口端与所述出口装置上设置的第一输入端之间，所述冻结管第三开口端与所述入口装置上设置的第二输出端之间，所述冻结管第四开口端与所述出口装置上设置的第二输入端之间，所述压缩机与所述蒸发器的第二输出端之间，所述压缩机与所述冷凝器的第一输入端与之间，所述冷却塔与所述冷却水泵之间，以及所述冷却塔与所述冷凝器的第二输入端之间均设置有控制阀。
较佳地，所述第一冻结管和所述第二冻结管均包括内管、外管和位于所述内管和所述外管底部的分离器。
本发明实施例提供一种基坑冻土挡墙装置的冻结方法，包括：
接收设置在基坑周边土层中的温度传感器获取到的土体温度值，根据所述土体温度值和土体强度值的对应关系，确定所述基坑周边土层中的土体强度值；
当所述基坑周边土层中的土体强度值等于或大于预设土体强度值时，将设置在所述土层外的制冷装置关闭；或者当所述基坑周边土层中的土体强度值小于所述预设土体强度值时，开启所述制冷装置。
本发明实施例中，提供一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法，该装置及冻结方法通过在基坑周边的土层中设置冻结管，通过与冻结管连接的制冷装置对基坑周边的土层进行冻结形成基坑冻土挡墙装置；通过建造可恢复原状土层的冻土挡墙进行基坑支护，实现了基坑工程无废弃物及地下建筑类垃圾，绿色环保，使我国高层建筑基坑工程绿色环保施工；墙体施工采取循环冷冻控制技术，无需打桩和灌注混凝土，冻土挡墙帷幕止水，无需抽水降低地下水位，不仅节省大量的基坑挡墙耗材和地下水，基坑冻土挡墙装置无需降水，避免了因降水对周边建筑物及地下埋藏管线的影响，而且对比排桩和锚杆挡墙结构节约成本60％以上，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基坑冻土挡墙装置结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种基坑冻土挡墙装置的冻结方法流程图。
附图标记说明：
100-土层，101-1-第一冻结管，101-2-第二冻结管，102-1-入口装置，102-2-出口装置，103-盐水泵，104-蒸发器，105-冷凝器，106-压缩机，107-冷却水泵，108-冷却塔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种基坑冻土挡墙装置结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种基坑冻土挡墙装置包括：土层100、第一冻结管101-1、第二冻结管101-2、制冷装置、温度传感器和温度控制装置。
需要说明的是，土层100是指基坑周边的土体。
具体地，第一冻结管101-1的一部分和第二冻结管101-2的一部分均设置在土层100内部，第一冻结管101-1的另一部分和第二冻结管101-2的另一部分均设置在土层100外部；设置在土层100外部的第一冻结管101-1上设置有冻结管第一开口端和冻结管第二开口端；设置在土层100外部的第二冻结管101-1上设置有冻结管第三开口端和冻结管第四开口端。
需要说明的是，第一冻结管101-1和第二冻结管101-2均包括内管、外管和位于内管和外管底部的分离器；冷冻液在盐水泵103的驱动下，进入第一冻结管101-1和第二冻结管101-2中，并经过双循环管路第一冻结管101-1和第二冻结管101-2底部的冷冻液分离器进入双循环管路第一冻结管101-1和第二冻结管101-2的外管，外管与土体直接接触并直接冷冻土体，进而将周边土体冻结成墙。
需要说明的是，第一冻结管101-1和第二冻结管101-2中的冷冻液是事先通过盐水泵103抽取进第一冻结管101-1和第二冻结管101-2中的。
具体地，制冷装置设置在土层100外部，制冷装置包括：入口装置102-1、出口装置102-2、盐水泵103、蒸发器104、冷凝器105、压缩机106、冷却水泵107和冷却塔108。
需要说明的是，入口装置102-1上设置的第一输出端与冻结管第一开口端连接，入口装置102-1上设置的第二输出端与冻结管第三开口端连接，入口装置102-1上设置的输入端与蒸发器104的第一输出端连接。
需要说明的是，入口装置102-1是一个三端连通装置，其中，一个端口输入，其余两个端口输出；用于在冷冻管和盐水泵103之间对循环的冷冻液起缓冲作用，并且起到接口转换的作用，节约盐水泵端口。
需要说明的是，出口装置102-2上设置的第一输入端与冻结管第二开口端连接，出口装置102-2上设置的第二输入端与冻结管第四开口端连接，出口装置102-2上设置的输出端通过盐水泵103与蒸发器104的第一输入端连接。
需要说明的是，出口装置102-2一个三端连通装置，其中，两个端口输入，其余一个端口输出；用于在冷冻管和盐水泵103之间对循环的冷冻液起缓冲作用，并且起到接口转换的作用，节约盐水泵端口。
需要说明的是，蒸发器104的第二输入端与冷凝器105的第一输出端连接；蒸发器104的第二输出端通过压缩机106与冷凝器105的第一输入端连接；冷凝器105的第二输出端依次通过冷却水泵107和冷却塔108与冷凝器105的第二输入端连接。
需要说明的是，蒸发器104、冷凝器105、压缩机106、冷却水泵107和冷却塔108构成的是制冷双循环通路，对第一冻结管101-1、第二冻结管101-2、入口装置102-1、出口装置102-2、盐水泵103和蒸发器104构成的冷冻液双循环通路中的冷冻液进行冷却处理。
较佳地，冻结管第一开口端与入口装置102-1上设置的第一输出端之间，冻结管第二开口端与出口装置102-2上设置的第一输入端之间，冻结管第三开口端与入口装置102-1上设置的第二输出端之间，冻结管第四开口端与出口装置102-2上设置的第二输入端之间，压缩机106与蒸发器104的第二输出端之间，压缩机106与冷凝器105的第一输入端与之间，冷却塔108与冷却水泵107之间，以及冷却塔108与冷凝器105的第二输入端之间均设置有控制阀；控制阀用于控制冷冻液或水的流向。
具体地，温度传感器埋设在土层100内部，温度控制装置位于土层100外部，压缩机106和温度传感器均与温度控制装置电连接。
需要说明的是，温度控制装置通过温度传感器获得基坑周边土层中的土体温度值，并且温度控制装置根据土体温度值确定基坑周边土层中的土体强度值；温度控制装置根据土体强度值和预设土体强度值的大小关系控制制冷装置，制冷装置通过控制冻结管内部冷冻液的温度对基坑周边土层进行冻结。
图2示例性的示出了本发明实施例提供的一种基坑冻土挡墙装置的冻结方法流程图，如图2所示，本发明实施例提供的一种基坑冻土挡墙装置的冻结方法包括以下步骤：
步骤S201：接收设置在基坑周边土层中的温度传感器获取到的土体温度值，根据土体温度值和土体强度值的对应关系，确定基坑周边土层中的土体强度值。
步骤S202：当基坑周边土层中的土体强度值等于或大于预设土体强度值时，将设置在土层外的制冷装置关闭；或者当基坑周边土层中的土体强度值小于预设土体强度值时，开启制冷装置。
具体地，步骤S201，在基坑开挖前，通过成孔机具在基坑周边按设计孔位形成冻结管的管路孔，在管路孔中放置冻结管，将冻结管与制冷装置连接；在基坑周边土层中埋置温度传感器，将制冷装置和温度传感器分别与温度控制装置连接；温度控制装置通过温度传感器获得基坑周边土层中的土体温度值，并且温度控制装置根据土体温度值确定基坑周边土层中的土体强度值。
具体地，步骤S202，温度控制装置根据土体强度值和预设土体强度值大小关系控制制冷装置，制冷装置通过控制冻结管内部冷冻液的温度对基坑周边土层进行冻结。
需要说明的是，土体冻结温度与土体强度的关系是通过基坑周边土层中的含水率、不同冻温的不同土质的土体获得基坑周边土层中的土体强度值，土体强度值即为土体冻结强度值。
综上所述，本发明实施例提供的一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法，提供一种基坑冻土挡墙装置及冻结方法，该装置及冻结方法通过在基坑周边的土层中设置冻结管，通过与冻结管连接的制冷装置对基坑周边的土层进行冻结形成基坑冻土挡墙装置；通过建造可恢复原状土层的冻土挡墙进行基坑支护，实现了基坑工程无废弃物及地下建筑类垃圾，绿色环保，使我国高层建筑基坑工程绿色环保施工；墙体施工采取循环冷冻控制技术，无需打桩和灌注混凝土，冻土挡墙帷幕止水，无需抽水降低地下水位，不仅节省大量的基坑挡墙耗材和地下水，基坑冻土挡墙装置无需降水，避免了因降水对周边建筑物及地下埋藏管线的影响，而且对比排桩和锚杆挡墙结构节约成本60％以上，成本低。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基坑冻土挡墙装置，其特征在于，包括：土层(100)、第一冻结管(101-1)、第二冻结管(101-2)、制冷装置、温度传感器和温度控制装置；
所述第一冻结管(101-1)的一部分和所述第二冻结管(101-2)的一部分均设置在所述土层(100)内部，所述第一冻结管(101-1)的另一部分和所述第二冻结管(101-2)的另一部分均设置在所述土层(100)外部；设置在所述土层(100)外部的所述第一冻结管(101-1)上设置有冻结管第一开口端和冻结管第二开口端；设置在所述土层(100)外部的所述第二冻结管(101-1)上设置有冻结管第三开口端和冻结管第四开口端；
所述制冷装置设置在所述土层(100)外部，所述制冷装置包括：入口装置(102-1)、出口装置(102-2)、盐水泵(103)、蒸发器(104)、冷凝器(105)、压缩机(106)、冷却水泵(107)和冷却塔(108)；
所述入口装置(102-1)上设置的第一输出端与所述冻结管第一开口端连接，所述入口装置(102-1)上设置的第二输出端与所述冻结管第三开口端连接，所述入口装置(102-1)上设置的输入端与所述蒸发器(104)的第一输出端连接；
所述出口装置(102-2)上设置的第一输入端与所述冻结管第二开口端连接，所述出口装置(102-2)上设置的第二输入端与所述冻结管第四开口端连接，所述出口装置(102-2)上设置的输出端通过所述盐水泵(103)与所述蒸发器(104)的第一输入端连接；
所述蒸发器(104)的第二输入端与所述冷凝器(105)的第一输出端连接；所述蒸发器(104)的第二输出端通过所述压缩机(106)与所述冷凝器(105)的第一输入端连接；
所述冷凝器(105)的第二输出端依次通过所述冷却水泵(107)和所述冷却塔(108)与所述冷凝器(105)的第二输入端连接；
所述温度传感器埋设在所述土层(100)内部，所述温度控制装置位于所述土层(100)外部，所述压缩机(106)和所述温度传感器均与所述温度控制装置电连接；
所述温度控制装置通过所述温度传感器获得基坑周边土层中的土体温度值，并且所述温度控制装置根据所述土体温度值确定基坑周边土层中的土体强度值；所述温度控制装置根据所述土体强度值和预设土体强度值的大小关系控制所述制冷装置，所述制冷装置通过控制所述冻结管内部冷冻液的温度对基坑周边土层进行冻结。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冻结管第一开口端与所述入口装置(102-1)上设置的第一输出端之间，所述冻结管第二开口端与所述出口装置(102-2)上设置的第一输入端之间，所述冻结管第三开口端与所述入口装置(102-1)上设置的第二输出端之间，所述冻结管第四开口端与所述出口装置(102-2)上设置的第二输入端之间，所述压缩机(106)与所述蒸发器(104)的第二输出端之间，所述压缩机(106)与所述冷凝器(105)的第一输入端与之间，所述冷却塔(108)与所述冷却水泵(107)之间，以及所述冷却塔(108)与所述冷凝器(105)的第二输入端之间均设置有控制阀。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一冻结管(101-1)和所述第二冻结管(101-2)均包括内管、外管和位于所述内管和所述外管底部的分离器。
4.一种基坑冻土挡墙装置的冻结方法，其特征在于，包括：
接收设置在基坑周边土层中的温度传感器获取到的土体温度值，根据所述土体温度值和土体强度值的对应关系，确定所述基坑周边土层中的土体强度值；
当所述基坑周边土层中的土体强度值等于或大于预设土体强度值时，将设置在所述土层外的制冷装置关闭；或者当所述基坑周边土层中的土体强度值小于所述预设土体强度值时，开启所述制冷装置。
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