CN112962624B - 一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法 - Google Patents

一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，首先采用外圈冻结管封闭帷幕止水，然后将基坑围护结构分区，启动分区内侧冻结管冻结实现分区支护，然后在内外冻结壁保护下开挖结构槽，继而在结构槽两内缘分段施工槽壁混凝土，当结构槽施工到底后，采用一次浇筑混凝土形成该分区永久支护围护结构，最后，按顺序施工其它分区，各分区间通过H型止水钢板搭接，最终形成环形封闭混凝土围护结构。本发明采用槽段替代封闭圆筒理念，将冻结圆筒设计理论转化为有限长度冻结弧形结构受力问题，突破了冻结法在大直径竖井应用中的瓶颈。

Description

一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法
技术领域
本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法。
背景技术
传统冻结施工设计理论多是基于厚壁圆筒受压情况下的不同力学假设条件得到的，当基坑实际半径或折算半径过大、工程或水文地质条件复杂或基坑断面不规则时，其计算方法已不再适用；以冻结壁作为承受水土压力、保护开挖面的主要构筑物时，存在冻结壁厚度、强度要求过高以及冻胀融沉影响范围、冻结站装机规模、能源消耗总量过大的问题，限制了冻结工法在城市建设中的应用和发展。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，该方法还大幅度地降低了超深、超大基坑采用冻结法施工时因地层冻结而产生冻胀、融沉现象的影响范围，使城市地下土层和岩体的原始环境得到了有效的保护；不受基坑深度和形状制约。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，包括如下施工步骤：
步骤一、对预开挖基坑设计的围护结构在圆周上进行分区形成若干个围护单元结构；
步骤二、在设计的围护结构圈径外围布置外侧冻结管，启动外侧冻结管，待外侧冻结管所控制的外冻结壁交圈；
步骤三、选取任一围护单元结构，在该分区围护单元结构圈径内侧布置内侧冻结管；
步骤四、启动内侧冻结管，待内侧冻结管所控制的内冻结壁交圈；
步骤五、开挖结构槽，开挖段高为设计深度的1/8~1/10；
步骤六、在紧邻已经开挖完成结构槽的两内缘分别施工槽壁混凝土Ⅰ和槽壁混凝土Ⅱ，在垂直方向上槽壁混凝土Ⅰ段高间和槽壁混凝土Ⅱ段高间间留设H型止水钢板，槽壁混凝土Ⅰ与外冻结壁接触面上以及槽壁混凝土Ⅱ与内冻结壁接触面上均敷设有泡沫板；
步骤七、重复步骤五和步骤六，直至槽壁混凝土Ⅰ和槽壁混凝土Ⅱ施工至基坑底面；
步骤八、在槽壁混凝土Ⅰ和槽壁混凝土Ⅱ中间区域自下而上绑扎钢筋笼，并连续浇筑混凝土直至地表，形成该分区围护单元结构；
步骤九，重复步骤三至步骤八，完成其它分区围护单元结构施工，两相邻分区混凝土间在环向上设有H型止水钢板；
步骤十，全部分区围护单元结构施工完毕后，开挖基坑，采用逆作或顺作法完成永久结构施工。
进一步地，所述围护结构的分区长度为2～4m。
进一步地，外侧冻结管管间距和内侧冻结管管间距均为1m，外侧冻结管、内侧冻结管布置圈径与围护结构圈径的间距均为0.5～1.5m。
进一步地，步骤六中，H型止水钢板插入槽壁混凝土Ⅰ和槽壁混凝土Ⅱ的深度不低于50cm。
进一步地，步骤六中，泡沫板的铺设厚度不小于10cm。
进一步地，步骤九中，两相邻分区混凝土间在环向上设置的H型止水钢板的插入深度为20～40cm。
进一步地，结构槽的厚度为围护结构厚度、槽壁混凝土Ⅰ厚度、槽壁混凝土Ⅱ厚度和泡沫板厚度之和。
本发明的有益效果是：该方法将缺乏基础理论支持、设计技术复杂、实施与应用困难的大型基坑冻结施工方法问题转化为简单的易于解决的工程结构问题，为超大、超深、地质条件复杂的各种形状和结构的基坑施工提供了一种新的方式；该方法还将促使冻结施工技术的基础理论研究方向发生转变，从单纯强调冻结壁的力学性能和防水性能转向冻结壁防水与维护结构受力并重，是冻结技术应用形式的重大变革；由于该方法重新确立了冻结技术在基坑施工中的地位和作用，使冻结系统的装机容量和运维成本大幅度降低，扩大了冻结技术适用范围，拓展了这一安全、可靠的地层加固与防水技术的应用前景；该方法还大幅度地降低了超深、超大基坑采用冻结法施工时因地层冻结而产生冻胀、融沉现象的影响范围，使城市地下土层和岩体的原始环境得到了有效的保护；不受基坑深度和形状制约。
附图说明
图1为本发明的施工剖面图；
图2为本发明的施工平面图；
图中，1、外侧冻结管，2、槽壁混凝土Ⅰ，3、槽壁混凝土Ⅱ，4、内侧冻结管，5、基坑底面，6、围护结构，8、泡沫板。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁结构，其包括结构槽、外侧冻结管1和内侧冻结管4。结构槽由内至外将施工有泡沫板8、槽壁混凝土Ⅱ3、围护结构6、槽壁混凝土Ⅰ2和泡沫板8，内侧和外侧的泡沫板8厚度相同，按照竖井外壁和内壁要求，槽壁混凝土Ⅰ2和槽壁混凝土Ⅱ3的厚度一般不同。结构槽外侧为外侧冻结管1，内侧为内侧冻结管4。一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，包括如下施工步骤：
步骤一、根据施工机械、人员配置情况对预开挖基坑设计的围护结构6在圆周上进行分区形成若干个围护单元结构；分区在设计的围护结构6周向进行，分区长度为2~4m，便于后续分段开挖、分段支护作业。
步骤二、在设计的围护结构6圈径外围布置外侧冻结管1，外侧冻结管1之间的布置间距为1m，考虑市政冻结工况，外侧冻结管1布置圈径和围护结构6圈径的间距0.5～1.5m，如开挖深度大于50m，外侧冻结管1布置圈径和围护结构6的间距可增加至2.0m。控制地面冻结系统，让低温盐水在外侧冻结管1中流动，此时冻结开始，待外侧冻结管1所控制的外冻结壁交圈。
步骤三、选取步骤一中已经分好的任一围护单元结构，为达到冻结的封水目的，在该分区围护单元结构圈径内侧布置内侧冻结管4。内侧冻结管4管间距1m，内侧冻结管4布置圈径与围护结构6圈径的间距0.5～1.5m。
步骤四、控制地面冻结系统，让低温盐水在在内侧冻结管4中流动，待内侧冻结管4所控制的内冻结壁交圈。
步骤五、开挖结构槽，开挖段高为设计深度（设计深度为地面到基坑底面5的高度）的1/8~1/10。
步骤六、在紧邻已经开挖完成结构槽的两内缘分别施工槽壁混凝土Ⅰ2和槽壁混凝土Ⅱ3，在垂直方向上槽壁混凝土Ⅰ2段高间和槽壁混凝土Ⅱ3段高间留设H型止水钢板，H型止水钢板翼缘宽度应略小于槽壁混凝土3Ⅱ和槽壁混凝土2Ⅰ的厚度，H型止水钢板插入槽壁混凝土Ⅰ2和槽壁混凝土Ⅱ3的深度不低于50cm。为防止冻胀对槽壁混凝土3Ⅱ和槽壁混凝土2Ⅰ的破坏作用，在槽壁混凝土Ⅰ2与外冻结壁接触面上以及槽壁混凝土Ⅱ3与内冻结壁接触面上均敷设有泡沫板8以减小冻胀力，泡沫板8的铺设厚度不小于10cm。结构槽的厚度为围护结构6厚度、槽壁混凝土Ⅰ2厚度、槽壁混凝土Ⅱ3厚度和泡沫板8厚度之和。
步骤七、重复步骤五和步骤六，直至槽壁混凝土Ⅰ2和槽壁混凝土Ⅱ3施工至基坑底面5，此环节相当于竖井的外壁，起到临时支护作用。
步骤八、在槽壁混凝土Ⅰ2和槽壁混凝土Ⅱ3中间区域自下而上绑扎钢筋笼，然后连续浇筑混凝土直至地表，形成该分区围护单元结构。
步骤九，重复步骤三至步骤八，完成其它分区围护单元结构施工，形成封闭的围护结构，两相邻分区混凝土间环向设有H型止水钢板，H型止水钢板插入深度为20~40cm，翼缘宽度为围护结厚度的1/3。
步骤十，全部分区围护单元结构施工完毕，对已经施工完毕的围护结构6内部进行开挖，采用逆作或顺作法完成永久结构施工。
本发明能够充分发挥冻结法止水承载双重性能，将传统圆筒冻结壁问题转化为有限长度弧形结构受力问题，突破了理论设计的瓶颈，能够促进冻结法在城市大直径竖井工程中的应用，有广泛的前景。

Claims (7)

1.一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，其特征在于，包括如下施工步骤：
步骤一、对预开挖基坑设计的围护结构（6）在圆周上进行分区形成若干个围护单元结构；
步骤二、在设计的围护结构（6）圈径外围布置外侧冻结管（1），启动外侧冻结管（1），待外侧冻结管（1）所控制的外冻结壁交圈；
步骤三、选取任一围护单元结构，在该分区围护单元结构圈径内侧布置内侧冻结管（4）；
步骤四、启动内侧冻结管（4），待内侧冻结管（4）所控制的内冻结壁交圈；
步骤五、在外侧冻结管（1）和内侧冻结管（4）之间开挖结构槽，开挖段高为设计深度的1/8~1/10；
步骤六、在紧邻已经开挖完成结构槽的两内缘分别施工槽壁混凝土Ⅰ（2）和槽壁混凝土Ⅱ（3），在垂直方向上槽壁混凝土Ⅰ（2）段高间和槽壁混凝土Ⅱ（3）段高间留设H型止水钢板，槽壁混凝土Ⅰ（2）与外冻结壁接触面上以及槽壁混凝土Ⅱ（3）与内冻结壁接触面上均敷设有泡沫板（8）；
步骤七、重复步骤五和步骤六，直至槽壁混凝土Ⅰ（2）和槽壁混凝土Ⅱ（3）施工至基坑底面（5）；
步骤八、在槽壁混凝土Ⅰ（2）和槽壁混凝土Ⅱ（3）中间区域自下而上绑扎钢筋笼，并连续浇筑混凝土直至地表，形成该分区围护单元结构；
步骤九，重复步骤三至步骤八，完成其它分区围护单元结构施工，两相邻分区混凝土间在环向上设有H型止水钢板；
步骤十，全部分区围护单元结构施工完毕后，开挖基坑，采用逆作或顺作法完成永久结构施工。
2.根据权利要求1所述的一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，其特征在于，所述围护结构（6）的分区长度为2～4m。
3.根据权利要求1所述的一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，其特征在于，外侧冻结管（1）管间距和内侧冻结管（4）管间距均为1m，外侧冻结管（1）、内侧冻结管（4）布置圈径与围护结构（6）圈径的间距均为0.5～1.5m。
4.根据权利要求1所述的一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，其特征在于，步骤六中，H型止水钢板插入槽壁混凝土Ⅰ（2）和槽壁混凝土Ⅱ（3）的深度不低于50cm。
5.根据权利要求1所述的一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，其特征在于，步骤六中，泡沫板（8）的铺设厚度不小于10cm。
6.根据权利要求1所述的一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，其特征在于，步骤九中，两相邻分区混凝土间在环向上设置的H型止水钢板的插入深度为20～40cm。
7.根据权利要求1所述的一种用于超深超大复杂基坑施工的双帷幕冻结槽壁方法，其特征在于，结构槽的厚度为围护结构（6）厚度、槽壁混凝土Ⅰ（2）厚度、槽壁混凝土Ⅱ（3）厚度和泡沫板（8）厚度之和。
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