CN208733628U - 一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构，围护结构包括有冻土墙和锚杆，其中锚杆的头端插设在冻土墙内，锚杆的尾端锚固在冻土墙后侧的土体内。冻土墙为经过液氮冷冻的冻土墙，冻土墙为直面或曲面，冻土墙的外侧面喷射有混凝土面层，冻土墙的顶端设置有护顶，受拉侧的冻土墙中设置有钢筋或玻璃纤维筋或竹筋。其施工方法为：步骤一、冻结管钻孔施工；步骤二、液氮冻结施工；步骤三、基坑第一层开挖；步骤四、喷射混凝土面层；步骤五、敷设保温材料；步骤六、锚杆施工；步骤七、排水系统的布置。有益效果：能够节省钢材和混凝土，工程造价相对较低；用于各种土质的工程，实用性强。

Description

一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构

技术领域

本实用新型涉及一种基坑围护结构，特别涉及一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构。

背景技术

目前，随着高层建筑、地铁、城市地下工程等的兴建，深基坑工程大量涌现。由于深基坑的支护是工程安全性和经济性的重要保证，研究可靠经济的支护技术具有深远的意义。基坑支护形式设计受到众多因素的影响，目前我国常用的支护结构有开挖简易支护结构、悬臂式支护结构、重力式支护结构、内撑式支护结构、拉锚式支护结构和土钉墙支护结构等，工程中根据其土体性质、地质条件及基坑深度和宽度来确定支护形式。深基坑支撑难度大、施工工期长、不稳定因素众多，特别是一些沿海地区属软弱地基，常伴有淤泥及流砂，在这种条件下进行大型基坑的开挖，坑壁支护越来越困难，传统的方法已经很难适应，这已成为我国软弱地基中施工深基坑的工程技术难题之一。如何找到一种新的基坑围护结构及其施工方法是目前亟待解决的技术难题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决软弱地基施工中进行深基坑围护相关的技术难题而提供的一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构。

本实用新型提供的锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构包括有冻土墙和锚杆，其中锚杆的头端插设在冻土墙内，锚杆的尾端锚固在冻土墙后侧的土体内。

冻土墙为经过液氮冷冻的冻土墙，冻土墙为直面或曲面，冻土墙的外侧面喷射有混凝土面层，冻土墙的顶端设置有护顶，受拉侧的冻土墙中设置有钢筋或玻璃纤维筋或竹筋。

锚杆的头端通过锁口梁与冻土墙进行锚固，锚杆采用全长粘结型锚杆或端头锚固型锚杆或摩擦型锚杆。

本实用新型提供的锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构的施工方法，其方法如下所述：

步骤一、冻结管钻孔施工：

液氮冻结孔呈梅花形布置，孔间距0.6m-0.8m，布置1-2排，当设计要求高时设置数排，液氮冻结管选用Ф108×8mm管材，测温管选用Ф89×5mm管材，供液管及系统连接管路选用Ф32×3.0mmR304管材；

选择XY－2型垂直钻机一台，电机功率22KW，进行钻孔，以泥浆护壁钻进，再下入冻结管，选用BW-250/50型泥浆泵一台，电机功率14.5KW；

步骤二、液氮冻结施工：

将冻结管每六个孔串接成一组以保证冻结效果；液氮供应槽车设置在地面离冻结位置较近位置，利用不锈钢管将液氮接至冻结工作面，进行冻结，管路用不锈钢软管连接，并用低温液氮阀门控制，所有暴露冻结管路用保温泡沫板或棉胎保温，用容积不小于20方的槽车，作为冻结期间液氮的储备，以防液氮供应出现中断；

液氮储罐出口的温度控制在-150℃至-170℃，压力控制在0.10MPa-0.15MPa，冻结管出口温度控制在-50℃至-70℃，压力控制在0.05MPa-0.1MPa，压力调节可使用液氮储罐上的散热板，温度调节使用每组进路中截止阀；液氮冻土墙厚度要达到1.6m，需要冻土的发展半径为1100mm，按冻土的发展速度为10cm/天，距此推算冻结时间为:T＝950/10＝9.5天，为确保效果，需冻结11天，再通过测温孔的测温判断，方可进行后继施工；

步骤三、基坑第一层开挖：

锚杆支护按照施工方案规定的分层深度按作业顺序施工，在完成土层作业面的锚杆以前，不得进行下一层深度的开挖，分层深度按照土质以每层一道或两道锚杆为宜，使锚杆均匀分布于层间；

当用机械进行土方作业时，严禁坑壁出现超挖或造成冻土墙土体松动，当基坑边线较长，分段开挖，开挖长度为10-20m；

分层开挖深度和施工的作业顺序保证修整后裸露冻土墙能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护，尽量缩短冻土墙土体的裸露时间，宜立即进行支护；

步骤四、喷射混凝土面层：

挂网进行喷射混凝土面层，钢筋网片用直径6-8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格尺寸150-300mm；采用Ⅰ级Φ8mm钢筋，网格尺寸为200mm，在喷射砼之前，面层内的钢筋网片固定在冻土墙上并符合规定要求的保护层厚度；

喷射砼强度采用C20，施工顺序为自下而上，喷头与受喷面距离控制在0.8-1.5m范围内，射流方向垂直指向喷射面，在钢筋部位先喷钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙，或者在铺设钢筋网片之前初喷一次，铺设网片之后再进行复喷，一次喷射厚度不小于40mm；喷射时加入速凝剂以提高砼的凝结速度，防止砼塌落；

喷射砼面层厚度为100mm，砼面层分两次喷射，每次喷射厚度为50mm，继续进行下步喷射砼作业时，清除预留施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿，为使砼施工缝搭接方便，每层下部300mm喷成45°的斜面形状，喷射砼终凝后2h，采取连续喷水养护5-7d，最后一步的喷射砼面层插入基坑底部以下，深度不小于0.2m，在基坑顶部设置宽为1-2m的喷射砼护顶；

步骤五、在第一层面层上敷设矿渣棉保温材料，或用珍珠岩与石灰胶结材料做成保温隔热灰浆喷射在其面上；

步骤六、锚杆施工：

面层施工完毕达到强度要求后进行锚杆施工，锚杆施工要点如下：

(1)、锚杆施工场地平整后，锚杆钻机进场，调整角度，对准孔位中心开始钻进，钻至设计深度后，抽出钻杆，移机至下一个孔位；

(2)、杆体采用1860型钢绞线，杆体中间插入注浆管，注浆管内端距孔底50-100mm，保证孔底顺利返浆，锚杆自由段裹以塑料布或套塑料管，并扎牢，钢绞线拉杆每2.0m米间距设置一个固定支架；杆体长度为：自由段+锚固段+张拉段；

(3)、注浆时采用胶泥或编织袋封住孔口，水泥浆水灰比为1:0.5，二次注浆间隔时间为2-4h，注浆压力不小于0.8Mpa；第一次注浆后将塑料管拔出6-8m,二次注浆后可将塑料管全部拔出，冲洗干净后重复使用；搅浆采用专用搅拌桶，浆液按设计配制，水灰比为0.5，浆液搅拌均匀，搅拌时间不得少于3分钟，随拌随用；

(4)、锚杆注浆强度达到设计强度的70％后进行张拉，首先进行试拉，根据试拉结果调整或确定锁定值，锚杆试验与验收试验遵循《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—2012)，锚杆张拉时锚具与钢梁之间加设钢制角度板；

步骤七、排水系统的布置：

上述施工中采取的排水措施包括地表排水、支护内部排水以及基坑排水，基坑顶部四周做散水坑，坑内设置排水沟和集水坑，并与边壁保留0.5-1.0m的距离，集水坑内积水及时抽出，如基坑侧壁水压较大时，在支护面层背部插入长度400-600mm，直径不小于40mm的水平导水管，导水管外端伸出支护面层，间距1.5-2.0m，以便将砼面层后积水排出。

步骤四中所述的速凝剂是由铝酸钠、碳酸钠和生石灰按质量比1：1：0.5的比例配制而成，掺量为水泥质量的2.5％-4.0％。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构及其施工方法能在极其复杂的工程地质和水文地质条件下形成围护结构，几乎不受地基土的地质条件影响，并具有严格的防水性和无污染性，由于液氮快速冻结，对邻近建筑物的影响也较小，特别是在建筑物密集的软土地基施工大型深基坑时，对防止坑底隆起和附加沉陷，更显示出其优越性。锚杆与液氮冻土墙结合，能够解决软土、新近填土或含水量大的砂土开挖面临的自稳问题，液氮冻土墙具有绝对隔水、预加固开挖面及开挖导向(沿着冻土墙向下开挖容易形成规整的竖向平面)作用，对提高基坑侧壁的稳定性、减少基坑变形、防止坑底隆起及渗流破坏等问题上也大有帮助。

本实用新型采用锚杆与液氮冻土墙复合支护的形式，能够节省钢材和混凝土，工程造价相对较低；采用液氮冻结，无需耗电，环境友好，无污染且安全；对锚杆施加预应力后对基坑变形能够进行主动控制；液氮冻土墙占用面积小，不会影响正常的施工；施工方便快捷，噪声污染小；适用于各种土质的工程，实用性强。在深基坑的支护结构中，本实用新型优势更加明显。

附图说明

图1为本实用新型所述围护结构的整体结构示意图。

1、冻土墙 2、锚杆 3、混凝土面层 4、护顶 5、锁口梁。

具体实施方式

请参阅图1所示：

本实用新型提供的锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构包括有冻土墙1和锚杆2，其中锚杆2的头端插设在冻土墙1内，锚杆2的尾端锚固在冻土墙1后侧的土体内。

冻土墙1为经过液氮冷冻的冻土墙，冻土墙1为直面或曲面，冻土墙1的外侧面喷射有混凝土面层3，冻土墙1的顶端设置有护顶4，受拉侧的冻土墙1中设置有钢筋或玻璃纤维筋或竹筋。

锚杆2的头端通过锁口梁5与冻土墙1进行锚固，锚杆2采用全长粘结型锚杆或端头锚固型锚杆或摩擦型锚杆。

本实用新型提供的锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构的施工方法，其方法如下所述：

步骤一、冻结管钻孔施工：

液氮冻结孔呈梅花形布置，孔间距0.6m-0.8m，布置1-2排，当设计要求高时设置数排，液氮冻结管选用Ф108×8mm管材，测温管选用Ф89×5mm管材，供液管及系统连接管路选用Ф32×3.0mmR304管材；

选择XY－2型垂直钻机一台，电机功率22KW，进行钻孔，以泥浆护壁钻进，再下入冻结管，选用BW-250/50型泥浆泵一台，电机功率14.5KW；

步骤二、液氮冻结施工：

将冻结管每六个孔串接成一组以保证冻结效果；液氮供应槽车设置在地面离冻结位置较近位置，利用不锈钢管将液氮接至冻结工作面，进行冻结，管路用不锈钢软管连接，并用低温液氮阀门控制，所有暴露冻结管路用保温泡沫板或棉胎保温，用容积不小于20方的槽车，作为冻结期间液氮的储备，以防液氮供应出现中断；

液氮储罐出口的温度控制在-150℃至-170℃，压力控制在0.10MPa-0.15MPa，冻结管出口温度控制在-50℃至-70℃，压力控制在0.05MPa-0.1MPa，压力调节可使用液氮储罐上的散热板，温度调节使用每组进路中截止阀；液氮冻土墙厚度要达到1.6m，需要冻土的发展半径为1100mm，按冻土的发展速度为10cm/天，距此推算冻结时间为:T＝950/10＝9.5天，为确保效果，需冻结11天，再通过测温孔的测温判断，方可进行后继施工；

步骤三、基坑第一层开挖：

锚杆2支护按照施工方案规定的分层深度按作业顺序施工，在完成土层作业面的锚杆2以前，不得进行下一层深度的开挖，分层深度按照土质以每层一道或两道锚杆为宜，使锚杆均匀分布于层间；

当用机械进行土方作业时，严禁坑壁出现超挖或造成冻土墙土体松动，当基坑边线较长，分段开挖，开挖长度为10-20m；

分层开挖深度和施工的作业顺序保证修整后裸露冻土墙能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护，尽量缩短冻土墙土体的裸露时间，宜立即进行支护；

步骤四、喷射混凝土面层：

挂网进行喷射混凝土面层3，钢筋网片用直径6-8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格尺寸150-300mm；采用Ⅰ级Φ8mm钢筋，网格尺寸为200mm，在喷射砼之前，面层内的钢筋网片固定在冻土墙上并符合规定要求的保护层厚度；

喷射砼强度采用C20，施工顺序为自下而上，喷头与受喷面距离控制在0.8-1.5m范围内，射流方向垂直指向喷射面，在钢筋部位先喷钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙，或者在铺设钢筋网片之前初喷一次，铺设网片之后再进行复喷，一次喷射厚度不小于40mm；喷射时加入速凝剂以提高砼的凝结速度，防止砼塌落；

喷射砼面层厚度为100mm，砼面层分两次喷射，每次喷射厚度为50mm，继续进行下步喷射砼作业时，清除预留施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿，为使砼施工缝搭接方便，每层下部300mm喷成45°的斜面形状，喷射砼终凝后2h，采取连续喷水养护5-7d，最后一步的喷射砼面层插入基坑底部以下，深度不小于0.2m，在基坑顶部设置宽为1-2m的喷射砼护顶；

步骤五、在第一层面层上敷设矿渣棉保温材料，或用珍珠岩与石灰胶结材料做成保温隔热灰浆喷射在其面上；

步骤六、锚杆施工：

面层施工完毕达到强度要求后进行锚杆2施工，锚杆2施工要点如下：

(1)、锚杆2施工场地平整后，锚杆钻机进场，调整角度，对准孔位中心开始钻进，钻至设计深度后，抽出钻杆，移机至下一个孔位；

(2)、杆体采用1860型钢绞线，杆体中间插入注浆管，注浆管内端距孔底50-100mm，保证孔底顺利返浆，锚杆自由段裹以塑料布或套塑料管，并扎牢，钢绞线拉杆每2.0m米间距设置一个固定支架；杆体长度为：自由段+锚固段+张拉段；

(3)、注浆时采用胶泥或编织袋封住孔口，水泥浆水灰比为1:0.5，二次注浆间隔时间为2-4h，注浆压力不小于0.8Mpa；第一次注浆后将塑料管拔出6-8m,二次注浆后可将塑料管全部拔出，冲洗干净后重复使用；搅浆采用专用搅拌桶，浆液按设计配制，水灰比为0.5，浆液搅拌均匀，搅拌时间不得少于3分钟，随拌随用；

(4)、锚杆2注浆强度达到设计强度的70％后进行张拉，首先进行试拉，根据试拉结果调整或确定锁定值，锚杆试验与验收试验遵循《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—2012)，锚杆张拉时锚具与钢梁之间加设钢制角度板；

步骤七、排水系统的布置：

上述施工中采取的排水措施包括地表排水、支护内部排水以及基坑排水，基坑顶部四周做散水坑，坑内设置排水沟和集水坑，并与边壁保留0.5-1.0m的距离，集水坑内积水及时抽出，如基坑侧壁水压较大时，在支护面层背部插入长度400-600mm，直径不小于40mm的水平导水管，导水管外端伸出支护面层，间距1.5-2.0m，以便将砼面层后积水排出。

步骤四中所述的速凝剂是由铝酸钠、碳酸钠和生石灰按质量比1：1：0.5的比例配制而成，掺量为水泥质量的2.5％-4.0％。

Claims (1)

1.一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构，包括有冻土墙和锚杆，其中锚杆的头端插设在冻土墙内，锚杆的尾端锚固在冻土墙后侧的土体内，所述的冻土墙为经过液氮冷冻的冻土墙，冻土墙为直面或曲面，冻土墙的外侧面喷射有混凝土面层，冻土墙的顶端设置有护顶，锚杆的头端通过锁口梁与冻土墙进行锚固，锚杆采用全长粘结型锚杆或端头锚固型锚杆或摩擦型锚杆，其特征在于：受拉侧的冻土墙中设置有钢筋或玻璃纤维筋或竹筋。