CN209703516U - 自动化防隆起的能源基坑围护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及自动化防隆起的能源基坑围护结构,包括挡墙、导热管、拼装式盖板、热交换管路、弧形连接管、泵机、地源热泵机组、泥水分离器与水箱、供水管和回水管;基坑通过挡墙围护,挡墙内部设置工字钢,工字钢内侧设置导热管,导热管底端到达基坑底部,导热管顶端接入供水管和回水管并与基坑外部的泵机、地源热泵机组和泥水分离器与水箱串联成回路;基坑底部覆盖拼装式盖板,拼装式盖板两侧通过固定端插头与两侧挡墙的槽口连接固定。本实用新型的有益效果是:拼装式盖板施工便捷,可快速反压;浆液循环系统自动排出隆起土粒,释放土压力;基坑结构循环采取地热能,用于周边供热或制冷;装配式设计高效灵活,便于底层盖板的功能转换。
Description
技术领域
本实用新型属于基坑支护技术领域,特别涉及一种自动化防隆起的能源基坑围护结构,适用于基坑开挖过程中大面积土体隆起变形的防治,尤其是对软土地区大面积的深基坑开挖及既有隧道上部基坑开挖变形控制特别适用。
背景技术
随着城市化建设的发展,不可避免地需要进行各式各样的基坑开挖工程。而基坑开挖产生的卸荷效应将会使基坑底部应力释放从而产生隆起变形,威胁基坑结构安全。对于类似既有隧道上部基坑开挖工程这类对隆起变形控制要求较高的工程,开挖过程中的安全性控制结构及措施研究一直是工程界的热点。
目前对于基坑隆起问题的防治措施主要包括土体分段分层开挖、堆载回压、基坑注浆加固、基坑降水、设中隔墙以及逆作法开挖。其中,土体的分段分层开挖虽然在控制土体变形上效果较好,但开挖时间变长,使得施工组织的规划和实施更加复杂;堆载回压则需要基坑底部混凝土浇筑凝固到一定强度之后方可进行,无法及时进行加固稳定,这会加大基坑底部的时空效应,增加基坑隆起的风险;设置中隔墙以及土体注浆加固,在控制土体变形上效果不一,且很大程度上会增加工程成本;基坑降水则主要作为一种辅助型的控制变形隆起的手段,本身控制效果有限;逆作法施工工序更加复杂,会拖慢工期。目前基坑底部开挖多采用直接浇筑的方法进行封底,较少使用装配式钢板进行快速反压,起效时间慢,无法抑制初期的基底隆起变形。另一方面,地热能利用节能环保,近年来受到了工程界的青睐,逐渐与实际工程结构相结合,衍生出能源桩、能源隧道、能源挡墙等一些新的能源结构,但在基坑围护结构中应用地源热泵技术较少,应用前景大。
综上所述,现有的防止软土地区大面积深基坑开挖变形控制措施较多,但总体还存在着控制效果不稳定、增加施工成本、拖慢延长工期、起效时间慢等缺点。同时地源热泵技术也未在基坑围护结构当中得到应用,为了发挥围护结构的支护作用和能源作用,亟需通过改进技术来进行解决。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术中的不足,提供一种自动化防隆起的能源基坑围护结构。
这种自动化防隆起的能源基坑围护结构,包括挡墙、导热管、拼装式盖板、热交换管路、弧形连接管、泵机、地源热泵机组、泥水分离器与水箱、供水管和回水管;基坑通过挡墙围护,挡墙内部设置工字钢,工字钢内侧设置导热管,导热管底端到达基坑底部,导热管顶端接入供水管和回水管并与基坑外部的泵机、地源热泵机组和泥水分离器与水箱串联成回路;基坑底部覆盖拼装式盖板,拼装式盖板两侧通过固定端插头与两侧挡墙的槽口连接固定;拼装式盖板内部预留热交换管路,热交换管路底部等间距设置预留孔洞,热交换管路内嵌入带有橡皮单向阀的导热管,矩形拼装式盖板的两个对角处分别留有入口端和出口端,热交换管路内的导热管在入口端和出口端分别通过弧形连接管与挡墙内的导热管相连接;橡皮单向阀上设有回弹型橡胶片和开口,回弹型橡胶片和开口与预留孔洞相对应;每一块拼装式盖板内部的导热管相互独立;每一块拼装式盖板组成的管路系统相互并联,并与供水管和回水管同程连接,构成总的管道循环系统。
作为优选:导热管顶端高出挡墙顶端一段距离。
作为优选:拼装式盖板为装配式矩形盒盖结构,上部顶板通过螺栓固定在下部结构上。
作为优选:拼装式盖板内部布置有蛇形的热交换管路。
作为优选:导热管、弧形连接管、供水管和回水管均采用PE管,节点处通过热熔连接。
作为优选:相邻的拼装式盖板之间通过上下企口搭接并由螺栓连接固定。
作为优选:每一组导热管在基坑顶部安装有单独的压力表、流量计和阀门。
本实用新型的有益效果是:
1)拼装式盖板施工便捷,快速反压
常规基坑封底多采用混凝土浇筑的方法,起效时间慢,无法抑制初期的基底隆起变形,本围护结构基坑底部设置拼装式盖板,采用工厂预制,现场拼装操作便捷、速度快,可在基坑开挖完成时立马对基坑底部进行覆盖反压,减少基坑底部的暴露时间。拼装式盖板通过两侧固定端插头与挡墙相互固定,增加支护结构的稳定性,相邻拼装式盖板之间通过上下企口搭接并利用螺栓加固,消除拼装缝隙的影响,减少基坑隆起的风险。
2)浆液循环系统自动排出隆起土粒,释放土压力
每一块拼装式盖板中内嵌带有橡皮单向阀的导热管,当基坑底部的土体有隆起的趋势时,产生的额外土压力在累积到一定大小后将顶开导热管底部的橡皮单向阀,土粒通过预留孔洞和橡皮单向阀进入导热管内,释放该处的土体压力,消除土体隆起风险。当底部的土压力值恢复正常值时,水流冲击力及回弹型橡胶片的回弹力将使橡皮单向阀回复到原位,盖住小孔。而导热管中流动的导热液体将压入的土粒溶解,顺着管道系统输送到基坑外部,经泥水分离器分离土粒后循环使用导热液体。在使用过程中,可根据循环浆液的泥水含量变化来判断基坑底部隆起变形的速度,以此调节内部导热液体的循环速度,起到动态控制效果。
3)基坑结构循环采取地热能,用于周边供热或制冷
本基坑围护结构引入地热泵技术,将热交换管路植入到基坑底部的拼装式盖板中。热交换管路在恒温土层中可以与土体进行热交换,只需要向地源热泵输入少量高品位能源电能,就可以实现能量从低温热源向高温热源的转移,为工地周边的生活办公区提供供热或制冷服务,具有节能环保、传播效果好、占地少、成本低等显著优点,有效解决了城市中推广地热泵技术占地和成本高的障碍。
4)装配式设计高效灵活,便于底层盖板的功能转换
拼装式盖板整体为顶部可拆卸的盒型结构,顶板与主体结构采用螺栓连接,内部预留热交换管路,当顶板拆下后,可以直接在热交换管路内部嵌入导热管。导热管嵌入式的灵活设计可以在初期用于排出基坑底部的隆起土体,释放土压力,当基坑隆起变形稳定后,又可以用水泥砂浆将底部的预留孔洞密封,防止后期使用过程中出现橡皮单向阀老化失灵,导致基坑底部土体不断进入导热管或导热管内导热液泄露等问题,便于后期能源系统的长期使用。
附图说明
图1是自动化防隆起的能源基坑围护结构示意图;
图2是基坑结构单侧结构示意图;
图3是拼装式盖板拆下顶板后的内部结构示意图;
图4是橡皮单向阀工作原理图(其中a为橡皮单向阀处于闭合状态的示意图,b为橡皮单向阀被顶开状态的示意图,c为橡皮单向阀恢复闭合状态的示意图)。
附图标记说明:挡墙1;导热管2;拼装式盖板3;热交换管路4;弧形连接管5;固定端插头6;槽口7;泵机8;地源热泵机组9;泥水分离器与水箱10;供水管11;回水管12;橡皮单向阀13;回弹型橡胶片14;预留孔洞15。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以对本实用新型进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
如图1所示,基坑整体采用SMW工法桩支护,采用水泥搅拌桩挡墙进行围护;挡墙1内部设置工字钢,工字钢内侧即挡墙1靠近基坑一侧紧贴设置导热管2,导热管2底端到达基坑底部,导热管2顶端高出挡墙1顶部一小段,接入供水管11和回水管12,并与基坑外部的泵机8、地源热泵机组9、泥水分离器与水箱10等构件串联成回路,将地热能经地源热泵机组9提高后用于周边建筑供热或制冷;基坑底部覆盖拼装式盖板3,拼装式盖板3为矩形,两侧设置一定数量的固定端插头6,拼装式盖板3通过固定端插头6插入到两侧挡墙的槽口7内进行固定;拼装式盖板3内部预留热交换管路4,热交换管路4入口端和出口端分别通过弧形连接管5与挡墙1内的导热管2相连接。每一块拼装式盖板3内部的导热管2相互独立,安装独立的流量计、压力表和阀门。每一块拼装式盖板3组成的管路系统相互并联,并与供水管11和回水管12同程连接,构成总的管道循环系统。导热管2、弧形连接管5、供水管11和回水管12均采用PE管,节点处进行热熔连接,对外露的管道采用必要的保温及防护。
如图2所示,拼装式盖板3通过固定管插头6固定在挡墙1设计深度;相邻拼装式盖板3之间通过上下企口搭接并利用螺栓加固;设置在挡墙1内部的导热管2顶部与回水管12进行同程连接,底部通过外露的弧形连接管5与拼装式盖板3内的导热管2连接。
如图3所示,拼装式盖板3整体为装配式矩形盒盖设计,上顶面通过螺栓固定在下部主体结构上,方便安装及拆卸,拼装式盖板3主体采用高强度钢板制作。拼装式盖板3内部“蛇形”布置热交换管路4,热交换管路4靠近底部一侧每隔一定的距离设置预留孔洞15,热交换管路4内嵌入带有橡皮单向阀13的导热管2;在矩形拼装式盖板3的两个对角处分别留有入口端和出口端;拼装式盖板3两侧设置固定端插头6用于盖板的固定。
如图4为橡皮单向阀工作原理图,其中a图表示导热管2内部进行正常的浆液循环工作,此时基坑底部土压力小于导热管2内部压力及回弹型橡胶片14的回弹力之和,橡皮单向阀13处于闭合状态;b图表示当基坑底部土压力累计到一定值,超过导热管2内部压力及回弹型橡胶片14的回弹力之和时,回弹型橡胶片14被顶开,底部土粒通过拼装式盖板3上的预留孔洞15和橡皮单向阀13后进入导热管2内部;c图表示当部分底部土粒进入导热管2后,该处土体应力得到释放,其土压力又小于回弹型橡胶片14的回弹力及内部压力之和,回弹型橡胶片14回弹,橡皮单向阀13重新关闭。
所述的自动化防隆起的能源基坑围护结构的施工方法,包括以下步骤:
1)施工准备:根据具体基坑尺寸进行拼装式盖板3的设计、生产,确定导热管2、供水管11和回水管12的布置方案。
2)拼装式盖板3的装配:松开螺栓,取下拼装式盖板3的顶板,露出内部的热交换管路4,之后将底部设置橡皮单向阀13的导热管2嵌入到热交换管路槽道内,嵌入过程注意逐段慢慢嵌入,确保导热管2底部的橡皮单向阀13的开口与拼装式盖板3底部的预留孔洞15重叠,紧贴土体,在出口端和入口端分别预留一小段导热管2,待整段导热管2准确嵌入后采用固定措施进行固定。
3)挡墙1施工:利用全站仪进行施工放线,移动钻机到指定位置,依次进行制浆、预搅下沉、提升喷浆搅拌、重复上下搅拌等施工步骤,完成该处桩墙施工后,移动钻机进行下一处搅拌桩施工,直至完成全部挡墙施工。之后将表面处理完毕的工字钢插入到指定位置,插入过程中不断检查垂直度,避免倾斜。
4)导热管2的插入:利用小型钻机在挡墙靠近基坑一侧按照设计位置垂直向下打孔,深度达到设计基坑底部位置。之后在导热管2表面包裹棉布等防护材料后将其沿着孔洞下穿至指定位置,在顶部做好防护标记。完成后进行下处导热管施工直至完成所有导热管插入工作。
5)基坑开挖:首先对土层进行井点降水,之后进行土层开挖。开挖过程中随时校核开挖尺寸和位置,边开挖边支护,并采取必要的加固防护措施。在开挖过程中时刻注意导热管标记位置,谨慎开挖,防止破坏预埋的导热管。
6)拼装式盖板3的铺设:基坑开挖至设计深度后,对底部进行平整处理的同时,及时在两侧挡墙设计位置打设一定大小的槽口7,之后将拼装式盖板3通过固定端插头6固定在槽口7内,对基坑形成快速覆盖。相邻拼装式盖板3之间通过上下企口搭接,并利用螺栓加固。
7)基坑内管路连接:在导热管2底端标高位置处人工挖除挡墙1表面的部分加固土体,使导热管2底端外露,之后通过弧形连接管5将导热管2与拼装式盖板3内的导热管2相连接,确保拼接质量后,对挡墙挖除部分涂抹砂浆修复,并对外露段弧形连接管5进行棉布包裹,起到保温和保护作用。注意在管路拼接时对PE管道的连接均需采用热熔连接。
8)其他拼装工作:每一组导热管2在基坑顶部安装单独的压力表、流量计和阀门,可对不同组别的基坑内部管路系统进行单独的监测与控制。属于不同拼装式盖板3内的热交换管路4彼此并联,均通过独立的导热管2同程连接到供水管11和回水管12上。供水管11和回水管12通过串联的方式连接基坑外部的泵机8、地源热泵机组9、泥水分离器与水箱10等构件。外露管道用棉布等材料包裹进行必要的保温及防护处理。
9)水压试验:为了检查管路,对管路进行水压试验,确保基坑内部管路的密闭性和通畅性。对不合格处进行维修或更换,确保质量后进行下一步操作。
10)投入使用:当拼装和检修工作全部完成后,开启泵机8及其他设备,浆液开始在管道内循环,排出隆起土粒防止基坑隆起的同时,进行地热能的采集利用。
11)后期处理:通过循环导热液的泥浆含量来判断基坑底部的隆起变形是否停止,待基坑底部隆起变形趋于平稳后,暂时关闭泵机8和阀门,重新打开拼装式盖板3的顶板,在热交换管路4底部预留孔洞15处利用水泥砂浆进行浇筑密封,浇筑过程中确保导热管2不受损坏。之后重新安装顶板,利用水压试验确保管道畅通,之后在拼装式盖板3上部进行一层混凝土的浇筑,之后进行主体结构的修建施工。
12)材料回收及后期利用:待主体结构施作完毕并稳定后,拔出工字钢,对材料表面进行一定的清洁处理后及时封存,方便下次重复使用,降低工程成本。而能源系统则继续留在基坑底部,待后期基坑上部建筑物修建完成仍可利用能源系统进行地热能的采集,用于建筑物内部的供热和制冷服务。
Claims (7)
1.一种自动化防隆起的能源基坑围护结构,其特征在于,包括挡墙(1)、导热管(2)、拼装式盖板(3)、热交换管路(4)、弧形连接管(5)、泵机(8)、地源热泵机组(9)、泥水分离器与水箱(10)、供水管(11)和回水管(12);基坑通过挡墙(1)围护,挡墙(1)内部设置工字钢,工字钢内侧设置导热管(2),导热管(2)底端到达基坑底部,导热管(2)顶端接入供水管(11)和回水管(12)并与基坑外部的泵机(8)、地源热泵机组(9)和泥水分离器与水箱(10)串联成回路;基坑底部覆盖拼装式盖板(3),拼装式盖板(3)两侧通过固定端插头(6)与两侧挡墙的槽口(7)连接固定;拼装式盖板(3)内部预留热交换管路(4),热交换管路(4)底部等间距设置预留孔洞(15),热交换管路(4)内嵌入带有橡皮单向阀(13)的导热管(2),矩形拼装式盖板的两个对角处分别留有入口端和出口端,热交换管路(4)内的导热管(2)在入口端和出口端分别通过弧形连接管(5)与挡墙(1)内的导热管(2)相连接;橡皮单向阀(13)上设有回弹型橡胶片(14)和开口,回弹型橡胶片(14)和开口与预留孔洞(15)相对应;每一块拼装式盖板(3)内部的导热管(2)相互独立;每一块拼装式盖板(3)组成的管路系统相互并联,并与供水管(11)和回水管(12)同程连接,构成总的管道循环系统。
2.根据权利要求1所述的自动化防隆起的能源基坑围护结构,其特征在于,导热管(2)顶端高出挡墙(1)顶端一段距离。
3.根据权利要求1所述的自动化防隆起的能源基坑围护结构,其特征在于,拼装式盖板(3)为装配式矩形盒盖结构,上部顶板通过螺栓固定在下部结构上。
4.根据权利要求1所述的自动化防隆起的能源基坑围护结构,其特征在于,拼装式盖板(3)内部布置有蛇形的热交换管路(4)。
5.根据权利要求1所述的自动化防隆起的能源基坑围护结构,其特征在于,导热管(2)、弧形连接管(5)、供水管(11)和回水管(12)均采用PE管,节点处通过热熔连接。
6.根据权利要求1所述的自动化防隆起的能源基坑围护结构,其特征在于,相邻的拼装式盖板(3)之间通过上下企口搭接并由螺栓连接固定。
7.根据权利要求1所述的自动化防隆起的能源基坑围护结构,其特征在于,每一组导热管(2)在基坑顶部安装有单独的压力表、流量计和阀门。
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CN201920204345.7U CN209703516U (zh) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | 自动化防隆起的能源基坑围护结构 |
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Cited By (1)
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CN109736329A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-05-10 | 浙江大学城市学院 | 一种自动化防隆起的能源基坑围护结构及施工方法 |
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2019
- 2019-02-18 CN CN201920204345.7U patent/CN209703516U/zh active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109736329A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-05-10 | 浙江大学城市学院 | 一种自动化防隆起的能源基坑围护结构及施工方法 |
CN109736329B (zh) * | 2019-02-18 | 2023-10-20 | 浙江大学城市学院 | 一种自动化防隆起的能源基坑围护结构及施工方法 |
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