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原文传递一种基坑坑底冻结加固结构及其施工方法

专利名称：	一种基坑坑底冻结加固结构及其施工方法
摘要：	本发明公开了一种基坑坑底冻结加固结构及其施工方法，基坑坑底冻结加固结构是在基坑坑底设置有冻结加固结构。冻结加固结构为满堂式或格栅式或裙边式或抽条式，冻结加固结构是采用垂直冻结管或水平冻结管进行冻结而成，施工方法为：步骤一、施工准备；步骤二、基坑围护结构施工；步骤三、钻孔施工与冻结系统安装；步骤四、积极冻结形成坑底冻结加固结构；步骤五、拔除冻结管；步骤六、基坑开挖到底，底板浇筑。有益效果：具有施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果特别是止水效果好且安全可靠等突出优点，具有较大的推广应用价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	海南;46
申请人：	海南大学
发明人：	胡俊;潘玉涛;姚凯;傅勇;王志鑫;覃长兵;佳琳
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910396836.0
公开号：	CN109989391A
代理机构：	长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	鞠传龙
分类号：	E02D3/115(2006.01);E;E02;E02D;E02D3
申请人地址：	570228 海南省海口市人民大道58号
主权项：	1.一种基坑坑底冻结加固结构，其特征在于：是在基坑坑底设置有冻结加固结构。 2.根据权利要求1所述的一种基坑坑底冻结加固结构，其特征在于：所述的冻结加固结构为满堂式或格栅式或裙边式或抽条式，冻结加固结构是采用垂直冻结管或水平冻结管进行冻结而成，采用水平冻结管进行冻结时，水平冻结管为U字型，垂直冻结管或水平冻结管的直径为108-127mm，垂直冻结管或水平冻结管的管间距为800mm、排间距为800mm，垂直冻结管或水平冻结管的材质为无缝低碳钢管或PVC管或PPR管或ABS管或PE管，垂直冻结管或水平冻结管的截面为圆形或工字形或X形或T形或Y形。 3.一种基坑坑底冻结加固结构的施工方法，其特征在于：其方法如下所述：步骤一、施工准备；步骤二、基坑围护结构施工；步骤三、钻孔施工与冻结系统安装；步骤四、积极冻结形成坑底冻结加固结构；步骤五、拔除冻结管；步骤六、基坑开挖到底，底板浇筑。 4.根据权利要求3所述的一种基坑坑底冻结加固结构的施工方法，其特征在于：所述的步骤一中的施工准备工作如下所述：第一种情况、当采用低温盐水作为冷媒介质时施工准备工作如下：一、冻结设计： (1)、坑底冻结加固厚度设计：结合工程特点、土层条件及施工现场情况对冻结帷幕厚度进行设计，依据为基坑设计理论，主要是要满足抗隆起验算； 1)、冻结帷幕物理参数：冻土平均温度取-10℃，冻土强度指标需进行室内试验测定； 2)、冻结加固结构形式：在坑底形成平面布置为满堂式或格栅式或裙边式或抽条式的冻结加固结构； (2)、冻结孔的布置：采用垂直冻结管进行冻结时，冻结孔插花布置，孔间距800mm，排间距800mm，靠近基坑围护结构的垂直冻结孔距离围护结构边300-400mm；采用U型冻结管进行冻结时，坑底水平段冻结管的间距为1000mm或800mm； (3)、测温孔布置：根据钻孔的偏斜情况对测温孔的位置进行调整，以便测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便采取相应控制措施，确保施工的安全；二、制冷系统设计： (1)参数选取： 1)、垂直冻结管或U型冻结管选用φ127×4.5mm无缝低碳钢管； 2)、采用盐水冷媒介质时，冻结期去路盐水温度为-28至-30℃，回路盐水温度为-25至-28℃； 3)、盐水比重1.26； 4)、冻结管内盐水流量5m3/h； 5)、冻结管散热能力：260Kcal/m2.h； 6)冷量损失系数：1.2； (2)、需冷量计算：冻结需冷量计算：Q＝1.2·π·d·H·K 式中:H—冻结总长度； d—冻结管直径； K—冻结管散热系数； (3)、冻结站设置、机组选型及数量：冻结站选用W-YSLGF600Ⅱ型螺杆冷冻机两台，每台机组制冷量28×104Kcal/h，电机功率220kw； (4)、盐水系统： 1)、盐水干管、集配液圈选型：φ159×5mm焊管加工制作； 2)、盐水泵选型：选用三台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m3/h,电机30kw； (5)、清水系统： 1)、清水管选型：φ133×4.5mm焊管加工制作； 2)、选用8m3清水箱三个； 3)、新鲜水补充量：30m3/h； 4)、选用三台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m3/h,电机30kw； 5)、选用KST－80型冷却塔四台； (6)、冻结加固结构形成预测：取冻结帷幕发展速度25mm/天，冻结管最大孔间距取800mm，则交圈时间为t1＝800/2/25＝16天，冻结壁交圈时间取20天，整个积极冻结时间取30天以上；第二种情况、当采用液氮作为冷媒介质时施工准备工作如下：液氮冻结管选用Ф108×8mm低碳不锈钢管，测温管选用Ф89×5mm不锈钢钢管，供液管及系统连接管路选用Ф32×3.0mmR304不锈钢管，前述管材的材质均为钢材或用PVC、PPR、ABS和PE塑料材质，选用塑料材质时，最后无需拔除冻结管；选择XY－2型垂直钻机一台，电机功率22KW，进行钻孔，选用BW-250/50型泥浆泵一台，电机功率14.5KW；根据液氮在冻结管中单位时间的蒸发量不同，冻土的发展速度为1-5cm/h，取冻土的发展速度为10cm/天，液氮冻土墙厚度一般要达到1.6m，需要冻土的发展半径约为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。 5.根据权利要求3所述的一种基坑坑底冻结加固结构的施工方法，其特征在于：所述的步骤三中钻孔施工与冻结系统安装的工作如下所述：一、钻孔的施工： (1)、钻孔设备选型：选用XP-30B工程钻机两台，配特拉斯空压机GR200－20空压机一台，采用冲击钻进工艺，在钻好孔内采用下套管测斜，使用灯光测斜，必要时采用JDT-5型陀螺测斜仪测斜以保证钻孔垂直精度； (2)、钻孔技术要求：钻进时，按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小；合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具下到距孔底0.3-0.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲洗，停电时，将钻具提至安全深度，停电超过两小时，将钻具全部提出，对所有钻具经常详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管；冻结管进行地面配组，丈量全长，做好记录，下管时清除管内异物，保持清洁，试压封口后，及时将冻结管周围的空隙用土填实，防止泥浆串孔；偏斜：冻结孔平均偏斜率不得大于5‰，冻结孔终孔间距不大于设计值，否则予以补孔，冻结深度要满足设计要求，下管长度不小于设计冻结孔深度；测斜：冻结孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冻结孔偏斜平面图；钻场基础：为了保证钻孔质量，现场铺设简易泥浆沟槽；二、冻结的施工： (1)、冻结施工的主要设备：螺杆机组两台，型号为W-YSLGF600Ⅱ，功率220KW；盐水泵3台，型号为IS150-125-315，功率为30KW；清水泵三台，型号为IS150-125-315，功率为30KW；冷却塔四台，型号为KST-80，功率为4KW；设备总功率为666KW；整个冷冻站选用YC3×120+2×25低压橡套电缆三根，分别供两台冻结机组及相应配套设备； (2)、冻结站安装：冻结站布置在一侧，两台机组并联安装，可相互备用，冷冻站占地200平方米； (4)冷冻机组的安装： 1)、就位与固定：按照冻结站布置图，将冷冻机组就位后，用螺栓与基础进行可靠固定，固定时用水平尺对机组进行找平，通过不断调整垫铁将机组调平；根据现场的管路布置，调整冷凝器两头盖板，进行优化管路的布置；将机组启动柜可靠布置在机组旁边，利于操作方便的位置，同时注意与机组之间留下足够的空间，要对平时的操作维护带来方便； 2)、管路连接：盐水管路与清水管路与机组之间采用法兰连接，合理地布置安装阀门，利于平时开启与关闭操作，又要对维护时提供方便； 3)、机组密封检测：冷冻机组一定要保证机组的密封性能可靠，首先进行制冷系统的检漏，在确保系统无泻漏后，再充氟加油； 4)、机组加油：检查机组里冷冻机油的量，如果过少，要向机组加油，冷冻机组选用46#冷冻机油； (5)、清、盐水泵的安装：检查水泵和电机，确保在运输和装卸过程中没有损伤；检查工具和起重机械，并检查机器的基础；安装泵的基础平面进行水平找平，放置好后再检查一下整台机组的水平度；泵的吸入管路和吐出管路装配各自的支架，不允许管路重量直接由泵承受；泵轴与电机旋转方向一致；泵的吸入口要高于清、盐水箱底20cm；在清水泵的吸入口安装一道滤网，在盐水箱中间设置一道滤网，以防止杂物被吸入管路内；检查泵及管路及结合处有无松动现象，用手转动泵轴，检查泵轴转动是否灵活；向轴承体内加入轴承润滑机油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油应及时更换或补充； (6)、冷却塔的安装：冷却塔安装过程中注意防火，严禁在塔体及其邻近使用电焊或气割，不能产生明火；冷却塔基础要保持水平，要求支柱与基面垂直，各基面高差不超过±1mm，中心距允许差为±2mm；塔体拼装时，螺栓对称紧固，不允许强行扭曲安装，拼装后不得漏水；冷却塔塔脚与基础固定牢固；冷却塔零部件在运输、存放过程中，其上不允许压重物，不得暴晒，且注意明火；冷却塔进、出水管及补充水管单独设置管道支架，避免将管道重量传递塔体；风机叶片应妥善保管，防止变形，电机及传动件要上油，在室内存放；为避免杂物进入喷嘴、孔口，组装前要仔细清理；冷却塔安装完毕后，及时清理管道、填料表面、集水盘等污垢及塔内遗物，并进行系统冲洗； (7)、冷冻机组调试：在制冷系统调试前，先做好系统内部的清洁和干燥工作； 1)、制冷剂的充注：现场安装后，外观检查如果未发现意外损伤，如果发现制冷剂已经漏完或者不足，首先找出泄漏点并排除泄漏现象，然后加入制冷剂；充注时，直接从专用充液阀门充入，制冷剂充注量不足.会导致冷量不足，制冷剂充注量过多，不但会增加费用，而且对运行能耗带来不利影响； 2)、调试：正式开机前对主要电控系统做模拟动作检测，即机组主机不通电，控制系统通电，然后通过机组内部设定，对机组的电控系统进行检测，组件是否运行正常，如果电控系统出现问题，及时解决，最后再通上主机电源，进行调试；在调试过程中，特别注意以下几点：检查制冷系统中的各处阀门是否处在正常的开启状态，特别是排气截止阀，切勿关闭；打开冷凝器的冷却水阀门和蒸发器的冷水阀门，冷水和冷却水的流量要符合机组技术要求；启动前注意观察机组的供电电压是否正常； 3)、运行：按照冷冻机操作规程要求，启动机组；当机组启动后，根据机组说明书要求，查看机组的各项参数是否正常；对机组的各项数据进行记录，特别是一些主要参数记录清楚；在机组运行过程中，注意压缩机的增、减载机构是否正常工作；正确使用制冷系统中安装的安全保护装置，如有损坏及时更换； 4)、异常监测：螺杆式冷水机组如出现异常情况，立即停机检查；螺杆式制冷压缩机正常运行的标志如下：压缩机排气压力为0.8-1.5MPa；压缩机排气温度为45-90℃；压缩机的油温为40-55℃；压缩机的油压为0.2-0.3MPa；压缩机运行过程中的声音要均匀、平稳，无异常声音；机组的冷凝温度比冷却水温度高3-5℃；冷凝温度控制在40℃，冷凝器进水温度在32℃以下；机组的蒸发温度要比冷媒水的出水温度低3-4℃，冷媒水出水温度为5-7℃； (8)、清、盐水泵的调试：检查泵及管路及结合处有无松动现象，用手转动泵，试看泵轴转动是否灵活；向轴承体内加入轴承润滑机油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油应及时更换或补充；点动电机，试看电机转向是否正确；开动电机，当泵正常运转后，打开出口压力表和，视其显示出适当压力后，逐渐打开闸阀，同时检查电机负荷情况；观察泵体及管路是否振动过大，过大时要停车检查原因并进行处理；尽量控制泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内，以保证泵在最高效率点运转，才能获得最大的节能效果；泵在运行过程中，轴承温度不能超过环境温度35℃，最高温度不得超过80℃；如发现泵有异常声音要立即停车检查原因； (9)、其它：冻机油选用N46冷冻机油；制冷剂选用氟立昂R-22；冷媒剂选用氯化钙溶液。 6.根据权利要求3所述的一种基坑坑底冻结加固结构的施工方法，其特征在于：所述的步骤五中拔除冻结管的工作如下所述： (1)、强制解冻：采用人工局部解冻的方案，利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化； (2)、盐水加热：用一只3m3左右的盐水箱储存盐水，用六组20kw的电热丝进行加热盐水，温度控制在75±10℃； (3)、盐水循环：利用盐水泵循环盐水，水泵型号为IS150-125-315，每个冻结孔的盐水循环流量控制在5－7m3/h； (4)、解冻测量：利用冻结帷幕内的测温孔，每天定时测量帷幕温度的变化，直至冻结帷幕上升至正温为止，则停止解冻作业； (5)、冻结管起拔：冻结管解冻后，用压缩空气将管内盐水排出，采用吊车进行试拔，拔起0.5m左右时，确保无异常后，快速拔出冻结管，拔管注意冻结管与挂钩要成一线，冻结管不能蹩劲，拔管时要常微转动冻结管，冻结管不能硬拔，如拔不动时，要继续循环热盐水解冻，直至能拔起冻结管为止。
所属类别：	发明专利