一种具有冻结封水功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构及方法与流程

本发明涉及一种富水软弱地层深基坑支护方法，具体是一种具有冻结封水功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构及方法。

背景技术：

近年来，随着我国城市化进程不断加快，地下工程建设的规模也在逐步扩大，与此同时基坑工程也在向着深、广两个方面发展，还要面临基坑周围环境愈加复杂以及环境保护越来越严苛等问题。故深基坑支护方式所面临的技术挑战与施工风险越来越大，尤其是在我国东部沿海地区分布较广的富水软弱地层，土体天然含水率高，强度低，自身承载力差，防水难度大，这对深基坑支护提出了更高的要求。常见的深基坑支护方式有钻孔灌注桩、地下连续墙、土钉墙、压入式型桩+旋喷止水帷幕等，但各自都有其局限性：例如钻孔灌注桩易造成水土流失，造价高，止水性能差；地下连续墙封水和支护能力良好，但造价过高；土钉墙只适用于含水量低且土质较好的地区；压入式型桩+旋喷止水帷幕对施工场地要求大，工序复杂，添加入土体的水泥、止水材料对地下水土有一定的危害。

技术实现要素：

发明目的：本发明是为解决现有深基坑支护的方法有所不足的基础上，提出的一种具有冻结封水功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构及方法，充分发挥了压入式槽钢板桩挡土和冻土帷幕封水的组合效果。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出一种具有冻结封水功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构，包括：压入式槽钢板桩、冻结管、冻土帷幕、水平联系梁；冻结管焊接在压入式槽钢板桩的腹板上，冻结管的长度方向与压入式槽钢板桩的长度方向一致；冻结管内布置低温介质循环系统，低温介质循环系统能够使冻结管表面温度降低从而对压入式槽钢板桩腹板周围的土层进行冻结；焊接有冻结管的压入式槽钢板桩压入支护面中，并沿支护面高度方向延伸，多根压入式槽钢板桩之间通过水平联系梁连接固定；冻结管在使用时使压入式槽钢板桩腹板周围的土层冻结，在支护面表面形成冻土帷幕，冻土帷幕与通过水平联系梁连接固定的压入式槽钢板桩共同构成深基坑的支护结构。

进一步的，所述压入式槽钢板桩压入支护面时槽口朝向支护面。

进一步的，在所述冻土帷幕外层还设有保温层。

进一步的，所述保温层为聚苯乙烯泡沫塑料板。

进一步的，所述保温层外侧还贴有防水薄膜。

进一步的，所述低温介质循环系统为低温氯化钙溶液循环系统，低温氯化钙溶液循环系统包括：供液管和回液管；所述低温氯化钙溶液循环系统采用正循环冻结方式，供液管与提供低温盐水的外部制冷系统连接，低温盐水由供液管进入冻结管，经回液管返回制冷系统。

进一步的，所述压入式槽钢板桩上沿长度方向布设多根水平联系梁。

本发明还提出一种基于所述具有冻结封水功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构的支护方法，包括：

步骤1：在基坑开挖之前，将焊接有冻结管的压入式槽钢板桩沿开挖面垂直压入土中，并在压入式槽钢板桩顶部布设水平联系梁将多根压入式槽钢板桩连接为一个整体；

步骤2：采用外部制冷系统为冻结管内部的低温介质循环系统提供低温介质，使冻结管表面温度降低从而对压入式槽钢板桩腹板周围的土层进行冻结，冻结的土层在支护面表面形成封水的冻土帷幕；

步骤3：在基坑挖掘过程中，沿压入式槽钢板桩高度方向在压入式槽钢板桩高出基坑坑底的部分上增加水平联系梁以稳定整个支护结构；

步骤4：基坑内部结构构筑完成后，逐步拆除支护结构中的水平联系梁，同时停止冻结，拔出压入式槽钢板桩和冻结管，然后采用砂土回填基坑。

有益效果

本发明提出一种压入式槽钢板桩与冻结法形成的冻土帷幕组合而成的深基坑支护结构及方法，有效起到挡土、防渗及加固土体的作用，此方法安全可靠，经济效果较好，且施工方便，主要材料重复利用率高，绿色环保。可解决富水软弱地层深基坑支护难的问题。

附图说明

图1为本发明具有封水冻结功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构的平面结构示意图；

图2为本发明的剖面结构示意图；

图3为本发明的冻结管示意图。

图中：1-压入式槽钢板桩；2-冻结管；3-冻土帷幕；4-水平联系梁；5-保温层；6-未冻土；7-架管；8-地锚；9-供液管；10-回液管；11-测温点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

图1所示为本实施例提出的一种具有封水冻结功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构的平面结构示意图，图2为该支护结构的剖面结构示意图。所述具有封水冻结功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构包括：压入式槽钢板桩1、冻结管2、冻土帷幕3、水平联系梁4。冻结管2焊接在压入式槽钢板桩1的腹板上，冻结管2的长度方向与压入式槽钢板桩1的长度方向一致，采用焊接方式与槽钢相连，减少冻结管在施工时受力，可以避免槽钢压入和拨出土体时冻结管变形和破坏；冻结管2内布置低温介质循环系统，低温介质循环系统能够使冻结管2表面温度降低从而对压入式槽钢板桩1腹板周围的土层进行冻结；焊接有冻结管2的压入式槽钢板桩1压入支护面中，并沿支护面高度方向延伸，多根压入式槽钢板桩1之间通过水平联系梁4连接固定；冻结管2在使用时使压入式槽钢板桩1腹板周围的土层冻结，在支护面表面形成冻土帷幕3，冻土帷幕3与通过水平联系梁4连接固定的压入式槽钢板桩1共同构成深基坑的支护结构。

上述具有封水冻结功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构中，压入式槽钢板桩1、冻结管2、冻土帷幕3共同起到防水和支护作用。所述的压入式槽钢板桩1为槽钢板桩支护形式，主要起承重、挡土作用，其耐久性良好，施工方便，重复利用率高。封闭的冻土帷幕3在深基坑外围起到隔水和承载双重作用，压入式槽钢板桩1还可扩大散热面从而加快冻土帷幕3的形成速度。

人工冻结系统为氨制冷机组、盐水循环系统、冷媒剂采用氯化钙溶液，其中，盐水循环系统如图3所示，包括供液管9和回液管10；所述盐水循环系统采用正循环冻结方式，供液管9与氨制冷机组连接，氨制冷机组形成的低温盐水连接供液管9和回液管10，低温盐水由供液管9进入冻结管2，经回液管10返回氨制冷机组，通过在冻结管2中循环冷媒剂来降低土体温度。采用正循环冻结方式，低温盐水由供液管进入冻结管，经回液管返回制冷系统，保证形成的冻土帷幕上部薄、下部厚，经济合理，积极冻结期形成冻土帷幕，待冻土帷幕交圈后转入维护冻结。氨制冷机组的冻结功率由深基坑大小、环境温度、土体温度及冻结温度共同决定。冻结管2采用无缝钢管焊接而成，供液管采用聚乙烯管。

优选的，压入式槽钢板桩1靠基坑一侧铺设保温层5，保温层5用锚钉铺设聚苯乙烯泡沫塑料板，可防止外界对冻土帷幕的热侵蚀，泡沫塑料板外贴一至两层塑料薄膜，防止外界雨水侵蚀和太阳辐射的影响。

上述具有封水冻结功能的压入式槽钢板桩深基坑支护结构的支护方法为：

(1)基坑开挖之前，将焊接好冻结管2(壁厚6mm～10mm，直径为127mm～159mm的无缝焊接钢管)的压入式槽钢板桩1(16^#～36^#)压入到预定深度，插入比(压入式槽钢板桩1总长度除以基坑最大开挖深度)取1.3～1.8。压入式槽钢板桩1间距0.3m～1.2m，待开挖至一定深度(2m～4m)后用水平联系梁4对压入式槽钢板桩1进行加固。水平联系梁4也采用槽钢(16^#～36^#)，分别在水平联系梁4和压入式槽钢板桩1上焊接腹板，用螺栓连接方式，把压入式槽钢板桩1和水平联系梁4组成一个整体，增加基坑支护体系的整体刚度，基坑下部水平联系梁4通过架管7与远端的地锚8连接固定。

(2)依据基坑周围地下水情况，按照防渗标准进行冻土帷幕厚度设计，冻结温度范围：-5℃～-40℃，根据冻结温度调整氨制冷机组的冻结功率，积极冻结期形成冻土帷幕，待冻土帷幕交圈后转入维护冻结。冻结管上每隔2m～3m布置一个测温点11，冻结过程中要定时监测冻结管和供液管路、回液管路(供液管和回液管直径取50mm～75mm)盐水温度及冻土帷幕的发展情况，依据实测温度场结果，适度调整冻结参数以保证冻土帷幕起到防渗作用。

(3)在压入式槽钢板桩1位于深基坑侧铺设保温层5(聚苯乙烯泡沫塑料板和塑料薄膜，起到隔绝雨水和太阳辐射的作用)，可有效防止外界热源对冻土帷幕的热侵蚀、减少冷能浪费，使冻土帷幕更加有效地朝着土体一方推进。保温层5外贴一至两层塑料薄膜，防止外界雨水侵蚀。

(4)基坑内部结构逐步构筑完成后，并逐步拆除深基坑支护结构中水平联系梁，停止冻结，拔出压入式槽钢板桩和冻结管，并采用砂土回填，压入式槽钢板桩和冻结管可以重复利用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。