专利名称：用隔水箱阻止冻土层上水向基坑汇水的结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多年冻土区寒冷季节工程建筑基坑开挖过程中，用隔水箱阻止冻土层上水向基坑汇水的结构。
背景技术：
2010年至2011年在青藏高原进行的青藏直流联网工程输电线路重大工程的建设，需要开挖大量的基坑，但是基坑开挖后，极易导致周边大量冻结层上水向基坑内部的涌水，在导致基坑内部大量积水、软化坑壁和基底的同时，冻结层上水的流动过程导致基坑坑壁的大量坍塌，以致失稳，对施工安全性、建设周期、建设成本，特别是施工质量和施工人员安全造成重大影响。同时，在建设完成后由于涌水所携带的热量对冻土的热扰动，对基础周围多年冻土的热稳定性也会受到重要影响。因此，如何有效避免冻结层上水对冻土基坑施工过程的不利影响是冻土基坑施工的重要难题。
发明内容针对多年冻土区基坑开挖过程中，冻结层上水向基坑汇水的难题，本实用新型提供一种用隔水箱阻止冻土层上水向基坑汇水的结构。本实用新型充分结合青藏直流线路等工程冬季施工的特点和自然界的寒冷条件，在埋设空心隔水箱的基础上，通过其内部与外界的寒冷空气的对流换热，在快速冻结隔水箱周边土体和有效阻隔地下水的同时，也可以不断减低底部冻土的温度，以保证施工的正常进行和冻土的稳定。本实用新型的目的是这样完成的一种用隔水箱阻止冻土层上水向基坑汇水的结构，其特征是在设计基坑周边开挖坑槽，埋设中空隔水箱，中空隔水箱的结构是其上端开放，与外界相通，四周封闭；中空隔水箱的底部深度到达多年冻土上限深度以下10-50cm的位置，填土夯实，埋设平面位置距离拟开挖基坑的边缘的间距为O. 5-5m。上述中空隔水箱用钢材、铝合金、或塑料材料制成。本实用新型的优点和产生的有益效果是I、首次提出在多年冻土区利用自然冷能并通过中空隔水箱与外界环境的自然对流、换热和冻结，可以有效切断冻结层上水向开挖基坑内流动的水利通道，避免冻结层上水向基坑内大量汇集，有效地解决多年冻土区常规技术难以解决的基坑汇水的关键技术难题。2、通过本结构在阻止地下水向基坑汇水的同时，有效保证了工程施工的顺利进行和施工工期完成。在避免汇水造成基坑坑壁坍塌的同时，确保了基坑内部施工人员的安全。保证了浇筑混凝土桩基的质量稳定性。3、冻土热稳定性是冻土基础稳定性的根本，通过该结构有效避免了冻结层上水向基坑内部大量汇水过程导致的对基础周边和下部冻土的热扰动。同时也由于隔水箱的冷却作用，使得基础周围冻土进一步降温，并增加其稳定性。[0011]4、在青藏高原多年冻土区，生态环境极为脆弱，通过本实用新型的实施在很大程度上减小了对周围生态环境的破坏，保护多年冻土长期稳定。5、本实用新型施工简单快捷，在基坑开挖及后续施工完成后，中空隔水箱等设备可以重复使用，节省材料。
图I为本实用新型断面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例，对本实用新型技术方案再做进一步的说明为验证利用隔水箱阻止多年冻土上限层向基坑汇水的方法的有效性，2010年10 月15日在青藏直流线路工程建设工地进行了现场实地试验。实验场地选择在青藏高原清水河段，该段多年冻土、地下冰发育、且不稳定。通过测定，冻土上限深度在2. Im左右，是青藏高原常见的典型的冻土类型。在此段区域，输电线路塔基开挖后冻土上限层水丰富，尽管施工人员采用了水泵等排水措施，仍无法及时将基坑中的水排尽，严重影响施工进度，而被迫推迟施工工期。为解决上述问题，本发明采用和进行了如下试验。为此,本试验在距基坑周边4m处用挖掘机一边开挖坑槽I,坑槽深2. 3m,宽I. 5m,一边向坑槽I埋设钢材中空隔水箱2，再向钢材中空隔水箱两侧填土 3夯实。钢材中空隔水箱结构是其上端开放，与外界相通，四周封闭，其底部至多年冻土上限4深度以下20cm处。钢材中空隔水箱在开挖成型的坑槽中相互组合，构成围绕拟开挖基坑的隔水墙。由于多年冻土上限层附近细颗粒土的持水性，挖掘过程中暂时不会出现涌水，同时由于沟槽较窄、较短，且深度不深，不会发生坑壁坍塌。为增强隔水墙的隔水能力，在隔水墙施工中可在隔水墙外侧铺设一层土工布防水材料，然后回填土。由于空气的比重会随温度而发生变化，在夜间、或白天环境温度较低的时候，钢材中空隔水箱内的温度相对较高、密度相对较小的空气就会上升，与外界温度相对较低、密度较大的空气发生对流交换，而使钢材中空隔水箱内的温度不断降低。在白天、或环境温度高于中空隔水箱2内的温度的时候，该种自然对流过程则不会发生。由此循环使得中空隔水箱2底部周围的土体快速冻结。为加快钢材中空隔水箱2底部周围土体的冻结过程、缩短冻结时间，还可以根据环境气温的条件，通过使用鼓风机，进行隔水箱内部空气的强迫对流过程。在实验期间场地的白天的最高气温为4°C，17:00左右气温开始低于0°C，夜间最低气温达到-7. 5°C。为加快现场的试验过程，现场使用了鼓风机，通过强迫对流换热，加速外界冷空气与箱子内部空气的对流换热 在实验期间，场地的白天的最高气温为4°C ,17:00左右气温开始低于0°C，夜间最低气温达到-7. 5°C。为加快现场的试验过程，现场使用了鼓风机，通过强迫对流换热，加速外界冷空气与钢材中空隔水箱内部空气的对流换热。第一天下午钢材中空隔水箱完成安装，待17:00气温开始低于0°C开始使用鼓风机通风降温，24:00完成通风降温过程。历时5小时。以后时间由其自行进行自然对流过程的降温、冷却过程。第二天中午进行11:00，通过检查，钢材中空隔水箱体底部、隔水箱体围成的场地内部地面均完全冻结、且没有积水。场地内在隔水箱边缘处已经冻结的土块。通过测定，钢材中空隔水箱2内外水位差为1.5m。当天及以后由钢材中空箱体进行自然对流降温，不再利用鼓风机进行强迫对流降温。第三天、第四天通过检查，隔水场地内部依然没有进水，底部依然保持冻结状态。试验结果证明本实用新型利用钢材中空隔水箱2完全阻止了冻土上线层水向坑 槽内部的渗入。然后再在进行设计基坑的开挖，保证了工程施工的顺利进行和施工工期完成。
权利要求1.一种用隔水箱阻止冻土层上水向基坑汇水的结构，其特征是在设计基坑周边开挖坑槽(I)，埋设中空隔水箱(2)，中空隔水箱(2)的结构是其上端开放，与外界相通，四周封闭；中空隔水箱(2)的底部深度到达多年冻土上限深度(4)以下10-50cm的位置，填土(3)夯实，埋设平面位置距离拟开挖基坑的边缘的间距为O. 5-5m。
2.如权利要求I所述ー种用隔水箱阻止冻土层上水向基坑汇水的结构，其特征是中空隔水箱(2)用钢材、铝合金、或塑料材料做成。
专利摘要本实用新型涉及一种用隔水箱阻止冻土层上水向基坑汇水的结构，其特征是在设计基坑周边开挖坑槽，埋设中空隔水箱，中空隔水箱的结构是其上端开放，与外界相通，四周封闭；中空隔水箱的底部深度到达多年冻土上限深度以下10-50cm的位置，填土夯实，埋设平面位置距离拟开挖基坑的边缘的间距为0.5-5m。本实用新型通过多年冻土区冬季施工过程自然冷能的充分利用，发挥基坑四周中空隔水箱构筑的冻结壁有效作用，避免冻结层上水向基坑内大量汇集，有效保证了工程施工的顺利进行和施工工期完成的同时，降低基了坑周边冻土温度的不断，进一步保证了冻土工程的稳定性。
文档编号E02D19/18GK202610820SQ20122006130
公开日2012年12月19日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者俞祁浩, 王国尚, 游艳辉, 钱进, 胡俊, 郭磊, 潘喜才 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 甘肃电力科学研究院