一种黄土基坑热减湿支护结构及其施工方法与流程

本发明属于岩土基坑支护领域，涉及一种黄土基坑热减湿支护结构及其施工方法。

背景技术：

在黄土旱塬地区高度超过20m的直立黄土边坡是多见的。如果把黄土基坑土体含水量降低到10％以下，则无支护黄土基坑垂直开挖深度可大幅提高。基于这一思想，申请人提出一种新的黄土基坑加固方法-热减湿加固法。该方法通过施加高温，用热力驱使坑坡土体内的水分产生运动，逐渐排出加固范围土体，使坑坡土体含水量显著降低，从而大幅度提高黄土强度以达到坑坡稳定的目的。

提出热减湿加固法的主要理论依据是非饱和土体水热迁移方面的研究成果。现有研究对科学认识和评价非饱和土体水热问题提供了依据，已经揭示出了温度梯度对水分迁移的驱动作用，对土体施加温度梯度后，土体水分将从高温区向低温区迁移，导致温度较高区域土体含水量降低。热减湿加固法对土体施加一个大的温度梯度后，将导致温度较高的坑坡土体含水量大幅降低，坑坡土体强度随之大幅提高，从而达到维持坑坡稳定目的。

现有基坑支护方法大多在土体中增设钉、桩、锚等增强体，改变了坑周土体的天然结构，增强体的长度也受到限制，工程造价高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种黄土基坑热减湿支护结构及其施工方法，该支护结构能够实现黄土基坑的支护，且施工简单，成本低。

为达到上述目的，本发明所述的黄土基坑热减湿支护结构包括供热管、回水管、低压蒸汽锅炉、供热管上设置有若干u型管，其中，各u型管均插入于黄土基层上待加固黄土基坑的区域内，低压蒸汽锅炉的出水口依次经供热管、u型管及回水管与低压蒸汽锅炉的入水口相连通。

黄土基层上待挖黄土基坑的区域的表面开设有若干土层钻孔，其中，一个土层钻孔对应一个u型管，其中，各u型管插入于对应的土层钻孔内，且各土层钻孔内回填有黄泥浆。

还包括用于检测低压蒸汽锅炉出口处水汽温度的温度传感器、用于控制低压蒸汽锅炉的控制器以及用于监测黄土基坑内温度及湿度的温湿度传感器，其中，控制器与温湿度传感器的输出端、温度传感器的输出端及低压蒸汽锅炉的控制端相连接。

供热管上设置有出水阀，回水管上设置有回水阀。

土层钻孔的孔径为120mm。

低压蒸汽锅炉为卧式电低压蒸汽锅炉及卧式天然气低压蒸汽锅炉。

本发明所述的黄土基坑热减湿支护结构的施工方法包括以下步骤：

1)在黄土基坑开挖前，沿黄土基坑的开挖边界确定坑坡土体的加固范围；

2)在坑坡土体的加固范围内钻取土层钻孔；

3)将供热管上的各u型管插入于对应的土层钻孔内，再对各土层钻孔进行回填；

4)将供热管、u型管、回水管及低压蒸汽锅炉相连通，低压蒸汽锅炉输出的高温水汽依次经供热管3及各u型管，然后通过回水管回流至低压蒸汽锅炉中，以加热并疏干土体。

低压蒸汽锅炉输出的高温水的温度小于等于300℃。

u型管的长度为黄土基坑深度的1.2倍。

u型管与土体加固区域边界之间的距离为黄土基坑深度的0.4倍；

相邻u型管之间的距离为黄土基坑深度的0.4倍。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的黄土基坑热减湿支护结构及其施工方法在具体操作时，将非饱和土水热迁移理论应用于黄土基坑支护工程，通过向u型管内通入的高温水蒸汽对黄土进行加热并疏干土体，然后再进行黄土基坑的开挖，工程造价小，且绿色环保，改变现有基坑支护方法在土体增设钉、桩、锚等增强体的作法，最大限度保证了坑周土体的天然结构，也有利于解决现有的增强体长度受限问题。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的剖体图；

图3为本发明中u型管2的管道细部图。

其中，1为低压蒸汽锅炉、2为u型管、3为供热管、4为回水管、5为土层钻孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1、图2及图3，本发明所述的黄土基坑热减湿支护结构包括供热管3、回水管4、低压蒸汽锅炉1、供热管3上设置有若干u型管2，其中，各u型管2均插入于黄土基层上待加固黄土基坑的区域内，低压蒸汽锅炉1的出水口依次经供热管3、u型管2及回水管4与低压蒸汽锅炉1的入水口相连通。

黄土基层上待挖黄土基坑的区域的表面开设有若干土层钻孔5，其中，一个土层钻孔5对应一个u型管2，其中，各u型管2插入于对应的土层钻孔5内，且各土层钻孔5内回填有黄泥浆。

本发明还包括用于检测低压蒸汽锅炉1出口处水汽温度的温度传感器、用于控制低压蒸汽锅炉1的控制器以及用于监测黄土基坑内温度及湿度的温湿度传感器，其中，控制器与温湿度传感器的输出端、温度传感器的输出端及低压蒸汽锅炉1的控制端相连接。

供热管3上设置有出水阀，回水管4上设置有回水阀；土层钻孔5的孔径为120mm；低压蒸汽锅炉1为卧式电低压蒸汽锅炉及卧式天然气低压蒸汽锅炉。

本发明所述的黄土基坑热减湿支护结构的施工方法包括以下步骤：

1)在黄土基坑开挖前，沿黄土基坑的开挖边界确定坑坡土体的加固范围；

2)在坑坡土体的加固范围内钻取土层钻孔5；

3)将各u型管2插入于对应的土层钻孔5内，再对各土层钻孔5进行填埋；

4)将供热管3、u型管2、回水管4及低压蒸汽锅炉1相连通，低压蒸汽锅炉1输出的高温水汽依次经供热管3及各u型管2，然后通过回水管4回流至低压蒸汽锅炉1中，以加热并疏干土体。

具体的，低压蒸汽锅炉1输出的高温水的温度小于等于300℃；u型管2的长度为黄土基坑深度的1.2倍；u型管2与土体加固区域边界之间的距离为黄土基坑深度的0.4倍；相邻u型管2之间的距离为黄土基坑深度的0.4倍。

控制器和温度传感器联合控制低压蒸汽锅炉1输出的水汽温度，温湿度传感器及控制器联合作用监测加固土体过程中的温度及含水量数据。

上述实施例仅为本发明的优选实施例,并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种黄土基坑热减湿支护结构及其施工方法，包括供热管、回水管、低压蒸汽锅炉、供热管上设置有若干U型管，其中，各U型管均插入于黄土基层上待挖黄土基坑的区域内，低压蒸汽锅炉的出水口依次经供热管、各U型管及回水管与低压蒸汽锅炉的入水口相连通，该支护结构能够实现黄土基坑的支护，且施工简单，成本低。

技术研发人员：王铁行;林芸;金鑫;张亮;王华杰;甘浩
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：2019.07.16
技术公布日：2019.10.01