本發(fā)明涉及一種凍土釘墻支護(hù)施工工程，尤其是涉及一種高水位軟土基坑凍土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)體系及施工方法。

背景技術(shù)：

由于土地資源的緊缺，城鎮(zhèn)建設(shè)中高層及超高層建筑大量涌現(xiàn)，深基坑工程越來(lái)越多，深基坑支護(hù)一般施工方法復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)大、工程造價(jià)高，選擇合適的支護(hù)方法對(duì)保證基坑安全、節(jié)約施工成本尤為重要。目前，在高水位的軟土地區(qū)常采用的支護(hù)方式有鉆孔咬合樁和地下連續(xù)墻。鉆孔咬合樁是鉆孔灌注樁與水泥土攪拌樁相互咬合的一種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，由鋼筋混凝土灌注樁承擔(dān)水平向的土壓力，水泥土攪拌樁結(jié)合鉆孔灌注樁共同擋水；地下連續(xù)墻施工需先修筑導(dǎo)墻，然后在導(dǎo)墻內(nèi)分段挖豎直槽，挖槽過(guò)程中采用泥漿護(hù)壁，然后吊放鋼筋籠，水下澆筑混凝土，一段一段連接成一堵地下鋼筋混凝土連續(xù)墻，成為永久性的支護(hù)結(jié)構(gòu)。上述兩種方法支護(hù)高水位軟土基坑技術(shù)較為成熟，但具有如下缺點(diǎn)：①支護(hù)成本特別高；②支護(hù)施工工期長(zhǎng)且施工難度大；③施工中需要泥漿護(hù)壁，易污染環(huán)境。

土釘墻支護(hù)是一種原位土體加固技術(shù)，其受力特點(diǎn)是通過(guò)斜向土釘對(duì)基坑邊坡土體的加固，增加邊坡的抗滑力和抗滑力矩，達(dá)到穩(wěn)定基坑邊坡的作用，該支護(hù)方法施工方法簡(jiǎn)單、支護(hù)成本很低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。土釘支護(hù)一般適用于可塑、硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)的粘性土土層，在軟土地區(qū)，由于軟土強(qiáng)度低，土釘與土之間的摩擦力較小，土釘?shù)目拱纬休d力不足，土釘易被拔出，故無(wú)法應(yīng)用土釘墻；另外，土釘墻沒有擋水能力，也不適用于高水位基坑。

目前，高水位軟土基坑支護(hù)存在的主要問(wèn)題有如下幾點(diǎn)：

1、鉆孔咬合樁和地下連續(xù)墻能夠支護(hù)高水位軟土基坑，但支護(hù)成本高、支護(hù)施工工期長(zhǎng)、施工方法復(fù)雜、易污染環(huán)境。

、土釘墻支護(hù)成本低、工期短、無(wú)污染，但在軟土基坑中土釘?shù)目拱纬休d力不足，故無(wú)法應(yīng)用到軟土基坑。

、土釘墻支護(hù)無(wú)防水能力，不適用于地下水位高于坑底的基坑支護(hù)。

在高水位軟土地區(qū)進(jìn)行基坑支護(hù)，如想達(dá)到支護(hù)成本低、支護(hù)工藝簡(jiǎn)單、支護(hù)工期短、無(wú)環(huán)境污染的目的，可以考慮采取類似土釘墻支護(hù)的方式，但必須解決兩個(gè)問(wèn)題：一是土釘抗拔承載力不足的問(wèn)題，二是土釘墻不能擋水的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種高水位軟土基坑凍土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)體系及施工方法，其支護(hù)成本低、施工工期短、不會(huì)污染環(huán)境，而且解決了上層土釘易被拔出、下層土釘抗拔承載力不足的問(wèn)題，同時(shí)還具有強(qiáng)大的擋水能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高水位軟土基坑凍土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，包括若干個(gè)沿基坑周邊地面豎直鉆入的凍結(jié)管，若干個(gè)由基坑邊坡坡面鉆入、且呈規(guī)則排列的鋼管式土釘，以及設(shè)于基坑邊坡坡面外側(cè)壁上的混凝土防沖刷面板；在所述凍結(jié)管下端、位于地下水位線以下設(shè)有垂直于基坑周邊地面的凍土帷幕防水墻，其中位于地下水位線以上的鋼管式土釘內(nèi)部設(shè)有凍結(jié)管、末端設(shè)有凍土錨固頭，其余鋼管式土釘末端鉆入凍土帷幕防水墻內(nèi)錨固。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鋼管式土釘包括鉆頭以及多節(jié)中空鋼管，所述多節(jié)中空鋼管的節(jié)與節(jié)之間采用螺紋連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鋼管式土釘鉆入深度位于基坑滑裂面以下。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述凍土帷幕防水墻頂端與所述基坑滑裂面交叉。

一種高水位軟土基坑凍土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的施工方法，包括以下步驟：

第一步：在基坑周邊打設(shè)凍結(jié)管，凍結(jié)管安裝完畢后開始凍結(jié)并在地下水位線以下形成凍土帷幕防水墻；

第二步：分層開挖地下水位線上層土體，每層開挖完畢后安裝前端帶鉆頭的鋼管式土釘，在該層鋼管式土釘內(nèi)部安裝凍結(jié)管，連接冷源，對(duì)鋼管式土釘端頭進(jìn)行凍結(jié)，形成擴(kuò)大的凍結(jié)錨固頭，然后在基坑邊坡坡面上安裝預(yù)制混凝土防沖刷面板；

第三步：分層開挖地下水位線下層土體，每層開挖完畢后安裝前端帶鉆頭的鋼管式土釘，該層鋼管式土釘伸入凍土帷幕防水墻內(nèi)錨固，然后在基坑邊坡坡面上安裝預(yù)制混凝土防沖刷面板；

第四步：施工地下結(jié)構(gòu)，待地下結(jié)構(gòu)施工完成后，由下向上逐層拔出多節(jié)中空鋼管，最后停止凍結(jié)，施工完成。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鋼管式土釘包括鉆頭以及多節(jié)中空鋼管，所述多節(jié)中空鋼管的節(jié)與節(jié)之間采用螺紋連接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1．本發(fā)明提出一種適用于深度小于10米的高水位軟土基坑凍土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，施工用材料可以完全回收，施工成本僅為人工費(fèi)和機(jī)械費(fèi)，支護(hù)費(fèi)用極低，解決了在高水位軟土基坑中采用鉆孔咬合樁和地下連續(xù)墻支護(hù)成本高的問(wèn)題；

2．本發(fā)明打設(shè)凍結(jié)管用時(shí)很少，打設(shè)完凍結(jié)管就可以開挖，支護(hù)工期短，解決了鉆孔咬合樁和地下連續(xù)墻支護(hù)施工工期長(zhǎng)的問(wèn)題，同時(shí)施工過(guò)程無(wú)需泥漿護(hù)壁，不會(huì)污染環(huán)境；

3．本發(fā)明一、二層土釘端部設(shè)有凍土錨固頭，錨固頭的外表面積為原來(lái)土釘面積的100倍左右，大大增加了土釘?shù)目拱纬休d力，解決了一、二層土釘易被拔出的問(wèn)題；

4．本發(fā)明下層鋼管式土釘錨固在凍土帷幕防水墻內(nèi)，凍土帷幕防水墻無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度約為6-10MPa，凍土與土釘間的粘結(jié)力足以錨固下層土釘，凍土墻位于潛在滑裂面外側(cè)，解決了下層土釘抗拔承載力不足的問(wèn)題；

5．本發(fā)明凍土帷幕防水墻具有強(qiáng)大的擋水能力，由凍土帷幕防水墻作為基坑外圍的擋水構(gòu)件，解決了土釘墻結(jié)構(gòu)不能擋水的問(wèn)題；

6．本發(fā)明鋼管式土釘為分段螺旋連接，支護(hù)完成后進(jìn)行凍土解凍，解凍后的凍土失去對(duì)土釘?shù)恼辰Y(jié)力，土釘用很小的力就可以分段拔出，實(shí)現(xiàn)回收再利用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明鋼管式土釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1基坑，2凍結(jié)管，3鋼管式土釘，31鉆頭，32多節(jié)中空鋼管，33螺紋，4混凝土防沖刷面板，5地下水位線，6凍土帷幕防水墻，7凍土錨固頭，8基坑滑裂面。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

（1）施工工藝流程

打設(shè)凍結(jié)孔→安裝凍結(jié)管→開始凍土帷幕凍結(jié)→分層開挖（地下水位線）上層土體（第一、二層土）→安裝第一、二層鋼管式土釘→凍結(jié)第一、二層鋼管式土釘形成凍土錨固頭→安裝預(yù)制混凝土（防沖刷）面板→分層開挖（地下水位線）下層土體→安裝鋼管式土釘→安裝預(yù)制混凝土（防沖刷）面板→地下工程施工→由下向上逐層拔出鋼管式土釘→分層回填土→停止凍結(jié)。

（2）凍結(jié)設(shè)備安裝

凍結(jié)設(shè)備安裝施工操作要點(diǎn):施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)每個(gè)施工工序的管理，控制好凍結(jié)孔成孔質(zhì)量、凍結(jié)管安裝質(zhì)量、凍結(jié)站安裝質(zhì)量、做好凍結(jié)過(guò)程的檢測(cè)。

）凍結(jié)孔開孔施工

①開孔間距誤差控制在±20mm內(nèi)，在打鉆設(shè)備就位前，用儀器精確確定開孔孔位，以提高定位精度。

②準(zhǔn)確丈量鉆桿尺寸，控制鉆進(jìn)深度。

③按要求鉆進(jìn)、用燈光測(cè)斜，偏斜過(guò)大則進(jìn)行糾偏。鉆進(jìn)3m時(shí)，測(cè)斜一次，如果偏斜不符合設(shè)計(jì)要求，立即采取調(diào)整鉆孔角度及鉆進(jìn)參數(shù)等措施進(jìn)行糾偏，如果鉆孔仍然超出設(shè)計(jì)規(guī)定，則進(jìn)行補(bǔ)孔。

）凍結(jié)管試漏與安裝

凍結(jié)管（含測(cè)溫管）采用絲扣聯(lián)接加焊接，管子端部采用底蓋板和底錐密封。凍結(jié)管安裝完，進(jìn)行水壓試漏，初壓力0.8MPa，經(jīng)30分鐘觀察，降壓≤0．05MPa，再延長(zhǎng)15分鐘壓力不降為合格，否就近重新鉆孔下管。

）凍結(jié)系統(tǒng)安裝與調(diào)試

①按1.5倍制冷系數(shù)選配制冷設(shè)備，為確保凍結(jié)施工順利進(jìn)行，冷凍站安裝足夠的備用制冷機(jī)組。冷凍站運(yùn)轉(zhuǎn)期間，要有兩套的配件，備用設(shè)備完好，確保冷凍機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，提高制冷效率。

②管路用法蘭連接，在鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上要設(shè)置伸縮接頭、閥門和測(cè)溫儀、壓力表、流量計(jì)等測(cè)試元件。鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保溫，保溫厚度為50mm，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈與凍結(jié)管的連接用高壓膠管，每根凍結(jié)管的進(jìn)出口各裝閥門一個(gè)，以便控制流量。

③冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫，鹽水箱和鹽水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。

④機(jī)組充氟和冷凍機(jī)加油按照設(shè)備使用說(shuō)明書的要求進(jìn)行。首先進(jìn)行制冷系統(tǒng)的檢漏和氮?dú)鉀_洗，在確保系統(tǒng)無(wú)滲漏后，再充氟加油。

⑤設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。

⑥冷凍站安裝完成后要按《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求進(jìn)行試漏和抽真空，確保安裝質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

（3）凍土帷幕防水墻凍結(jié)施工

1）凍結(jié)試運(yùn)轉(zhuǎn)

在凍結(jié)試運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，定時(shí)檢測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍土帷幕擴(kuò)展情況，必要時(shí)調(diào)整凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)。

）積極凍結(jié)

積極凍結(jié)，就是充分利用設(shè)備的全部能力，盡快加速凍土發(fā)展，在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)把鹽水溫度降到設(shè)計(jì)溫度。積極凍結(jié)鹽水溫度一般控制在-25～-28℃之間。

）維護(hù)凍結(jié)

維護(hù)凍結(jié)，就是通過(guò)對(duì)凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，提高或保持鹽水溫度，降低或停止凍土的繼續(xù)發(fā)展，維持結(jié)構(gòu)施工的要求。維持凍結(jié)鹽水溫度一般控制在-22～-25℃之間，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間由地下結(jié)構(gòu)施工的時(shí)間決定。

（4）土方開挖

1）測(cè)量放線

根據(jù)地下工程施工的要求，確定基坑邊坡的下邊線位置，并根據(jù)坡度大小，放出邊坡的上邊線。每層土方開挖完畢并修整完邊坡后，根據(jù)施工準(zhǔn)備階段制定的施工方案放出土釘?shù)奈恢镁€，然后進(jìn)行其他工作。

）土方開挖

基坑開挖應(yīng)按設(shè)計(jì)要求分層開挖，分層開挖高度由設(shè)計(jì)要求土釘?shù)呢Q向距離確定，超挖不低于土釘向下0.5m。分層開挖長(zhǎng)度也宜分段進(jìn)行，分段長(zhǎng)度按土體可能維持不塌的自穩(wěn)時(shí)間和施工流程相互銜接情況而定。

）修理邊坡

在挖土過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行側(cè)壁的修補(bǔ)，保證坡度滿足施工要求，因?yàn)榇隧?xiàng)工藝直接關(guān)系到預(yù)制混凝土防沖刷面板的安裝，故要嚴(yán)格按要求施工。

（5）鋼管式土釘安裝

1）土釘成孔

土釘成空前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求定出孔位并作出標(biāo)記和編號(hào)，成孔過(guò)程中遇到障礙需要調(diào)整孔位時(shí)，不得損害支護(hù)原定的安全程度。成孔過(guò)程中應(yīng)做好成孔記錄，按土釘編號(hào)逐一記載成孔質(zhì)量和成孔事故處理。

）土釘安裝

本發(fā)明采用的土釘為前端帶鉆頭的中空鋼管，無(wú)需像普通土釘一樣先成孔、再放置鋼筋、后進(jìn)行孔內(nèi)灌漿，本發(fā)明土釘成孔與土釘安裝一次進(jìn)行，成孔結(jié)束土釘即完成安裝。

（6）凍土錨固頭凍結(jié)

1）土釘內(nèi)放置凍結(jié)管

根據(jù)設(shè)計(jì)的凍土錨固頭長(zhǎng)度，在鋼管式土釘內(nèi)放置凍結(jié)管，凍結(jié)管應(yīng)深入土釘?shù)撞?，凍結(jié)管長(zhǎng)度由凍土錨固頭的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度確定。

）積極凍結(jié)

積極凍結(jié)，就是充分利用設(shè)備的全部能力，盡快加速凍土發(fā)展，在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)把鹽水溫度降到設(shè)計(jì)溫度。積極凍結(jié)鹽水溫度一般控制在-25～-28℃之間。凍土錨固頭一般設(shè)計(jì)半徑為300mm，積極凍結(jié)時(shí)間可根據(jù)土熱參數(shù)計(jì)算獲得。

）維護(hù)凍結(jié)

維護(hù)凍結(jié)，就是通過(guò)對(duì)凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，提高或保持鹽水溫度，降低或停止凍土的繼續(xù)發(fā)展，維持結(jié)構(gòu)施工的要求。維持凍結(jié)鹽水溫度一般控制在-22～-25℃之間，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間由地下結(jié)構(gòu)施工的時(shí)間決定。

（7）鋼管式土釘回收

拆除預(yù)制混凝土面板，在土釘鋼管內(nèi)進(jìn)行熱水循環(huán)，將土釘周圍的凍土融化，接著反方向旋轉(zhuǎn)土釘，將土釘從土層中旋出，分節(jié)卸下土釘管，回收再利用。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。