[發明專利]一種輸變電工程塔基基坑凍結方法

有效

• 申請號: 201710054196.6
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106812130B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 呂念;丁寶民;張曉亮;李繼征;蘇仁恒;單軍;朱傳達;欒勇;馬鳳臣;楊啟發
• 申請（專利權）人: 山東送變電工程公司
• 主分類號: E02D3/115
• 分類號: E02D3/115;E02D27/42
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 劉乃東

1.一種輸變電工程塔基基坑凍結方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)施工前的準備；

(2)凍結方式的確定

采用鹽水凍結法進行凍結，利用氟利昂作為制冷介質制取低溫鹽水，將低溫鹽水送入基礎周圍的專用凍結管中進行循環，將地層熱量帶出進而凍結地層；凍結方案采用垂直孔凍結方案；

(3)凍結參數的確定

對凍結深度、凍結臂厚、凍結壁平均溫度進行確定，并且對凍結深度以及凍結壁厚進行驗證分析；

將粉質粘土作為穩定隔水層凍結深度需進入穩定隔水層，并超過開挖深度5～8m，選取塔基坑四周凍結帷幕凍結深度為7.5m；凍結壁厚度設置為0.5m；凍結壁的平均溫度為-8℃；

凍結深度和凍結壁厚的驗算分析過程為：

對凍土墻的凍結深度和凍結壁厚的確定需要計算出作用在凍土墻上的主動土壓力和被動土壓力，通過主動土壓力和被動土壓力對凍結深度和凍結厚度進行驗算；

對主動土壓力和被動土壓力進行計算的方法如下：

主動土壓力和被動土壓力的土壓力應包括兩部分，即水壓力和有效土壓力，對于滲透性好的砂粉土或雜填土，同時考慮水壓力，即進行水土壓力分算法；對于透水性差的粘土，進行水土壓力合算法；

A主動土壓力計算

砂性土、粉土及透水性好的雜填土按水土壓力分算原則確定主動土壓力為：

式中：

e_aik——作用于凍土墻上的主動土壓力，Mpa；

σ_aik——作用于深度z_i處不考慮水浮力的正壓力的標準值，Mpa；

z_i——計算點深度，m；

c_i——第i層的內聚力，根據直剪試驗確定，Mpa；

γ_w——水的重度，kN/m³；

h_wa——基坑外側水位深度，m；

K_ai——第i層土的主動土壓力系數；

——第i層土的內摩擦角，單位°；

對于粘性土根據水土合算的原則確定主動土壓力為：

根據多數基坑支護工程的實測資料證明主動土壓力在基坑開挖深度以下與朗肯主動土壓力有較大的差距，在基坑底以下主動土壓力不再隨深度呈線性增加，從另一角度分析，在按傳統的計算重力式擋土墻的方法進行穩定性驗算時，出現基坑底以下主動土壓力隨著擋土墻深度的增加而降低的趨勢，因此在計算主動土壓力時，需采用如下修正方法：計算點位于基坑開挖面以下時，取σ_aik＝γ·h，其中γ指開挖面以上土層的加權平均值，h指基坑開挖深度，單位m；

B被動土壓力的計算

對于砂性土、粉土及透水性好的雜填土采用水土分算原則計算被動側壓力為：

對于粘性土按水土分算的原則確定被動土壓力為：

式中：

e_pjk——作用于凍土墻上的被動土壓力，Mpa；

z_j——計算點深度，m；

c_j——第j層的內聚力，根據直剪試驗確定，Mpa；

γ_w——水的重度，kN/m³；

h_wp——基坑內側水位深度，m；

K_pj——第j層土的被動土壓力系數；

——第j層土的內摩擦角，單位°；

按照止水作用對凍結深度進行驗證分析方法如下：

當地下水位較高且基坑底面以下為砂土、粉土地層時，凍土墻作為帷幕墻的插入深度應滿足防止發生流土現象的要求；

離墻體距離為B_w的范圍內單位寬度地下水上浮力為：

F＝γ_wB_wh_w

其中，h_w為B_w范圍內單位寬度地下水頭平均高度，其按經驗取h_w＝H_w/2,B_w＝D/2，h_w單位為m，B_w單位為m，H_w為基坑外側水位距離基坑底部的距離，單位為m，D是嵌固深度，單位為m；

離墻體距離為B_w的范圍內墻底端高程以上土重為：

W＝J_crγ_wDB_w

其中，J_cr為臨界水力坡度；

當W≥F時不會發生流土現象，則嵌固深度：

其中，K_s為抗流土安全系數，一般取1.5～2.5；

按抗傾覆穩定對凍土墻厚度的驗算分析如下：

重力式圍護結構的嵌固深度確定后，墻厚對抗傾覆穩定起控制作用；按重力式圍護結構的抗傾覆極限平衡條件來確定最小結構厚度，取單位長度墻體進行計算，所述單位長度墻體為1m長的墻體；

C對砂性土、粉土及透水性好的雜填土

傾覆力矩M_s＝∑E_ah_a

抗傾覆力矩

滿足M_T≥1.5M_S

則求得凍土墻厚度B：

式中：

∑E_a——基坑主動側水平力的總和，kN；

∑E_p——基坑被動側水平力的總和，kN；

h_a——基坑主動側水平合力作用點距墻底部的距離，m；

h_p——基坑被動側水平合力作用點距墻底部的距離，m；

h_wa——基坑外側地下水位埋深，m；

h_wp——基坑內側地下水位埋深，m；

H——基坑的深度，m；

D——嵌固深度，m；

γ_D——凍土的重度，kN/m³；

D對粘性土

傾覆力矩M_s＝∑E_ah_a

抗傾覆力矩

滿足M_T≥1.5M_S

則求得凍土墻厚度B：

該地層凍結屬粉土及粉質粘土凍結，設計凍結壁厚度0.5m，經進行平板擋土墻應力計算并結合相應工程的施工經驗，證實安全可靠，同時利于減少工程量，既安全又經濟；

基坑開挖深度2.8m，根據提供的地質柱狀圖和土工試驗資料，將粉質粘土作為穩定隔水層，根據《煤礦凍結法開鑿立井工程技術規范》MT/T1124-2011要求，凍結深度需進入穩定隔水層，并超過開挖深度5～8m。故選取塔基坑四周凍結帷幕凍結深度為7.5m，經驗算后，嵌固深度為7.5m時不會發生流土現象；

(4)凍結布置圈徑和孔數的確定；

(5)測溫孔、水文孔的確定；

(6)凍結管和打鉆設備的選擇；

(7)鉆孔、連接干管；

(8)加工底座、設備就位；

(9)管道與設備連接；

(10)設備調試、試運行以及運行監測；

(11)試開挖；

(12)正式開挖。