一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法，涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在基坑凍土擋墻裝置不環(huán)保、需降水和成本高的問題。該裝置包括：土層、第一凍結(jié)管、第二凍結(jié)管、制冷裝置、溫度傳感器和溫度控制裝置；第一凍結(jié)管和第二凍結(jié)管均為一部分設(shè)置在土層內(nèi)部，另一部分設(shè)置在土層外部；設(shè)置在土層外部的第一凍結(jié)管和第二凍結(jié)管上均設(shè)置有兩個開口端；制冷裝置設(shè)置在土層外部，制冷裝置包括：入口裝置、出口裝置、鹽水泵、蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機、冷卻水泵和冷卻塔；溫度傳感器埋設(shè)在土層內(nèi)部，溫度控制裝置位于土層外部，壓縮機和溫度傳感器均與溫度控制裝置電連接。
【專利說明】
一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，凍結(jié)法只是在隧道工程的土體加固及水下灌注粧孔壁加固中應(yīng)用，還未見在建筑基坑工程中應(yīng)用。
[0003]我國高層建筑基坑工程多采用排粧和錨桿擋墻結(jié)構(gòu)，排粧和錨桿擋墻結(jié)構(gòu)在地下施工后將成為廢物埋在地下，大量浪費鋼材和混凝土，而且不環(huán)保;基坑開挖時還需降水，因降水沉降，對周邊建筑物、構(gòu)筑物及地下管線造成危害和破壞，并且大量浪費地下水;施工成本高。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，存在基坑凍土擋墻裝置不環(huán)保、需降水和成本高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在基坑凍土擋墻裝置不環(huán)保、需降水和成本高的問題。
[0006]本發(fā)明實施例提供一種基坑凍土擋墻裝置，包括:土層、第一凍結(jié)管、第二凍結(jié)管、制冷裝置、溫度傳感器和溫度控制裝置；
[0007]所述第一凍結(jié)管的一部分和所述第二凍結(jié)管的一部分均設(shè)置在所述土層內(nèi)部，所述第一凍結(jié)管的另一部分和所述第二凍結(jié)管的另一部分均設(shè)置在所述土層外部;設(shè)置在所述土層外部的所述第一凍結(jié)管上設(shè)置有凍結(jié)管第一開口端和凍結(jié)管第二開口端;設(shè)置在所述土層外部的所述第二凍結(jié)管上設(shè)置有凍結(jié)管第三開口端和凍結(jié)管第四開口端；
[0008]所述制冷裝置設(shè)置在所述土層外部，所述制冷裝置包括:入口裝置、出口裝置、鹽水栗、蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機、冷卻水栗和冷卻塔；
[0009]所述入口裝置上設(shè)置的第一輸出端與所述凍結(jié)管第一開口端連接，所述入口裝置上設(shè)置的第二輸出端與所述凍結(jié)管第三開口端連接，所述入口裝置上設(shè)置的輸入端與所述蒸發(fā)器的第一輸出端連接；
[0010]所述出口裝置上設(shè)置的第一輸入端與所述凍結(jié)管第二開口端連接，所述出口裝置上設(shè)置的第二輸入端與所述凍結(jié)管第四開口端連接，所述出口裝置上設(shè)置的輸出端通過所述鹽水栗與所述蒸發(fā)器的第一輸入端連接；
[0011]所述蒸發(fā)器的第二輸入端與所述冷凝器的第一輸出端連接;所述蒸發(fā)器的第二輸出端通過所述壓縮機與所述冷凝器的第一輸入端連接；
[0012]所述冷凝器的第二輸出端依次通過所述冷卻水栗和所述冷卻塔與所述冷凝器的第二輸入端連接；
[0013]所述溫度傳感器埋設(shè)在所述土層內(nèi)部，所述溫度控制裝置位于所述土層外部，所述壓縮機和所述溫度傳感器均與所述溫度控制裝置電連接；
[0014]所述溫度控制裝置通過所述溫度傳感器獲得基坑周邊土層中的土體溫度值，并且所述溫度控制裝置根據(jù)所述土體溫度值確定基坑周邊土層中的土體強度值;所述溫度控制裝置根據(jù)所述土體強度值和預(yù)設(shè)土體強度值的大小關(guān)系控制所述制冷裝置，所述制冷裝置通過控制所述凍結(jié)管內(nèi)部冷凍液的溫度對基坑周邊土層進(jìn)行凍結(jié)。
[0015]較佳地，所述凍結(jié)管第一開口端與所述入口裝置上設(shè)置的第一輸出端之間，所述凍結(jié)管第二開口端與所述出口裝置上設(shè)置的第一輸入端之間，所述凍結(jié)管第三開口端與所述入口裝置上設(shè)置的第二輸出端之間，所述凍結(jié)管第四開口端與所述出口裝置上設(shè)置的第二輸入端之間，所述壓縮機與所述蒸發(fā)器的第二輸出端之間，所述壓縮機與所述冷凝器的第一輸入端與之間，所述冷卻塔與所述冷卻水栗之間，以及所述冷卻塔與所述冷凝器的第二輸入端之間均設(shè)置有控制閥。
[0016]較佳地，所述第一凍結(jié)管和所述第二凍結(jié)管均包括內(nèi)管、外管和位于所述內(nèi)管和所述外管底部的分離器。
[0017]本發(fā)明實施例提供一種基坑凍土擋墻裝置的凍結(jié)方法，包括:
[0018]接收設(shè)置在基坑周邊土層中的溫度傳感器獲取到的土體溫度值，根據(jù)所述土體溫度值和土體強度值的對應(yīng)關(guān)系，確定所述基坑周邊土層中的土體強度值；
[0019]當(dāng)所述基坑周邊土層中的土體強度值等于或大于預(yù)設(shè)土體強度值時，將設(shè)置在所述土層外的制冷裝置關(guān)閉；或者當(dāng)所述基坑周邊土層中的土體強度值小于所述預(yù)設(shè)土體強度值時，開啟所述制冷裝置。
[0020]本發(fā)明實施例中，提供一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法，該裝置及凍結(jié)方法通過在基坑周邊的土層中設(shè)置凍結(jié)管，通過與凍結(jié)管連接的制冷裝置對基坑周邊的土層進(jìn)行凍結(jié)形成基坑凍土擋墻裝置;通過建造可恢復(fù)原狀土層的凍土擋墻進(jìn)行基坑支護，實現(xiàn)了基坑工程無廢棄物及地下建筑類垃圾，綠色環(huán)保，使我國高層建筑基坑工程綠色環(huán)保施工；墻體施工采取循環(huán)冷凍控制技術(shù)，無需打粧和灌注混凝土，凍土擋墻帷幕止水，無需抽水降低地下水位，不僅節(jié)省大量的基坑擋墻耗材和地下水，基坑凍土擋墻裝置無需降水，避免了因降水對周邊建筑物及地下埋藏管線的影響，而且對比排粧和錨桿擋墻結(jié)構(gòu)節(jié)約成本60%以上，成本低。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基坑凍土擋墻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基坑凍土擋墻裝置的凍結(jié)方法流程圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明:
[0024]100-土層，101-1-第一凍結(jié)管，101-2-第二凍結(jié)管，102-1-入口裝置，102-2-出口裝置，103-鹽水栗，104-蒸發(fā)器，105-冷凝器，106-壓縮機，107-冷卻水栗，108-冷卻塔。
【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026]圖1示例性的示出了本發(fā)明實施例提供的一種基坑凍土擋墻裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種基坑凍土擋墻裝置包括:土層100、第一凍結(jié)管101-1、第二凍結(jié)管11-2、制冷裝置、溫度傳感器和溫度控制裝置。
[0027]需要說明的是，土層100是指基坑周邊的土體。
[0028]具體地，第一凍結(jié)管101-1的一部分和第二凍結(jié)管101-2的一部分均設(shè)置在土層100內(nèi)部，第一凍結(jié)管101-1的另一部分和第二凍結(jié)管101-2的另一部分均設(shè)置在土層100外部;設(shè)置在土層100外部的第一凍結(jié)管101-1上設(shè)置有凍結(jié)管第一開口端和凍結(jié)管第二開口端;設(shè)置在土層100外部的第二凍結(jié)管101-1上設(shè)置有凍結(jié)管第三開口端和凍結(jié)管第四開口端。
[0029]需要說明的是，第一凍結(jié)管101-1和第二凍結(jié)管101-2均包括內(nèi)管、外管和位于內(nèi)管和外管底部的分離器;冷凍液在鹽水栗103的驅(qū)動下，進(jìn)入第一凍結(jié)管101-1和第二凍結(jié)管101-2中，并經(jīng)過雙循環(huán)管路第一凍結(jié)管101-1和第二凍結(jié)管101-2底部的冷凍液分離器進(jìn)入雙循環(huán)管路第一凍結(jié)管101-1和第二凍結(jié)管101-2的外管，外管與土體直接接觸并直接冷凍土體，進(jìn)而將周邊土體凍結(jié)成墻。
[0030]需要說明的是，第一凍結(jié)管101-1和第二凍結(jié)管101-2中的冷凍液是事先通過鹽水栗103抽取進(jìn)第一凍結(jié)管101-1和第二凍結(jié)管101-2中的。
[0031 ] 具體地，制冷裝置設(shè)置在土層100外部，制冷裝置包括:入口裝置102-1、出口裝置102-2、鹽水栗103、蒸發(fā)器104、冷凝器105、壓縮機106、冷卻水栗107和冷卻塔108。
[0032]需要說明的是，入口裝置102-1上設(shè)置的第一輸出端與凍結(jié)管第一開口端連接，入口裝置102-1上設(shè)置的第二輸出端與凍結(jié)管第三開口端連接，入口裝置102-1上設(shè)置的輸入端與蒸發(fā)器104的第一輸出端連接。
[0033]需要說明的是，入口裝置102-1是一個三端連通裝置，其中，一個端口輸入，其余兩個端口輸出；用于在冷凍管和鹽水栗103之間對循環(huán)的冷凍液起緩沖作用，并且起到接口轉(zhuǎn)換的作用，節(jié)約鹽水栗端口。
[0034]需要說明的是，出口裝置102-2上設(shè)置的第一輸入端與凍結(jié)管第二開口端連接，出口裝置102-2上設(shè)置的第二輸入端與凍結(jié)管第四開口端連接，出口裝置102-2上設(shè)置的輸出端通過鹽水栗103與蒸發(fā)器104的第一輸入端連接。
[0035]需要說明的是，出口裝置102-2—個三端連通裝置，其中，兩個端口輸入，其余一個端口輸出；用于在冷凍管和鹽水栗103之間對循環(huán)的冷凍液起緩沖作用，并且起到接口轉(zhuǎn)換的作用，節(jié)約鹽水栗端口。
[0036]需要說明的是，蒸發(fā)器104的第二輸入端與冷凝器105的第一輸出端連接;蒸發(fā)器104的第二輸出端通過壓縮機106與冷凝器105的第一輸入端連接;冷凝器105的第二輸出端依次通過冷卻水栗107和冷卻塔108與冷凝器105的第二輸入端連接。
[0037]需要說明的是，蒸發(fā)器104、冷凝器105、壓縮機106、冷卻水栗107和冷卻塔108構(gòu)成的是制冷雙循環(huán)通路，對第一凍結(jié)管101-1、第二凍結(jié)管101-2、入口裝置102-1、出口裝置102-2、鹽水栗103和蒸發(fā)器104構(gòu)成的冷凍液雙循環(huán)通路中的冷凍液進(jìn)行冷卻處理。
[0038]較佳地，凍結(jié)管第一開口端與入口裝置102-1上設(shè)置的第一輸出端之間，凍結(jié)管第二開口端與出口裝置102-2上設(shè)置的第一輸入端之間，凍結(jié)管第三開口端與入口裝置102-1上設(shè)置的第二輸出端之間，凍結(jié)管第四開口端與出口裝置102-2上設(shè)置的第二輸入端之間，壓縮機106與蒸發(fā)器104的第二輸出端之間，壓縮機106與冷凝器105的第一輸入端與之間，冷卻塔108與冷卻水栗107之間，以及冷卻塔108與冷凝器105的第二輸入端之間均設(shè)置有控制閥;控制閥用于控制冷凍液或水的流向。
[0039]具體地，溫度傳感器埋設(shè)在土層100內(nèi)部，溫度控制裝置位于土層100外部，壓縮機106和溫度傳感器均與溫度控制裝置電連接。
[0040]需要說明的是，溫度控制裝置通過溫度傳感器獲得基坑周邊土層中的土體溫度值，并且溫度控制裝置根據(jù)土體溫度值確定基坑周邊土層中的土體強度值;溫度控制裝置根據(jù)土體強度值和預(yù)設(shè)土體強度值的大小關(guān)系控制制冷裝置，制冷裝置通過控制凍結(jié)管內(nèi)部冷凍液的溫度對基坑周邊土層進(jìn)行凍結(jié)。
[0041]圖2示例性的示出了本發(fā)明實施例提供的一種基坑凍土擋墻裝置的凍結(jié)方法流程圖，如圖2所示，本發(fā)明實施例提供的一種基坑凍土擋墻裝置的凍結(jié)方法包括以下步驟:
[0042]步驟S201:接收設(shè)置在基坑周邊土層中的溫度傳感器獲取到的土體溫度值，根據(jù)土體溫度值和土體強度值的對應(yīng)關(guān)系，確定基坑周邊土層中的土體強度值。
[0043]步驟S202:當(dāng)基坑周邊土層中的土體強度值等于或大于預(yù)設(shè)土體強度值時，將設(shè)置在土層外的制冷裝置關(guān)閉；或者當(dāng)基坑周邊土層中的土體強度值小于預(yù)設(shè)土體強度值時，開啟制冷裝置。
[0044]具體地，步驟S201，在基坑開挖前，通過成孔機具在基坑周邊按設(shè)計孔位形成凍結(jié)管的管路孔，在管路孔中放置凍結(jié)管，將凍結(jié)管與制冷裝置連接;在基坑周邊土層中埋置溫度傳感器，將制冷裝置和溫度傳感器分別與溫度控制裝置連接;溫度控制裝置通過溫度傳感器獲得基坑周邊土層中的土體溫度值，并且溫度控制裝置根據(jù)土體溫度值確定基坑周邊土層中的土體強度值。
[0045]具體地，步驟S202，溫度控制裝置根據(jù)土體強度值和預(yù)設(shè)土體強度值大小關(guān)系控制制冷裝置，制冷裝置通過控制凍結(jié)管內(nèi)部冷凍液的溫度對基坑周邊土層進(jìn)行凍結(jié)。
[0046]需要說明的是，土體凍結(jié)溫度與土體強度的關(guān)系是通過基坑周邊土層中的含水率、不同凍溫的不同土質(zhì)的土體獲得基坑周邊土層中的土體強度值，土體強度值即為土體凍結(jié)強度值。
[0047]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法，提供一種基坑凍土擋墻裝置及凍結(jié)方法，該裝置及凍結(jié)方法通過在基坑周邊的土層中設(shè)置凍結(jié)管，通過與凍結(jié)管連接的制冷裝置對基坑周邊的土層進(jìn)行凍結(jié)形成基坑凍土擋墻裝置;通過建造可恢復(fù)原狀土層的凍土擋墻進(jìn)行基坑支護，實現(xiàn)了基坑工程無廢棄物及地下建筑類垃圾，綠色環(huán)保，使我國高層建筑基坑工程綠色環(huán)保施工;墻體施工采取循環(huán)冷凍控制技術(shù)，無需打粧和灌注混凝土，凍土擋墻帷幕止水，無需抽水降低地下水位，不僅節(jié)省大量的基坑擋墻耗材和地下水，基坑凍土擋墻裝置無需降水，避免了因降水對周邊建筑物及地下埋藏管線的影響，而且對比排粧和錨桿擋墻結(jié)構(gòu)節(jié)約成本60 %以上，成本低。
[0048]以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基坑凍土擋墻裝置，其特征在于，包括:土層(100)、第一凍結(jié)管(101-1)、第二凍結(jié)管(11-2 )、制冷裝置、溫度傳感器和溫度控制裝置； 所述第一凍結(jié)管(101-1)的一部分和所述第二凍結(jié)管(101-2)的一部分均設(shè)置在所述土層(100)內(nèi)部，所述第一凍結(jié)管(101-1)的另一部分和所述第二凍結(jié)管(101-2)的另一部分均設(shè)置在所述土層(100)外部;設(shè)置在所述土層(100)外部的所述第一凍結(jié)管(101-1)上設(shè)置有凍結(jié)管第一開口端和凍結(jié)管第二開口端;設(shè)置在所述土層(100)外部的所述第二凍結(jié)管(101-1)上設(shè)置有凍結(jié)管第三開口端和凍結(jié)管第四開口端； 所述制冷裝置設(shè)置在所述土層(100)外部，所述制冷裝置包括:入口裝置(102-1)、出口裝置(102-2)、鹽水栗(103)、蒸發(fā)器(104)、冷凝器(105)、壓縮機(106)、冷卻水栗(107)和冷卻塔(108); 所述入口裝置(102-1)上設(shè)置的第一輸出端與所述凍結(jié)管第一開口端連接，所述入口裝置(102-1)上設(shè)置的第二輸出端與所述凍結(jié)管第三開口端連接，所述入口裝置(102-1)上設(shè)置的輸入端與所述蒸發(fā)器(104)的第一輸出端連接； 所述出口裝置(102-2)上設(shè)置的第一輸入端與所述凍結(jié)管第二開口端連接，所述出口裝置(102-2)上設(shè)置的第二輸入端與所述凍結(jié)管第四開口端連接，所述出口裝置(102-2)上設(shè)置的輸出端通過所述鹽水栗(103)與所述蒸發(fā)器(104)的第一輸入端連接； 所述蒸發(fā)器(104)的第二輸入端與所述冷凝器(105)的第一輸出端連接;所述蒸發(fā)器(104)的第二輸出端通過所述壓縮機(106)與所述冷凝器(105)的第一輸入端連接； 所述冷凝器(105)的第二輸出端依次通過所述冷卻水栗(107)和所述冷卻塔(108)與所述冷凝器(105)的第二輸入端連接； 所述溫度傳感器埋設(shè)在所述土層(100)內(nèi)部，所述溫度控制裝置位于所述土層(100)夕卜部，所述壓縮機(106)和所述溫度傳感器均與所述溫度控制裝置電連接； 所述溫度控制裝置通過所述溫度傳感器獲得基坑周邊土層中的土體溫度值，并且所述溫度控制裝置根據(jù)所述土體溫度值確定基坑周邊土層中的土體強度值;所述溫度控制裝置根據(jù)所述土體強度值和預(yù)設(shè)土體強度值的大小關(guān)系控制所述制冷裝置，所述制冷裝置通過控制所述凍結(jié)管內(nèi)部冷凍液的溫度對基坑周邊土層進(jìn)行凍結(jié)。2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述凍結(jié)管第一開口端與所述入口裝置(102-1)上設(shè)置的第一輸出端之間，所述凍結(jié)管第二開口端與所述出口裝置(102-2)上設(shè)置的第一輸入端之間，所述凍結(jié)管第三開口端與所述入口裝置(102-1)上設(shè)置的第二輸出端之間，所述凍結(jié)管第四開口端與所述出口裝置(102-2)上設(shè)置的第二輸入端之間，所述壓縮機(106)與所述蒸發(fā)器(104)的第二輸出端之間，所述壓縮機(106)與所述冷凝器(105)的第一輸入端與之間，所述冷卻塔(108)與所述冷卻水栗(107)之間，以及所述冷卻塔(108)與所述冷凝器(105)的第二輸入端之間均設(shè)置有控制閥。3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述第一凍結(jié)管(101-1)和所述第二凍結(jié)管(101-2)均包括內(nèi)管、外管和位于所述內(nèi)管和所述外管底部的分離器。4.一種基坑凍土擋墻裝置的凍結(jié)方法，其特征在于，包括: 接收設(shè)置在基坑周邊土層中的溫度傳感器獲取到的土體溫度值，根據(jù)所述土體溫度值和土體強度值的對應(yīng)關(guān)系，確定所述基坑周邊土層中的土體強度值； 當(dāng)所述基坑周邊土層中的土體強度值等于或大于預(yù)設(shè)土體強度值時，將設(shè)置在所述土層外的制冷裝置關(guān)閉；或者當(dāng)所述基坑周邊土層中的土體強度值小于所述預(yù)設(shè)土體強度值時，開啟所述制冷裝置。
【文檔編號】E02D17/04GK105908696SQ201610389184
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】潘殿琦, 陳勇, 吳銀柱, 彭第, 黃非, 吳麗萍, 靖向黨, 劉麗莎, 馬書紅, 歐陽著
【申請人】長春工程學(xué)院