本發(fā)明涉及變電工程基坑支護(hù)施工方法，具體地說是一種輸變電工程塔基基坑凍結(jié)方法。

背景技術(shù)：

地處黃河岸邊的特高壓交流輸變電工程塔基建設(shè)，塔基處地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層和第四系上更新統(tǒng)沖積層，地層巖性為粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂，并且在黃河跨越段，施工期間地下水位較高，按照常規(guī)的施工方法，進(jìn)行井點(diǎn)降水，效果不理想，基坑開挖后均有塌方現(xiàn)象，安全隱患較大的基礎(chǔ)土石方開挖有幾種常規(guī)方法，如：明溝排水、增大坡比、設(shè)擋土板、井點(diǎn)降水、填石排泥等，但面對(duì)土質(zhì)惡劣、水位高的環(huán)境效果往往并不理想；此外采用排降水措施施工會(huì)抽排出大量的地下廢水，排放到周邊會(huì)造成環(huán)境的二次污染，特別是鹽堿地的鹽堿水在農(nóng)村環(huán)境下不論排放在哪里都會(huì)對(duì)環(huán)境造成比較嚴(yán)重的影響。因此迫切需要探索一種適用于特高壓輸電線路基礎(chǔ)工程施工的冷凍技術(shù)方案，以切實(shí)解決現(xiàn)場地質(zhì)條件惡劣、地下水位無法排降的施工難題。

為保證基坑施工安全，需用凍結(jié)工法在基坑四周形成封水凍結(jié)帷幕，然后在凍結(jié)帷幕的保護(hù)下開挖基坑。凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水凍結(jié)，把然巖土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行隧道、立井和地下工程的開挖與襯砌施工技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是利用人工制冷技術(shù)臨時(shí)改變巖土的狀態(tài)以固結(jié)地層。利用冷凍技術(shù)將地層降溫形成局部凍土層，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性；同時(shí)阻斷或減緩地下水的侵入，為土石方開發(fā)創(chuàng)造良好條件；有效解決惡劣地質(zhì)條件、水位高無法排降情況下的土石方開挖難題；滿足現(xiàn)場基礎(chǔ)質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)的要求，填補(bǔ)電力行業(yè)空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種強(qiáng)度和穩(wěn)定性高，能夠隔絕地下水，有效解決惡劣地質(zhì)條件和地下水位高無法排降情況下土石方開挖難題的輸變電工程塔基基坑凍結(jié)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種輸變電工程塔基基坑凍結(jié)方法，包括以下步驟：

(1)施工前的準(zhǔn)備；

(2)凍結(jié)方式的確定

采用鹽水凍結(jié)法進(jìn)行凍結(jié)，利用氟利昂作為制冷介質(zhì)制取低溫鹽水，將低溫鹽水送入基礎(chǔ)周圍的專用凍結(jié)管中進(jìn)行循環(huán)，將地層熱量帶出進(jìn)而凍結(jié)地層；凍結(jié)方案采用垂直孔凍結(jié)方案；

(3)凍結(jié)參數(shù)的確定

對(duì)凍結(jié)深度、凍結(jié)臂厚、凍結(jié)壁平均溫度進(jìn)行確定，并且對(duì)凍結(jié)深度以及凍結(jié)壁厚進(jìn)行驗(yàn)證分析；

(4)凍結(jié)布置圈徑和孔數(shù)的確定；

(5)測溫孔、水文孔的確定；

(6)凍結(jié)管和打鉆設(shè)備的選擇；

(7)鉆孔、連接干管；

(8)加工底座、設(shè)備就位；

(9)管道與設(shè)備連接；

(10)設(shè)備調(diào)試、試運(yùn)行以及運(yùn)行監(jiān)測；

(11)試開挖；

(12)正式開挖。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所述施工前的準(zhǔn)備包括施工場地的選擇，場地平整后地面高程為+15.64m，基坑開挖后形成垂直坑壁，長×寬×高為8.5×8.5m×2.8m，地下水位距地表1.3m。

進(jìn)一步地，步驟(2)中所述低溫鹽水采用氯化鈣鹽水。

進(jìn)一步地，步驟(3)中將粉質(zhì)粘土作為穩(wěn)定隔水層凍結(jié)深度需進(jìn)入穩(wěn)定隔水層，并超過開挖深度5～8m，選取塔基坑四周凍結(jié)帷幕凍結(jié)深度為7.5m；凍結(jié)壁厚度設(shè)置為0.5m；凍結(jié)壁的平均溫度為-8℃；

凍結(jié)深度和凍結(jié)壁厚的驗(yàn)算分析過程為：

對(duì)凍土墻的凍結(jié)深度和凍結(jié)壁厚的確定需要計(jì)算出作用在凍土墻上的主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力，通過主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力對(duì)凍土墻的凍結(jié)深度和凍結(jié)厚度進(jìn)行驗(yàn)算；

對(duì)主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力進(jìn)行計(jì)算的方法如下：

土壓力應(yīng)包括兩部分，即水壓力和有效土壓力，對(duì)于滲透性好的砂粉土或雜填土，同時(shí)考慮水壓力，即進(jìn)行水土壓力分算法；對(duì)于透水性差的粘土，進(jìn)行水土壓力合算法；

(1)主動(dòng)土壓力計(jì)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(dòng)土壓力為：

式中：

e_aik——作用于凍土墻上的主動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)值，Mpa；

z_i——計(jì)算點(diǎn)深度，m；

c_i——第i層的內(nèi)聚力，根據(jù)直剪試驗(yàn)確定，Mpa；

γ_w——水的重度，kN/m³；

h_wa——基坑外側(cè)水位深度，m；

K_ai——第i層土的主動(dòng)土壓力系數(shù)；

——第i層土的內(nèi)摩擦角，單位°；

對(duì)于粘性土根據(jù)水土合算的原則確定主動(dòng)土壓力為：

根據(jù)多數(shù)基坑支護(hù)工程的實(shí)測資料證明主動(dòng)土壓力在基坑開挖深度以下與朗肯主動(dòng)土壓力有較大的差距，在基坑底以下主動(dòng)土壓力不再隨深度呈線性增加，從另一角度分析，在按傳統(tǒng)的計(jì)算重力式擋土墻的方法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，出現(xiàn)基坑底以下主動(dòng)土壓力隨著擋土墻深度的增加而降低的趨勢(shì)，因此在計(jì)算主動(dòng)土壓力時(shí)，需采用如下修正方法：計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以下時(shí)，可以取σ_aik＝γ·h，其中γ指開挖面以上土層的加權(quán)平均值，h指基坑開挖深度，單位m；

(2)被動(dòng)土壓力的計(jì)算

對(duì)于砂性土、粉土及透水性好的雜填土采用水土分算原則計(jì)算被動(dòng)側(cè)壓力為：

對(duì)于粘性土按水土分算的原則確定被動(dòng)土壓力為：

式中：

e_pjk——作用于凍土墻上的被動(dòng)土壓力，Mpa；

z_j——計(jì)算點(diǎn)深度，m；

c_j——第j層的內(nèi)聚力，根據(jù)直剪試驗(yàn)確定，Mpa；

γ_w——水的重度，kN/m³；

h_wp——基坑內(nèi)側(cè)水位深度，m；

K_pj——第j層土的被動(dòng)土壓力系數(shù)；

——第j層土的內(nèi)摩擦角，單位°；

按照止水作用對(duì)凍結(jié)深度進(jìn)行驗(yàn)證分析方法如下：

當(dāng)?shù)叵滤惠^高且基坑底面以下為砂土、粉土地層時(shí)，凍土墻作為帷幕墻的插入深度應(yīng)滿足防止發(fā)生流土現(xiàn)象的要求；

離墻體距離為B_w的范圍內(nèi)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(nèi)單位寬度地下水頭平均高度，其按經(jīng)驗(yàn)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(cè)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(nèi)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，J_cr＝(G_s-1)(1-n)，其中G_s為土的比重；n為土的孔隙比；

當(dāng)W≥F時(shí)不會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象，則嵌固深度：

其中，K_s為抗流土安全系數(shù)，一般取1.5～2.5；

按抗傾覆穩(wěn)定對(duì)凍土墻厚度的驗(yàn)算分析如下：

重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度確定后，墻厚對(duì)抗傾覆穩(wěn)定起控制作用；按重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆極限平衡條件來確定最小結(jié)構(gòu)厚度，取單位長度墻體進(jìn)行計(jì)算，所述單位長度墻體為1m長的墻體；

1)對(duì)砂性土、粉土及透水性好的雜填土

傾覆力矩M_s＝ΣE_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：

ΣE_a——基坑主動(dòng)側(cè)水平力的總和，kN；

ΣE_p——基坑被動(dòng)側(cè)水平力的總和，kN；

h_a——基坑主動(dòng)側(cè)水平合力作用點(diǎn)距墻底部的距離，m；

h_p——基坑被動(dòng)側(cè)水平合力作用點(diǎn)距墻底部的距離，m；

h_wa——基坑外側(cè)地下水位埋深，m；

h_wp——基坑內(nèi)側(cè)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；

2)對(duì)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(jié)屬粉土及粉質(zhì)粘土凍結(jié)，設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度0.5m，經(jīng)進(jìn)行平板擋土墻應(yīng)力計(jì)算并結(jié)合相應(yīng)工程的施工經(jīng)驗(yàn)，證實(shí)安全可靠，同時(shí)利于減少工程量，既安全又經(jīng)濟(jì)；

基坑開挖深度2.8m，根據(jù)提供的地質(zhì)柱狀圖和土工試驗(yàn)資料，將粉質(zhì)粘土作為穩(wěn)定隔水層，根據(jù)《煤礦凍結(jié)法開鑿立井工程技術(shù)規(guī)范》MT/T1124-2011要求，凍結(jié)深度需進(jìn)入穩(wěn)定隔水層，并超過開挖深度5～8m。故選取塔基坑四周凍結(jié)帷幕凍結(jié)深度為7.5m，經(jīng)驗(yàn)算后，嵌固深度為7.5m時(shí)不會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象。

進(jìn)一步地，步驟(4)中凍結(jié)孔52個(gè)，凍結(jié)孔之間的間距為0.72m。

進(jìn)一步地，步驟(5)中凍結(jié)孔圈徑內(nèi)外均布置一個(gè)，外測孔深7.5m，內(nèi)測孔深7.5m，測溫孔布置在凍土發(fā)展最不利點(diǎn)；

所述水文孔位于基坑內(nèi)部靠近中心，水文孔采用直徑為89mm的無縫鋼管，深度為3.0m。

進(jìn)一步地，步驟(6)中所述凍結(jié)管全部采用GB8163-2008標(biāo)準(zhǔn)流體用無縫鋼管，通過內(nèi)管箍連接，凍結(jié)管直徑為89mm。

進(jìn)一步地，步驟(7)中鉆孔過程包括施工井盤及泥漿池、循環(huán)溝槽的施工、鉆孔布放、鉆探設(shè)備安裝、供電設(shè)備安裝、設(shè)備試運(yùn)行的過程。

進(jìn)一步地，步驟(10)中每日需監(jiān)測測溫孔溫度變化、水文孔水位變化、管道及設(shè)備各處溫度，推斷凍土層發(fā)展情況。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的一種輸變電工程塔基基坑凍結(jié)方法采用鹽水凍結(jié)法，利用冷凍技術(shù)將地層降溫形成局部凍土層，安全可靠性好，可有效的隔絕地下水；適應(yīng)面廣，適用于任何含一定水量的松散巖土層，在復(fù)雜水文地質(zhì)如軟土、含水不穩(wěn)定土層、流砂、高水壓及高地壓地層條件下凍結(jié)技術(shù)有效、可行；靈活性好，可以人為地控制凍結(jié)體的形狀和擴(kuò)展范圍，必要時(shí)可以繞過地下障礙物進(jìn)行凍結(jié)；可控性較好，凍結(jié)加固土體均勻、完整；污染性小，“綠色”施工方法，符合環(huán)境巖土工程發(fā)展趨勢(shì)，滿足現(xiàn)場基礎(chǔ)質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)的要求，并且有效解決惡劣地質(zhì)條件、水位高無法排降情況下的土石方開挖難題；經(jīng)濟(jì)上合理。

2、本發(fā)明提供的一種輸變電工程塔基基坑凍結(jié)方法將粉質(zhì)粘土作為穩(wěn)定隔水層凍結(jié)深度需進(jìn)入穩(wěn)定隔水層，并超過開挖深度5～8m，選取塔基坑四周凍結(jié)帷幕凍結(jié)深度為7.5m，凍結(jié)壁厚度設(shè)置為0.5m，經(jīng)過驗(yàn)算證實(shí)該深度與厚度安全可靠，同時(shí)利于減少工程量，既安全又經(jīng)濟(jì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工作流程圖；

圖2為本發(fā)明鹽水冷凍法示意圖；

圖3為本發(fā)明凍結(jié)孔俯視圖；

圖4為本發(fā)明基坑剖視圖；

圖5為凍土墻所受側(cè)土壓力示意圖；

圖6為砂性土、粉土及透水性好的雜填土凍土墻受力圖；

圖7為粘性土凍土墻受力圖；

圖8為流土計(jì)算圖。

圖中：1、凍結(jié)孔，2、凍土帷幕，3、基坑，4、水文孔。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1所示，一種輸變電工程塔基基坑凍結(jié)方法，包括以下步驟：

(1)施工前的準(zhǔn)備；

根據(jù)圖3和圖4所示，基坑開挖后形成垂直坑壁，長×寬×高為8.5×8.5m×2.8m，地下水位距地表1.3m。對(duì)施工場地進(jìn)行選擇，平整后地面高程為+15.64m，塔基處地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)和第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)，地層巖性為粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂。

(2)凍結(jié)方式的確定

根據(jù)圖2所示，采用鹽水凍結(jié)法進(jìn)行凍結(jié)，利用氟利昂作為制冷介質(zhì)制取低溫鹽水，所述低溫鹽水采用氯化鈣鹽水，將低溫鹽水送入基礎(chǔ)周圍的專用凍結(jié)管中進(jìn)行循環(huán)，將地層熱量帶出進(jìn)而凍結(jié)地層，帶出地層的熱量在蒸發(fā)器處通過制冷劑的制冷循環(huán)從鹽水里帶走，制冷劑中的熱量被帶入冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，在冷凝器處將熱量帶走；凍結(jié)方案采用垂直孔凍結(jié)方案，通過在基坑四周形成封水凍結(jié)帷幕，阻隔地下水之間的聯(lián)系。

也可采用液氮凍結(jié)的方式，液氮凍結(jié)就是將低溫液態(tài)介質(zhì)(液氮N2)直接從罐車中送入凍結(jié)管內(nèi)蒸發(fā)，把地層中的熱量帶出，液氮循環(huán)氣化后排到大氣中。利用液氮的氣化潛熱和溫升顯熱實(shí)現(xiàn)制冷，吸收地層中的熱量，實(shí)現(xiàn)土層的快速凍結(jié)，屬于物態(tài)變化的制冷范疇。

在常溫、常壓下，氮是無色、無味、無毒的氣體。在常壓下冷至-195.8℃時(shí)，變成無色透明、易于流動(dòng)的液氮，在-210.1℃時(shí)，液氮凝固成雪狀的固體。液氮的惰性很強(qiáng)，穩(wěn)定性好，與任何物質(zhì)不起化合反應(yīng)。液氮在常壓下的蒸發(fā)溫度為-195.8℃，蒸發(fā)潛熱為161.2MJ/M³，定壓比熱為1.03KJ，從它的沸點(diǎn)到-20℃的凍結(jié)終端溫度所揮發(fā)的制冷量為383.1KJ/kg；在一個(gè)大氣壓，沸點(diǎn)(攝氏-195.8℃)時(shí)液氮的密度為808.3kg/m3。另外，土層液氮凍結(jié)系統(tǒng)簡單，使用設(shè)備少，不需要市電或發(fā)電機(jī)組支持。具有凍結(jié)速度快、溫度低等特點(diǎn)，并且對(duì)周圍環(huán)境無污染。但液氮凍結(jié)成本較高，在局部凍結(jié)工程或搶險(xiǎn)工程中常采用液氮凍結(jié)技術(shù)。

考慮到凍結(jié)方式的推廣性、適用性以及成本高低等因素，經(jīng)綜合比較決定在本發(fā)明基坑支護(hù)過程中采用鹽水凍結(jié)方式。

(3)凍結(jié)參數(shù)的確定

在凍結(jié)參數(shù)確定的過程中，將粉質(zhì)粘土作為穩(wěn)定隔水層，凍結(jié)深度需進(jìn)入穩(wěn)定隔水層，并超過開挖深度5～8m，選取塔基坑四周凍結(jié)帷幕凍結(jié)深度為7.5m；凍結(jié)壁厚度設(shè)置為0.5m；凍結(jié)壁的平均溫度為-8℃；

根據(jù)圖5、圖6和圖7所示，在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外界荷載由凍土墻和混凝土稱共同來承擔(dān)，但凍土墻對(duì)深基坑的穩(wěn)定性及地下結(jié)構(gòu)工程的施工安全性起到主導(dǎo)作用。

作用在凍土墻上的土壓力稱為側(cè)土壓力，它分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力三種，其分布情況與大小不僅與地基土體的特性有關(guān)，而且在很大程度上還與支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的變形有關(guān)，它是作用在凍土墻上的最主要荷載。在側(cè)土壓力的計(jì)算中，最重要的是凍土墻給予土體的變形條件，作為臨時(shí)性深基坑圍護(hù)體系，根據(jù)基坑側(cè)壁安全及重要性，一般允許基坑有不同程度的變形，因此凍土墻的側(cè)土壓力符合墻前被動(dòng)土壓力和墻后主動(dòng)土壓力的計(jì)算理論。在基坑開挖到基坑底后，在側(cè)土壓力作用下，凍土墻會(huì)產(chǎn)生橫向位移和繞墻踵轉(zhuǎn)動(dòng)變形，凍土墻由ABC位移到A＇B＇C＇，則凍土墻外側(cè)承受主動(dòng)土壓力，而在基坑開挖側(cè)凍土墻將從基坑底起承受被動(dòng)土壓力。

對(duì)主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力進(jìn)行計(jì)算的方法如下：

土壓力的計(jì)算，當(dāng)不考慮地下水的存在時(shí)，比較簡單，但是在地下水位以下，而且基坑內(nèi)外存在較大的水位差的條件下，土壓力應(yīng)包括兩部分，即水壓力和有效土壓力。對(duì)于滲透性好的砂粉土或雜填土，同時(shí)考慮水壓力，即進(jìn)行水土壓力分算法；對(duì)于透水性差的粘土，進(jìn)行水土壓力合算法。

(1)主動(dòng)土壓力計(jì)算

所示，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(dòng)土壓力為：

式中：

e_aik——作用于凍土墻上的主動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)值，Mpa；

z_i——計(jì)算點(diǎn)深度，m；

c_i——第i層的內(nèi)聚力，根據(jù)直剪試驗(yàn)確定，Mpa；

γ_w——水的重度，kN/m³；

h_wa——基坑外側(cè)水位深度，m；

K_ai——第i層土的主動(dòng)土壓力系數(shù)；

——第i層土的內(nèi)摩擦角，單位°；

對(duì)于粘性土根據(jù)水土合算的原則確定主動(dòng)土壓力為：

根據(jù)多數(shù)基坑支護(hù)工程的實(shí)測資料證明主動(dòng)土壓力在基坑開挖深度以下與朗肯主動(dòng)土壓力有較大的差距，在基坑底以下主動(dòng)土壓力不再隨深度呈線性增加。從另一角度分析，在按傳統(tǒng)的計(jì)算重力式擋土墻的方法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，出現(xiàn)基坑底以下主動(dòng)土壓力隨著擋土墻深度的增加而降低的趨勢(shì)。因此在計(jì)算主動(dòng)土壓力時(shí)，需采用如下修正方法：計(jì)算點(diǎn)位于基坑開挖面以下時(shí)，可以取σ_aik＝γ·h，其中γ指開挖面以上土層的加權(quán)平均值，h指基坑開挖深度。

(2)被動(dòng)土壓力的計(jì)算

對(duì)于砂性土、粉土及透水性好的雜填土采用水土分算原則計(jì)算被動(dòng)側(cè)壓力為：

對(duì)于粘性土按水土分算的原則確定被動(dòng)土壓力為：

式中：

e_pjk——作用于凍土墻上的被動(dòng)土壓力，Mpa；

z_j——計(jì)算點(diǎn)深度，m；

c_j——第j層的內(nèi)聚力，根據(jù)直剪試驗(yàn)確定，Mpa；

γ_w——水的重度，kN/m³；

h_wp——基坑內(nèi)側(cè)水位深度，m；

K_pj——第j層土的被動(dòng)土壓力系數(shù)；

——第j層土的內(nèi)摩擦角，單位°；

根據(jù)圖8所示，按照止水作用對(duì)凍結(jié)深度進(jìn)行驗(yàn)證分析方法如下：

當(dāng)?shù)叵滤惠^高且基坑底面以下為砂土、粉土地層時(shí)，凍土墻作為帷幕墻的插入深度應(yīng)滿足防止發(fā)生流土現(xiàn)象的要求。

離墻體距離為B_w的范圍內(nèi)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(nèi)單位寬度地下水頭平均高度，其按經(jīng)驗(yàn)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(cè)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(nèi)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(dāng)W≥F時(shí)不會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象，則嵌固深度：

其中，K_s為抗流土安全系數(shù)，一般取1.5～2.5；

按抗傾覆穩(wěn)定對(duì)凍土墻厚度的驗(yàn)算分析如下：

重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度確定后，墻厚對(duì)抗傾覆穩(wěn)定起控制作用。而在所確定的嵌固深度條件下，當(dāng)抗傾覆滿足后，抗滑動(dòng)自然滿足，因此按重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆極限平衡條件來確定最小結(jié)構(gòu)厚度，取單位長度墻體進(jìn)行計(jì)算，所述單位長度墻體為1m長的墻體。

1)對(duì)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(dòng)側(cè)水平力的總和，kN；

∑E_p——基坑被動(dòng)側(cè)水平力的總和，kN；

h_a——基坑主動(dòng)側(cè)水平合力作用點(diǎn)距墻底部的距離，m；

h_p——基坑被動(dòng)側(cè)水平合力作用點(diǎn)距墻底部的距離，m；

h_wa——基坑外側(cè)地下水位埋深，m；

h_wp——基坑內(nèi)側(cè)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；

2)對(duì)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(jié)屬粉土及粉質(zhì)粘土凍結(jié)，設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度0.5m，經(jīng)進(jìn)行平板擋土墻應(yīng)力計(jì)算并結(jié)合相應(yīng)工程的施工經(jīng)驗(yàn)，證實(shí)安全可靠，同時(shí)利于減少工程量，既安全又經(jīng)濟(jì)。

通過以上按凍土墻的止水作用所確定的最大嵌固深度即為所需的凍土墻嵌固深度計(jì)算值。當(dāng)引入地區(qū)性的安全系數(shù)和基坑安全等級(jí)進(jìn)行修正后，即為嵌固深度的設(shè)計(jì)值，一般取計(jì)算值的1.1～1.2倍。

基坑開挖深度2.8m，根據(jù)提供的地質(zhì)柱狀圖和土工試驗(yàn)資料，將粉質(zhì)粘土作為穩(wěn)定隔水層。根據(jù)《煤礦凍結(jié)法開鑿立井工程技術(shù)規(guī)范》MT/T1124-2011要求，凍結(jié)深度需進(jìn)入穩(wěn)定隔水層，并超過開挖深度5～8m。故選取塔基坑四周凍結(jié)帷幕凍結(jié)深度為7.5m，經(jīng)驗(yàn)算后，嵌固深度為7.5m時(shí)不會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象。

(4)凍結(jié)布置圈徑和孔數(shù)的確定；

根據(jù)圖3和圖4所示，均勻布置凍結(jié)孔，保證凍結(jié)壁內(nèi)溫度分布盡可能均勻，減少片幫現(xiàn)象。

凍結(jié)孔圈徑布置須滿足公式：

D_圈＝D_荒+2×0.55×E

按規(guī)范要求放炮距離：D_圈＝D_荒+2×1.2

圈徑與孔數(shù)的關(guān)系：孔數(shù)＝圈徑×π÷開孔間距

根據(jù)確定的凍結(jié)壁厚度與防止片幫，凍結(jié)孔距荒徑的距離設(shè)為0.5m；正方形圈徑的邊長為8.5+0.5*2＝9.5m。

為了縮短凍結(jié)工期，凍結(jié)孔開孔間距適當(dāng)縮小，因此確定凍結(jié)孔52個(gè)，開孔間距0.72m。

(5)測溫孔、水文孔的確定；

測溫孔的布置原則為：

1)布置在水流上方；2)最大孔間距處；3)盡量對(duì)稱布置；4)盡可能反映整個(gè)基坑的溫度場情況。

對(duì)測溫孔施工的要求：

1)采用φ53×3.5mm無縫鋼管；2)管內(nèi)嚴(yán)禁灌水，必須保證焊接質(zhì)量，確保無滲漏。

凍結(jié)孔圈徑內(nèi)外均布置一個(gè)測溫孔，外測孔深7.5m，內(nèi)測孔深7.5m，測溫孔布置在凍土發(fā)展最不利點(diǎn)；

所述水文孔位于基坑內(nèi)部靠近中心，水文孔采用直徑為89mm的無縫鋼管，深度為3.0m。

(6)凍結(jié)管和打鉆設(shè)備的選擇；

凍結(jié)管全部采用GB8163-2008標(biāo)準(zhǔn)流體用無縫鋼管，采用內(nèi)管箍連接。凍結(jié)管規(guī)格:φ89×4㎜。

鉆探設(shè)備中鉆機(jī)選用YGL-100型履帶式鉆機(jī)；泥漿泵選用TBW—450型泥漿泵。

所述打鉆設(shè)備還配置有測斜儀器和定向儀器；

采用水準(zhǔn)儀等專用測量設(shè)備對(duì)凍結(jié)孔開孔標(biāo)高、孔位進(jìn)行放線測量，確保實(shí)際孔位及凍結(jié)孔下放深度符合設(shè)計(jì)要求；采用燈光測斜儀對(duì)凍結(jié)孔實(shí)際偏斜情況進(jìn)行測量，保證凍結(jié)孔的偏斜值及孔間距符合設(shè)計(jì)要求。

(7)鉆孔、連接干管；

所述鉆孔過程包括施工井盤及泥漿池、循環(huán)溝槽的施工、鉆孔布放、鉆探設(shè)備安裝、供電設(shè)備安裝、設(shè)備試運(yùn)行的過程。

所述施工井盤采用混凝土盤，混凝土厚度200mm。

井盤基礎(chǔ)制做：挖至老土夯實(shí)并回填夯實(shí)至原地表面，在混凝土盤覆蓋的區(qū)域再鋪0.2m沙石墊層軋實(shí)、整平，但鉆孔附近不得填沙石，以免施工中沙石向孔內(nèi)脫落。在沙石墊層之上澆注C20混凝土，厚度為0.40m，并預(yù)留出鉆孔窩和泥漿循環(huán)溝槽。

所述鉆孔的布放采用經(jīng)緯儀極坐標(biāo)法，孔位誤差不大于25mm。

所述鉆探設(shè)備安裝要穩(wěn)固、周正、水平，天輪立軸及鉆孔中心要位于同一垂直線上；鉆塔上安設(shè)避雷針，其接地線不能與鉆塔接觸，接地電阻不得大于10Ω；所有電氣設(shè)備都要有合格的接地極，配電室開關(guān)箱設(shè)漏電保護(hù)裝置。

所述供電設(shè)備中變壓器可露天安裝，但配電裝置及設(shè)施必須安裝在室內(nèi)；露天變壓器周圍必須設(shè)墻隔離，并掛設(shè)安全警示牌；按規(guī)定配備絕緣鞋和絕緣手套等保護(hù)用品以及滅火器、消防沙和消防锨等滅火器材。

(8)加工底座、設(shè)備就位；

(9)管道與設(shè)備連接；

(10)設(shè)備調(diào)試、試運(yùn)行以及運(yùn)行監(jiān)測；

每日需監(jiān)測測溫孔溫度變化、水文孔水位變化、管道及設(shè)備各處溫度，推斷出凍土層發(fā)展情況。

(11)試開挖；

開挖位置位于凍結(jié)管外側(cè)500mm處，觀察開挖后的情況，確認(rèn)凍結(jié)壁是否已經(jīng)形成，判斷是否具備正式開挖條件。

(12)正式開挖。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。