專利名稱：一種利用隔水膜阻止多年凍土層上水向開挖基坑涌水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多年凍土區(qū)寒冷季節(jié)工程建筑基坑開挖過程中，利用隔水膜阻止凍結(jié)層上水向開挖基坑涌水的方法
背景技術(shù)：
我國分布大面積的高海拔多年凍土和高緯度多年凍土，在廣袤的多年凍土區(qū)進(jìn)行了青藏公路、青藏鐵路、青藏輸電線路、東北哈大高速、中俄輸油管道等國家重大項目的建設(shè)。在進(jìn)行這些工程建設(shè)過程中，特別是于2010年至2011年在青藏高原進(jìn)行的青藏直流 聯(lián)網(wǎng)工程輸電線路重大工程的建設(shè)，不可避免的要進(jìn)行了大量的基坑開挖工作，并由此導(dǎo)致一些重要的工程問題亟待解決。在多年凍土區(qū)，由于凍土的存在導(dǎo)致了地下水空間分布特征與一般地區(qū)存在根本性的差異。多年凍土長年的凍結(jié)及其對水分的阻隔作用，夏季降水、或地表的徑流的下滲水分，即地下水只能到達(dá)地下一定深度，即多年凍土層的頂板(在凍土學(xué)中被稱為“多年凍土上限”，其深度一般為距離地表約2m)，并在凍結(jié)層以上大量匯集，在凍土學(xué)中被稱為“凍結(jié)層上水”，而無法再繼續(xù)下滲。因此，基坑開挖后，極易導(dǎo)致周邊大量凍結(jié)層上水向基坑內(nèi)部的涌水，在導(dǎo)致地下冰的不斷融化，基坑內(nèi)部大量積水、軟化坑壁和基底的同時，凍結(jié)層上水的流動過程導(dǎo)致基坑坑壁的大量坍塌，以致失穩(wěn)，對施工安全性、建設(shè)周期、建設(shè)成本，特別是施工質(zhì)量和施工人員安全造成重大影響。同時，在建設(shè)完成后由于涌水所攜帶的熱量對凍土的熱擾動，對基礎(chǔ)周圍多年凍土的熱穩(wěn)定性也會受到重要影響。因此，如何有效避免凍結(jié)層上水對凍土基坑施工過程的不利影響是凍土基坑施工的重要難題。在一般常規(guī)地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)基坑開挖施工時，常采用的止水措施包括1、在開挖基坑附近打孔并進(jìn)行排水，降低開挖處的地下水位，如真空井點(diǎn)、管井法等；2、在基坑內(nèi)修建集水井，再用水泵將水抽走排走，即井點(diǎn)排水法；3、打孔后用高壓泥漿泵，向周圍土體注入固化漿液，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體，由多個高壓噴射注漿固結(jié)體形成帷幕，以達(dá)到止水效果，此法為高壓噴射注漿法。上述這些方法在常規(guī)地區(qū)對地下水涌入基坑發(fā)揮了良好的作用，但是多年凍土區(qū)，由于地下水空間分布特殊的特性，使得這些方法難以發(fā)揮有效作用。其原因在于，這些方法主要通過排水孔的大量抽水，大幅降低周圍水位，而避免地下水向開挖基坑內(nèi)部的匯集。但在多年凍土區(qū)，由于凍土隔水作用的存在，地下水難以穿過凍土層、其水位難以發(fā)生大的改變，難以向排水孔匯集，由此造成常規(guī)方法的失效。其次，高壓噴射注漿法凝固過程產(chǎn)生的大量的熱量而導(dǎo)致凍土表層頂板下部凍土的融化，會對凍土產(chǎn)生嚴(yán)重的熱擾動，使其在基坑開挖施工中也難以發(fā)揮有效作用。因此，如何有效解決多年凍土區(qū)施工過程中，基坑的涌水問題的輸電線路施工過程中亟待解決的難題
發(fā)明內(nèi)容
針對凍土區(qū)基坑開挖過程中常規(guī)方法難以解決的突出工程難題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用隔水膜阻止凍結(jié)層上水向開挖基坑涌水的方法。本發(fā)明充分結(jié)合多年凍土區(qū)凍結(jié)層上水的埋藏和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及與凍土的相互關(guān)系，而提出一種隔絕地下水、保證施工過程正常進(jìn)行的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的—種利用隔水膜阻止多年凍土層上水向開挖基坑涌水的方法，在距擬開挖基坑周邊、一定間距開挖溝槽，溝槽深度至地下多年凍土上限以下O-IOOcm的深度；坑槽的底部鋪設(shè)一層I 30_厚的膨潤土、或粘土，然后，在開挖的坑槽內(nèi)布設(shè)隔水膜，隔水膜布滿開挖坑槽的底部，然后再沿坑壁抵達(dá)地表，形成L型，用填土回填并夯實(shí)；L型隔水膜的沿坑壁垂直部分為靠近擬開挖基坑邊緣的間距為O. 5-5m。上述隔水膜為PVC薄膜，或?yàn)橥凉げ?，或?yàn)椴蕳l布。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果是I、本發(fā)明充分結(jié)合多年凍土區(qū)凍結(jié)層上水的埋藏和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及與凍土的相互關(guān)系，通過多年凍土隔水特性的充分利用，并與隔水膜的充分結(jié)合，有效切斷了凍結(jié)層上水向開挖基坑流動的水利通道，有效解決凍結(jié)層上水向開挖基坑涌水難題，解決了凍土區(qū)基坑開挖過程中常規(guī)方法難以解決的突出工程難題，有效保證了工程施工的順利進(jìn)行和施工工期的完成。2、本發(fā)明中隔水膜在工程施工中有效阻止凍結(jié)層上水向開挖基坑涌水的基礎(chǔ)上，在工程完工后，可進(jìn)一步發(fā)揮其對工程穩(wěn)定性的促進(jìn)作用。隔水膜底部的鋪設(shè)有類似單向閥門的作用，在工程施工完成后，當(dāng)基坑周邊外部水分向基坑內(nèi)部方向滲漏的時候，由于水分遷移過程對隔水膜的推擠重力作用，使得底部隔水膜的隔水作用進(jìn)一步增強(qiáng)，而阻擋周圍水分向原基坑位置的匯集和熱影響；而當(dāng)基坑內(nèi)部地下水位高于四周水位的時候，由于內(nèi)部地下水對隔水膜的推擠作用，可以打開與外界相通的通道，而向外滲漏，以及保證塔基的穩(wěn)定。3、本發(fā)明在阻止地下水向基坑匯水的同時，避免匯水造成基坑坑壁坍塌，確保了基坑內(nèi)部施工人員的安全性。保證基坑處于干燥狀態(tài)，同時保證了澆筑混凝土質(zhì)量。4、本發(fā)明有效避免了凍結(jié)層上水向基坑內(nèi)部大量匯水過程導(dǎo)致的對基礎(chǔ)周邊和下部凍土的熱擾動，進(jìn)一步增強(qiáng)了周邊凍土的穩(wěn)定性。5、本發(fā)明保證了凍土熱穩(wěn)定性，免除凍土受到強(qiáng)烈擾動。通過本發(fā)明在多年凍土工程實(shí)施，很大程度上減小了對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞。7、本發(fā)明工程結(jié)構(gòu)簡單、施工簡便快捷、工程造價十分低廉，效果明顯，便于在工程實(shí)際中大量推廣，具有重要的工程實(shí)際應(yīng)用價值。


圖I為本發(fā)明斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案再作進(jìn)一步的說明為驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，2010年9月20日在青藏直流線路工程建設(shè)工地進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)地試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)場地選擇在青藏高原清水河段，該段多年凍土、地下冰發(fā)育且不穩(wěn)定。通過測定，多年凍土上限在2. Im左右，是青藏高原常見的典型的類型。在此段區(qū)域，輸電線路塔基開挖后多年凍土層上水豐富，盡管施工人員采用了水泵等排水措施，仍無法及時將基坑中的水排盡，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，而被迫推遲施工エ期。為了解決在現(xiàn)場施工過程出現(xiàn)多年凍土上限層向開挖基坑涌水這ー現(xiàn)象，本發(fā)明在設(shè)定開挖坑槽I的位置，采用挖掘機(jī)挖掘ー個3mX 3mX 2m的坑槽1，先在坑槽I鋪設(shè)ー層20mm厚膨潤土 5。然后在坑槽I頂部、側(cè)面和底部四周布設(shè)PVC薄膜，并至地下多年凍土上限4以下50cm的深度；然后再沿坑壁抵達(dá)地表，形成L型，用填土 3回填并夯實(shí)；PVC薄膜沿坑壁垂直部分為靠近擬開挖基坑的邊緣的間距為5m。整個工作流程可以連續(xù)進(jìn)行，即ー邊開挖、ー邊向坑槽I布設(shè)PVC薄膜、ー邊快速進(jìn)行土體的回填。在填土 3回填過程中，可將PVC薄膜全部埋置于土體中。在PVC薄膜鋪設(shè)后第二天，在現(xiàn)場鋪設(shè)PVC薄膜的試驗(yàn)中心部位進(jìn)行排水測試，測 試結(jié)果表明，在最初5小時中心部位有一定水量的情況下，在后續(xù)連續(xù)3天的時間里，中心部位基本沒有水量。根據(jù)現(xiàn)場條件分析，最初5小時的水量應(yīng)為試坑內(nèi)部原有水量，而后續(xù)基本沒有水量說明該種方法的隔水效果。試驗(yàn)結(jié)果證明本發(fā)明完全阻止了凍結(jié)層上水向坑槽內(nèi)部的滲入。然后再在進(jìn)行設(shè)計基坑的開挖，保證了工程施工的順利進(jìn)行和施工エ期完成。為保證底部凍土的穩(wěn)定和良好的隔水效果，可以在土體回填坑槽幾天后再進(jìn)行基坑的開挖，使基坑處于干濕狀態(tài)，同時保證了基坑澆筑混凝土質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種利用隔水膜阻止多年凍土層上水向開挖基坑涌水的方法，其特征是在距擬基坑周邊開挖溝槽(I)，溝槽深度至地下多年凍土上限(4)以下O-IOOcm的深度；坑槽(I)的底部，鋪設(shè)一層I 30mm厚的膨潤土、或粘土(5)，然后，在開挖的坑槽內(nèi)布設(shè)隔水膜(2)，隔水膜(2)布滿開挖坑槽(I)的底部，然后再沿坑壁抵達(dá)地表，形成L型，用填土(3)回填并夯實(shí)；L型隔水膜的沿坑壁垂直部分為靠近擬開挖基坑的邊緣的間距為O. 5-5m。
2.如權(quán)利I所述的一種利用隔水膜阻止多年凍土層上水向開挖基坑涌水的方法，其特征是所述隔水膜(2)為PVC薄膜，或?yàn)橥凉げ?，或?yàn)椴蕳l布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用隔水膜阻止多年凍土層上水向開挖基坑涌水的方法，其特征是在距擬基坑周邊開挖溝槽，溝槽深度至地下多年凍土上限以下0-100cm的深度；坑槽的底部鋪設(shè)一層1～30mm厚的膨潤土、或粘土，然后，在開挖的坑槽內(nèi)布設(shè)隔水膜，隔水膜布滿開挖坑槽的底部，然后再沿坑壁抵達(dá)地表，形成L型，用填土回填并夯實(shí)；L型隔水膜的沿坑壁垂直部分為靠近擬開挖基坑邊緣的間距為0.5-5m。本發(fā)明有效避免地下水對工程施工過程和凍土基礎(chǔ)的影響，通過充分考慮凍土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地下水土質(zhì)和水文結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過在擬開挖基坑周邊布設(shè)一種特殊結(jié)構(gòu)的隔水薄膜，有效阻水。同時，在工程施工完成后可以繼續(xù)調(diào)控原開挖基坑內(nèi)部水分，從而達(dá)到長期維護(hù)凍土基礎(chǔ)穩(wěn)定的目的。
文檔編號E02D19/12GK102733403SQ20121004264
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者俞祁浩, 游艷輝, 潘喜才, 王國尚, 胡俊, 郭磊, 錢進(jìn) 申請人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所, 甘肅電力科學(xué)研究院