一种用于地下连续墙接缝防水的局部冻结施工方法

技术领域

本发明涉及城市地下工程基坑防水领域，具体涉及基坑工程地下连续墙接缝防水的局部冻结加固方法，属于地下工程施工技术领域。

背景技术

地下连续墙(简称“地连墙”)施工技术引入中国工程建设领域已经超过40年，特别是近年来随着中国各大城市地铁建设的大规模展开，采用地连墙作为地铁车站基坑开挖施工的围护结构已非常广泛。由于地连墙是由一幅幅槽段拼接而成，其分段施工工艺决定了相邻槽段之间的接缝质量。特别是当地连墙穿越粉土、粉砂等不良地层时，地连墙成槽过程中极易出现塌槽、接缝开岔现象，此时地连墙接缝质量将难以得到有效保证。

大量工程经验也表明，地连墙接缝处往往是整个围护结构工程的渗水频发区域。随着基坑开挖深度的增加，目前地下工程挖深大多数在地下水位线以下，甚至进入承压水层，土体开挖过程中若地连墙围护结构不能有效阻止地下水的入渗，坑外漏水、漏砂将极大地威胁基坑施工安全，引发周边道路、建筑坍塌，造成重大安全事故。

现有地连墙的接缝止水质量主要依靠提升刷壁质量、增加防绕流铁皮以及设置接头箱等措施。

但由于地连墙墙身混凝土在泥浆中完成浇筑，无论如何增加刷壁次数，接缝处难免会残留附着的泥皮，从而造成后续槽段与先期槽段接缝存在渗水通道。

对于防扰流铁皮措施则因与混凝土墙壁之间的接触不可能完全贴合，因此也无法阻止墙外地下水的入渗；

对于设置接头箱措施，接头箱用于钢筋笼临空侧的工字钢固定，减少混凝土灌注过程中工字钢偏移造成接缝处充填泥浆，这一方法也同样无法处理接缝处的夹泥问题，对于超深基坑则防渗水效果更差。

除了上述的措施外，现有地连墙接缝止水还用到传统的注浆方法、在地连墙接缝外侧另行钻孔冻结的方式等措施。其中，传统的注浆方法在具体实施时，可靠性差，实施效果不佳，一般很少应用；而在地连墙接缝外侧另行钻孔冻结的方式，该方式在具体实施时，施工难度大，施工周期长，并且施工成本高，不具备实用性，实际应用很少。

发明内容

针对现有技术在应对地连墙相邻槽段因混凝土浇筑工艺欠缺、接头连接处理困难而造成接缝渗水、漏砂、夹泥等实际工程问题时所存在的问题，本发明给出一种用于地下连续墙接缝防水的局部冻结施工方法，其能够有效防止基坑施工过程中受地下水影响，同时保证周边建筑物结构安全。

为了达到上述目的，本发明提供的用于地下连续墙接缝防水的局部冻结施工方法，其在地连墙槽段挖掘之后，通过在地连墙槽段接头处内置微通道换热板，并随地连墙钢筋笼同时下放进槽段内，浇筑槽段混凝土后微通道换热板作为地连墙的一部分永久存在于墙体内部；

在浇筑地连墙混凝土之后，根据接缝所在位置周围建筑物环境、地表变形控制等级，将所有接缝进行分组，确定地连墙接缝的预冻结范围，并将预冻结接缝范围内的微通道换热板与地面冷冻站连接成闭合的冷媒循环回路进行预冻结，在冻结状态达标后进行基坑内部开挖作业。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法将微通道换热板通过焊接敷设在钢筋笼和地连墙槽段接头之间，并紧靠地连墙槽段接头，以与钢筋笼和地连墙槽段接头同步下放，作为永久地连墙结构的一部分。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法针对周边地表变形风险较小位置的地连墙接缝，在基坑开挖后按需开启微通道换热板。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法在基坑开挖后，针对暴露出的地连墙接缝周围均进行保温处理。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法中通过地温和循环冷媒温度两个指标进行综合判断冻结效果是否满足基坑开挖的要求。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法通过测温系统来同步测量地温和循环冷媒温度。

在本发明的一些实例中，所述测温系统包括测温管、测温线缆、测温传感器以及数据采集系统，所述测温管预埋在钢筋笼和地连墙槽段接头之间，紧贴地连墙槽段接头的位置，所述测温线缆安置在相应的测温管中，所述测温传感器安装在微通道换热板的供液管和回液管上，并与测温线缆一并连接至数据采集系统。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法针对未进行预冻结的地连墙接缝，在基坑开挖过程中针对出现渗水、夹泥情况判断接缝质量，在必要时形成冷媒循环回路，进行局部冻结并采取保温措施。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法针对未进行预冻结的地连墙接缝，在出现较大量的接缝流水、流砂情况下，在相应接缝处微通道换热板中下放供液管后，采用快速冻结方式进行止水，待稳定后再转换至盐水冻结。

在本发明的一些实例中，所述局部冻结施工方法在开挖至坑底，完成永久结构之后，采用微膨胀混凝土充填所有微通道换热板和测温管，完成基坑施工。

本发明提供的局部冻结施工方法可用于地下连续墙接缝防水，可以防止基坑施工过程中受地下水影响，同时保证周边建筑物结构安全。

本发明提供的局部冻结施工方法通过对所有地连墙接缝进行分组控制，对开挖过程中出现的局部接缝渗漏水情况也可以定点冻结，大大节约了经济成本。

本发明提供的局部冻结施工方法通过将微通道换热板、测温管与钢筋笼同步下放安装，开挖过程中启闭灵活，液氮盐水联合冻结转换方便，节约了另行钻孔作业的时间成本，可以有效缩短施工工期。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中基坑的平面布置示意图。

图2为本发明实例中接缝换热板和测温管位置平面图。

图3为本发明实例中纵向横断面结构示意图。

附图标记说明：

1-导墙；2-开挖槽段；3-槽段接缝；4-临近建筑；5-远离道路；6-制冷机组；7-回液干管；8-供液干管；9-预冻结接缝范围；10-后期冻结接缝范围。

21-工字钢接头；22-钢筋笼；23-微通道换热板；24-测温管。

31-进液口；32-出液口；34-供液管；35-测温线缆；36-温度传感器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

针对城市地下工程紧邻敏感建筑物施工时，为有效应对基坑地连墙相邻槽段因混凝土浇筑工艺欠缺、接头连接处理困难而造成接缝渗水、漏砂、夹泥的实际工程问题，本发明提供用于地下连续墙接缝防水的局部冻结施工方法，通过在地连墙槽段接头处内置微通道换热板，并随地连墙钢筋笼同时下放进槽段内，浇筑槽段混凝土后换热板作为地连墙的一部分永久存在于墙体内部；并进一步沿着基坑地连墙一周，每幅槽段接缝处均内置有微通道换热板，所有微通道换热板连接至地面冷冻站。

据此设置，在开挖过程中若发现某接缝出现渗水现象，立即开启相应微通道换热板供液循环回路，进行低温冷媒循环将相应接缝进行冻结封水。

同时，对于基坑周边存在紧邻建筑物，对地表变形要求的情形，不能待发现地连墙渗水后再行冻结补救，而应在基坑开挖之前就开启紧邻建筑物一侧地连墙接缝的微通道换热板，通过提前将土体温度降至冰点以下确保地连墙不出现任何渗漏水。

作为举例，这里所述的地连墙槽段接头可以为工字钢接头。

据此，本发明提供用于地下连续墙接缝防水的局部冻结施工方法在实施时，在地连墙槽段挖掘之后，通过在地连墙槽段接头处内置微通道换热板，并随地连墙钢筋笼同时下放进槽段内，浇筑槽段混凝土后微通道换热板作为地连墙的一部分永久存在于墙体内部；

在浇筑地连墙混凝土之后，根据接缝所在位置周围建筑物环境、地表变形控制等级，将所有接缝进行分组，确定地连墙接缝的预冻结范围，并将预冻结接缝范围内的微通道换热板与地面冷冻站连接成闭合的冷媒循环回路进行预冻结，通过温度监测结果判断冻结状态达标后进行基坑内部开挖作业。

在本发明的一些实施方式中，地连墙槽段接头优选由工字钢接头构成。

据此，在设置微通道换热板时，微通道换热板通过焊接敷设在钢筋笼和工字钢接头之间，紧靠工字钢腹板；这样微通道换热板与钢筋笼、工字钢接头焊接成整体，可与钢筋笼和工字钢接头同步下放进槽段内，以作为永久地连墙结构的一部分。

再者，本发明中采用到的微通道换热板板材、截面尺寸选择应符合地连墙的承载力设计要求，管壁厚度可适当增加。换热板长度可根据地下水条件和地层条件综合确定，应穿越承压水层，不大于地连墙深度，并不小于基坑开挖深度。

这里需要说明的，对于微通道换热板的具体构成方案，此处不加以限定，具体可根据实际需求而定。

在本发明的一些实施方式中，针对周边环境保护要求高、地表变形需要严格控制的地连墙接缝，确定为预冻结范围，将预冻结接缝范围内的微通道换热板与地面冷冻站连接成闭合的冷媒循环回路；并在基坑开挖之前就开启分组微通道换热板的冷媒循环进行预冻结。

这里冷媒循环一般为低温盐水循环，针对工期紧张时可采用前期液氮冻结先行、后期盐水冻结维持的冷媒循环方式。

另外，本发明针对周边地表变形风险较小位置的地连墙接缝，可在基坑开挖后按需开启微通道换热板。

进一步的，无论是先期开启还是后期开启，基坑开挖后，针对暴露出的地连墙接缝周围均立即进行保温处理。

在本发明的一些实施方式中，本发明通过地温和循环冷媒温度两个指标进行综合判断来确定冻结效果是否满足基坑开挖的要求。

其中，针对地温，通过预埋相应的测温管来构建相应的地温监测孔，在配合相应的测温线缆来进行地温测量。

作为举例，这里的测温管采用小直径钢管来能够，与微通道换热板同样焊接在钢筋笼和工字钢接头之间，布置于地连墙接缝的中间位置，利用先期成槽下放至指定标高，测温孔长度与换热板长度相同；同时在测温管中下放封装温度传感器的测温线缆，该测温线缆连接至数据采集系统。

针对循环冷媒温度，通过安装在微通道换热板上冷媒供液管和回液管的测温传感器采集，这里的测温传感器连接至数据采集系统。

据此，本发明在基于地温和循环冷媒温度进行综合判断时，在地温监测值应小于土体实验测得的结冰温度值，以及循环冷媒温度的供液管回液管温差应不大于2℃时，则判断冻结效果满足基坑开挖要求，此时方可进行基坑开挖施工。

针对上述的用于地下连续墙接缝防水的局部冻结施工方法的实施方案，以下给出完整实施过程步骤，具体如下：

第一步：按照常规地连墙施工顺序依次施工导墙、槽段开挖并进行泥浆护壁。

第二步：制作带有工字钢接头的钢筋笼，并在钢筋笼和工字钢之间，紧贴工字钢腹板位置预埋微通道换热板和测温管。换热板紧贴工字钢，测温管位于地连墙中间。

第三步：槽壁清理并下放带有微通道换热板和测温管的钢筋笼，并按要求进行当前槽段的混凝土浇筑。

第四步：进行后续槽段开挖，清理前一槽段工字钢外侧附着的泥皮，并重复第二步、第三步，直至按设计基坑形状依次形成封闭的地连墙围护结构。

第五步：根据周边敏感建筑物和基坑相对位置确定地连墙接缝的预冻结范围，将预冻结接缝范围内的微通道换热板与地面冷冻站连接成闭合的冷媒循环回路。具体选择紧邻建筑物一侧的地连墙接缝处微通道换热板，下放供液管并安装连接管路，与地面冷冻站形成冷媒循环回路，以用于进行预冻结。

同时，在相应的测温管中安装测温线缆、在微通道换热板的供液管和回液管上安装测温传感器，与测温线缆一并连接至数据采集系统。

第六步：开启冷冻机和冷媒循环泵，进行上述紧邻建筑物、变形敏感处的地连墙接缝预冻结，并记录冻结过程中的温度监测数据。当测温线缆采集的温度数据低于土体实验测得的结冰温度、供液管和回液管温差小于2℃时，开始基坑开挖施工。

第七步：对于上述紧邻建筑物的地连墙接缝，基坑开挖过程中暴露出来的部分，随即进行坑内的壁面保温，减少高温气流对冻土的扰动弱化。

对于其他未进行预冻结的地连墙接缝，开挖过程中时刻观察是否出现渗水、夹泥，判断接缝质量。必要时按照第五步流程形成冷媒循环回路，采用盐水或液氮转盐水进行局部冻结并采取保温措施。

第八步：开挖过程中，对于未进行预冻结的接缝，若出现较大量的接缝流水、流砂现象，采用普通盐水冻结难以阻断时，应在相应接缝处微通道换热板中下放供液管后，采用液氮、液态二氧化碳等快速冻结方式进行止水，待稳定后再转换至盐水冻结。

第九步：按照上述步骤开挖至基坑底部，坑内主体结构完成以后停止所有换热板盐水循环，回收供液管。观察测温数据，升温解冻之后回收测温线缆，采用微膨胀混凝土填充预埋的微通道换热板和测温管。

针对本发明提供的局部冻结施工方法，以下通过相应的实例来进一步说明实施过程。

这里以紧邻敏感建筑物的城市地下工程为例来说明本局部冻结施工方法在城市地下工程紧邻敏感建筑物施工时，对基坑地连墙渗水冻结处理的实施过程。

参见图1，在城市地下工程中进行基坑开挖时，常常遇到基坑一侧紧邻建筑物的问题，此时对于地下连续墙围护结构的防水性能提出了很高的要求，在此情况下，可通过本发明给出的局部冻结方案来进行地连墙接缝防水。

结合图1与图2，整个地连墙接缝防水的实施过程包括如下步骤：

a.按照常规地连墙施工顺序，依次施作导墙1，并进行槽段开挖2。

b.在工字钢接头21和钢筋笼22之间，采用焊接方式安装微通道换热板23和测温管24，微通道换热板23紧贴工字钢腹板与翼缘，测温管24焊接在腹板中间位置。

c.开挖完成一幅槽段2之后，进行槽壁清理，然后将带有微通道换热板23和测温管24的钢筋笼22吊装下放至指定标高，如图2所示。

d.浇筑槽段混凝土，达到设计强度和养护时间要求后，进行相邻槽段的开挖施工。

e.根据地连墙周边环境，确定临近建筑4及距离较远的非保护性道路5。

f.按照地连墙按照与临近建筑4和远离道路5的距离关系，将所有地连墙的槽段接缝3划分成两部分，分别为预冻结接缝范围9和后期冻结接缝范围10。

g.对于预冻结接缝范围9中的接缝换热板，安装供液管34，并焊接封堵微通道换热板口，保留进液口31和出液口32；同一接缝处的换热板设置两个进液口以提高供液速度，如图3所示。

h.在预冻结范围9中的测温管25中下放封装温度传感器36的测温线缆35。相邻温度传感器的间隔不大于1米，并在富水地层的层位处进行适当加密，由此来提高测量的精度。

i.将预冻结范围9中的所有微通道换热板进液口31和出液口32分别连接至供液干管8和回液干管7，再与地面冷冻站中的制冷机组6进行连接形成闭合回路；与此同时，在在预冻结范围9中接缝换热板的供液管8和回液管7上安装相应的测温传感器，并与测温线缆35一并连接至数据采集系统，由此实现同步测量地温和循环冷媒温度。

j.开启制冷机组6进行预冻结接缝的冻结，当所有测温传感器的温度降至地层冰点以下，且满足供液干管和回液干管温差小于2℃时，进行基坑开挖施工。

k.对于预冻结接缝范围，基坑开挖过程中暴露出来的地连墙部分，随即进行坑内壁面保温，减少冻土弱化。对于未进行预冻结的接缝范围10，开挖过程中观察是否渗水、夹泥情况，必要时按照g-j中流程进行局部冻结并采取保温措施。

l.开挖过程中，对准备采用后期冻结的接缝，若出现较大量的接缝流水、流砂现象，应在相应接缝处微通道换热板中下放供液管后，采用液氮或液态二氧化碳快速冻结方式进行止水，待稳定后再转换至盐水冻结。

m.按照上述步骤开挖至基坑底部，坑内主体结构完成以后停止所有微通道换热板盐水循环，回收供液管；同时观察测温数据，升温解冻之后回收测温线缆，采用微膨胀混凝土填充预埋的微通道换热板和测温管。

通过上述实例可知，本发明提供的地连墙接缝渗水冻结封堵方法，相较于传统注浆方法具有更高的可靠性，微通道换热板布置完全贴合地连墙接缝，冻结效率更高。

同时，相对于在地连墙接缝外侧另行钻孔冻结的方式，本发明提供的地连墙接缝渗水冻结封堵方法将微通道换热板与地连墙钢筋笼同步下放安装，极大的减少了后续冻结孔施工流程，可以有效降低施工难度，缩短施工时间，节约施工成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。