CN101338567B - 旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑施工技术领域，公开了一种旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，地下结构外墙整体在地面上预制完成，其包括如下施工步骤：(a)开挖沟槽、施工导墙；(b)对预制地下结构外墙施加预应力：当预制墙体混凝土强度达到设计强度的70％后施加预应力，并用预应力锚具锁定；(c)旋喷下沉整个预制外墙；(d)待预制外墙下沉至预定深度后，换浆进行槽底和槽壁的泥浆固化；(e)半逆作法施工地下结构。本发明采用整体旋喷下沉法施工地下结构外墙不仅节省大量工程投资，保证了安全和质量，并可加快施工进度，节约工期。特别适合于大型民用建筑的地下室、公用地下车库及地铁车站等地下建筑物的快速施工。

Description

旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，涉及一种地下建筑的设计与施工方法，具体地说是一种针对在地面预制成型、后张法施加预应力的地下建筑物外墙，采用旋喷沉井法配合半逆作法施工施工深大地下建筑物的施工方法。

背景技术

对于整体在地面预制成形的地下建筑物外墙，目前现有技术主要采用射水沉井法施工基坑围护结构。具体做法是：在地面预制的钢筋混凝土沉井外墙底部设有沉井刃脚，刃脚为钢制或钢筋混凝土制，且外墙底角的外侧向外凸出，宽于外墙墙体。预制外墙时在墙体中埋设钢制水管，在底脚处设有喷头与钢管连接。通过喷头喷射高压水破碎墙下支撑土体，使沉井外墙下沉，沉至预定标高后再用逆做法施工内部结构体，最后封底。

采用射水沉井法主要存在如下无法克服的缺陷：

1.由于射水的喷头在底脚处的位置是固定的，其喷射的水流是定向的，每个喷头所喷射的水，仅能在土层中形成一个直径有限的土洞，而不能把底脚下的土层平面切割掉，因而在遇到稍硬的土层时，墙体无法下沉。在遇到砂土层时，地层本身不造浆，喷出的水流不能将砂粒排出地面，造成砂在水中沉淀，也会使墙体无法下沉。

2.射水沉井在下沉过程中仅靠射水的压力控制下沉速度和纠偏，极易出现井筒水平漂移和纠偏失败，造成井体报废。

3.射水沉井的泥浆不做固化处理，尤其是墙外的泥浆不做固化处理，易造成井体无承载能力，不能承受竖向荷载，且外墙与土体之间不能紧密结合，造成墙体极不稳定；还有在后期挖土时，易造成墙外地层变形过大而影响周边环境的安全。

4.沉井挖土至底部时，在高地下水位地区易造成地下水土绕流，坑底产生管涌和土体隆起，对坑外环境产生恶劣影响，并有可能导致无法继续施工。

5.射水沉井底部所设刃脚一般在30°～60°之间，刃角在重力作用下会产生一个向外的水平分力，造成外墙变形，变形过大时易造成外墙结构破坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可加快施工进度、节约工期、结构稳定、质量可靠，并能够实现整体外墙下沉的旋喷沉井法配合半逆作法施工深大地下建筑物的施工方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，地下结构外墙整体在地面上预制完成，其特征在于，所述地下结构外墙墙体内设有贯穿墙体高度方向的预留通孔，相邻预留通孔的中心距小于墙体宽度，墙体内侧预埋钢筋接驳器，其包括如下施工步骤：

(a)、开挖沟槽、施工导墙；

(b)、对预制地下结构外墙施加预应力：当预制墙体混凝土强度达到设计强度的70％后施加预应力，并用预应力锚具锁定；

(c)、旋喷下沉整个预制外墙；

(d)、待预制外墙下沉至预定深度后，换浆进行槽底和槽壁的泥浆固化；

(e)、半逆作法施工地下结构。

本发明的有益效果如下：

1.地下结构外墙整体在地面以上预制完成，加快了施工进度、节约工期；

2.通过在地下结构外墙施工前开挖沟槽，预制第一圈地下室外墙后浇注导墙，并将导墙与硬化地坪连为一体，保证导墙与地坪整体受力，从而保证整个地下结构外墙下沉时的定位和垂直度。

3.地下结构外墙采用旋喷法切割墙下土体形成沟槽，墙体靠自重整体下沉至预定深度。沟槽内泥浆保护槽壁稳定，对周围环境不产生影响。通过旋喷的先后顺序、旋喷转速、旋喷压力、旋喷流量、旋喷下降速度，可以控制整个地下墙外墙的下沉速度及纠偏。

4.槽内置换泥浆进行固化，使用粘土固化剂来固化槽内残余空间的泥浆，保证地下室外墙的竖向承载力和侧向稳定性，且固化体在墙外形成止水帷幕。

5.配合半逆作法分层施工墙内的梁、板、隔墙等，取消传统的基坑维护结构和支撑结构，节省大量工程投资，保证了安全和质量，并可加快施工进度，节约工期。

本发明特别适合于大型民用建筑的地下室、公用地下车库及地铁车站等地下建筑物的快速施工。

附图说明

图1为本发明一个实施例预制外墙带局部导墙俯视结构示意图；

图2为本发明实施例旋喷下沉状态剖视结构示意图；

图3为本发明实施例施工完成状态剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进一步说明本发明。

如图1、2所示，本发明地下建筑物(如大型民用建筑物地下室、公用地下车库及地铁车站等)的外墙1在地面预制成形，外墙底部不设刃脚，采用平脚结构，墙体底脚宽度略宽于上部墙体，外墙的配筋可全部采用普通建材钢筋，也可以将外墙的竖向配筋内外两层全部或部分采用预应力钢绞线3。钢绞线穿在薄壁钢管4中，钢管4内径略大于钢绞线直径，且内外两侧薄壁钢管底部相通。薄壁钢管与横向配筋形成骨架，然后制模浇捣高标号抗渗混凝土，并在墙体中间贯穿墙体高度方向按一定间距预留竖向通孔2，相邻预留通孔的中心距小于墙体宽度。在墙体内侧预定位置预埋钢筋接驳器，以便与地下建筑物的梁板墙等结构相连。地下室外墙根据高度可一次性预制，也可分层预制。如分层预制时，应在分层处设止水钢板。外墙的预制高度应大于地下室总深度，保证墙体嵌入地层中一定深度，防止基坑开挖到底部时出现涌水和拱土。外墙厚度可以上下等厚，也可以采用可变截面厚度。

具体施工步骤如下：

(a)、地下室外墙墙体1预制前应沿墙体走向开挖沟槽，清除障碍物至沟底原状土层，施工与墙底底脚等宽的墙底垫层。并按设计要求的位置和尺寸预留旋喷孔洞，在垫层上预制了一圈墙体后，即在墙内或墙外沿墙体走向施工一侧导墙8，导墙的作用是保证整个地下室外墙下沉时的定位和垂直度。导墙与地下室外墙的墙体之间有一定间隙，导墙拆模后墙外沟槽立即填土压实并浇注导墙压顶，内或外导墙压顶与整个建筑场地的硬化地坪接合，保证导墙与地坪整体受力，导墙仅设在地下室外墙的一侧，另一侧砌筑泥浆排放沟。也可以墙体内外两侧都设导墙，如图1中局部导墙所示，导墙8可采用凹凸结构，凸出部分81起导正限位作用，凹进部分82形成的空间作为泥浆上返通道。

(b)、当预制墙体1混凝土强度达到设计强度70％后，即对钢绞线3进行张拉施加预应力，并用预应力锚具5锁定，通过锚具上的注浆孔，向薄壁钢管4中注入可固化的浆液，以保证预应力的持久性和钢绞线的防腐性，浆液成分为环氧树脂或者磨细的高强度水泥浆。施加预应力时可根据墙体高度分层施加，也可在墙体下沉结束后一次性施加。施加预应力的目的是为了增加地下室外墙的强度和刚度，减小钢材用量，节约工程造价。

(c)、预制墙体的混凝土达到设计强度的70％后即可旋喷下沉。在墙体预留通孔2中下放旋喷钻杆6，墙体顶端安装旋喷机7，钻杆6与旋喷机7相连，旋喷钻杆底部装有高压旋喷头，旋喷头略低于墙底，开动旋喷机，向墙下土体中旋转喷射高压液体射流，高压旋喷射流10切割破碎墙下土体，形成泥浆并上返至地面，高压旋喷切割土体的直径大于墙体宽度，而墙体中预留的旋喷通孔的中心间距小于墙体宽度，则高压旋喷形成一个连续的槽。槽的宽度大于墙体宽度，墙体在槽中靠自重下沉，墙体与槽壁间的间隙既是泥浆上反通道又不会对墙体产生摩擦力，保证墙体下沉顺利。槽中泥浆的液面高于地下水位，对槽壁产生静水压力，可有效的保证槽壁稳定，避免槽壁内缩和坍塌，杜绝地层水土流失，保证周围环境安全。旋喷下沉施工时，旋喷液体的成分可视墙下土层的情况而定。如墙下土层为粘性土层，喷射液为清水掺入一定量的烧碱和CMC；如墙下土层为砂性土，则旋喷液为膨润土泥浆掺入一定量的的烧碱和CMC。喷射的泥浆保持槽壁稳定，并将砂粒悬浮携带出地面。烧碱和CMC的作用是增加泥浆的粘度和稳定性。旋喷下沉时，可通过调节旋喷点的先后顺序、旋喷压力、旋喷转速及下降速度来调节地下室外墙下沉速度和纠偏。旋喷的顺序可以采用“跳仓”的顺序，即先按预留通孔1、3、5……的顺序逐个旋喷，然后在按2、4、6……的顺序旋喷。也可以采用其他方式旋喷。

(d)、当地下室外墙沉至预定深度后，应换浆进行槽底和槽壁的泥浆固化，即移除旋喷机和旋喷管，以墙体中间预留的通孔为通道，泵注掺有占比为10～20％的粘土固化剂的泥浆，将槽底和槽壁间的泥浆彻底置换，则一定时间后槽底和槽壁的泥浆完全固化成具有较高强度的固化体，极大的提高了地下室外墙的墙底承载力和侧壁摩阻力，可以承受较大的竖向荷载，同时也极大的提高了地下室外墙的稳定性。换浆后墙体中间的预留通孔内充满含有粘土固化剂的泥浆，泥浆固化后作为通孔内的永久性填充物。

(e)、半逆作法施工，先施工第一层地下室顶板11，一层地下室顶板11的梁板钢筋通过接驳器与外墙1相连，以预先施工的桩基为支撑立柱12，施工一层顶板时预留较多的出土口，先施工的梁板应在设计时考虑进行结构加强，混凝土达到设计强度后，挖土机和土方车以一层顶板为栈桥和通道，通过预留出土口进行土方挖运。挖土至第二层地下室顶板底部标高时，施工第二层地下室顶板13，如此类推至第三层、第四层、第五层等，地下室层数越多优势越明显。当施工至建筑物基础大底板14时，应先施工大底板垫层，并做好防水处理，通过外墙接驳器绑扎大底板钢筋，浇注抗渗微膨胀混凝土，然后自下而上施工柱及隔墙至地面，则整个建筑物的地下部分施工完成。

Claims (8)

1.一种旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，地下结构外墙(1)整体在地面上预制完成，其特征在于，所述预制地下结构外墙(1)墙体内设有贯穿墙体高度方向的预留通孔(2)，相邻预留通孔的中心距小于墙体宽度，墙体内侧预埋钢筋接驳器，其包括如下施工步骤：

(a)、开挖沟槽、施工导墙(8)；

(b)、对预制地下结构外墙施加预应力：当预制墙体混凝土强度达到设计强度的70％后施加预应力，并用预应力锚具锁定；

(c)、旋喷下沉整个预制外墙；

(d)、待预制外墙下沉至预定深度后，换浆进行槽底和槽壁的泥浆固化；

(e)、半逆作法施工墙内地下结构。

2.根据权利要求1所述的旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，其特征在于，所述地下结构外墙墙体内外两层竖向主筋全部或部分采用钢绞线(3)，所述钢绞线穿在薄壁钢管(4)中，内外两侧薄壁钢管(4)底部相通，所述地下结构外墙墙体底脚宽度略宽于上部墙体。

3.根据权利要求2所述的旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，其特征在于，所述的步骤(b)还包括通过锚具上的注浆孔向薄壁钢管中注入可固化的浆液。

4.根据权利要求1所述的旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，其特征在于，所述的步骤(a)中，包括如下步骤：沿地下建筑物墙体走向开挖沟槽，清除障碍物至沟底原状土层，施工与墙底底脚等宽的墙底垫层，在对应于预制墙体预留通孔(2)的位置处预留旋喷孔洞，在墙底垫层上预制一圈墙体后，沿墙体走向施工一侧导墙(8)，并将导墙(8)与硬化地坪(9)连为一体。

5.根据权利要求1所述的旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，其特征在于，所述的步骤(c)中，包括如下步骤：在墙体预留通孔(2)中下放旋喷钻杆，墙体顶端安装旋喷机，旋喷钻杆(6)与旋喷机(7)相连，旋喷钻杆(6)底部装有高压旋喷头，旋喷头略低于墙底，开动旋喷机，高压旋喷射流(10)切割墙下土体使墙体靠自重下沉，旋喷切割土体的直径大于墙体宽度。

6.根据权利要求5所述的旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，其特征在于，所述的步骤(d)中，包括如下步骤：移除旋喷机和旋喷管，以墙体中间预留通孔为通道，泵注掺有粘土固化剂的泥浆，将槽底和槽壁间的泥浆彻底置换，换浆后预制墙体中间的预留通孔内充满含有粘土固化剂的泥浆，泥浆固化后作为通孔内的永久性填充物。

7.根据权利要求6所述的旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，其特征在于，所述的粘土固化剂在泥浆中的比例为10～20％。

8.根据权利要求1所述的旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，其特征在于，所述的步骤(e)中，包括如下步骤：先施工第一层地下室顶板(11)，一层地下室顶板(11)的梁板钢筋通过接驳器与外墙(1)相连，以预先施工的桩基为支撑立柱(12)；然后挖土至第二层地下室顶板底部标高时，施工第二层地下室顶板(13)，如此类推，依次施工其他地下顶板；施工至建筑物基础大底板(14)时，先施工大底板垫层，并做好防水处理，通过外墙接驳器绑扎大底板钢筋，浇注抗渗微膨胀混凝土，然后自下而上施工柱及隔墙至地面，直至完成整个建筑物的地下部分。

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