CN101413269A - 真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法 - Google Patents

Abstract

真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，步骤包括：1.场区整平；2.向真空帷幕区域打入竖向排水体，设置侧壁固化墙体；3.在真空帷幕区域铺设密封膜；4.用真空源抽气使真空帷幕内的真空负压保持在一定范围内；5.进行基坑的分层开挖，每开挖完一层，沿基坑外边界侧壁进行垂直密封隔离处理，直至开挖结束；6.进行基坑底板和侧壁的施工。本发明的真空帷幕起到了止水作用，大气压力与真空帷幕内的负压形成压力差，达到用大气压力来进行基坑支护的目的，因此施工更加安全，本工法无需基坑内支撑结构，无需基坑内外降水井点，无需放坡开挖，基坑底板和侧壁可整体浇筑更有利于防渗，在安全可靠、节省工期、节约投资等方面具有明显优势。

Description

真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法

技术领域

本发明涉及一种真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法。

背景技术

目前，随着土地资源的紧缺，越来越多的地下空间必须被利用，涉及到民用建筑、工业建筑，甚至是交通等各个领域，如地下停车场、地铁车站等。显然，地下空间的利用必然涉及到基坑开挖的施工问题，并且由于施工空间的限制不能进行放坡开挖，加之地下空间的利用越来越深度化，那么其开挖的施工工法显得更加重要。

国内外常用的深基坑开挖工法是内支撑法、围护挡墙法或两者相结合的基坑开挖方法，无论采用上述哪种工法，在其基坑开挖前既需进行支挡结构的施工，且必须采取坑内外降水措施以确保基坑稳定、方便施工。就内支撑法而言，其主要缺点是不能实现基坑侧壁结构的整体性施工，从而影响结构防水效果，且该工法由于基坑内部层层结构支撑，施工速度缓慢，并且存在作业安全隐患；就围护挡墙法而言，主要缺点是设计计算复杂，造价高。上述两种方法由于基坑侧壁变形的不可控制性，还存在坑背回填及其压密的问题，另外，对于基坑周围需要加固的工程来说，上述方法更是无法实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有传统深基坑开挖工法工期长投资大的缺点，提供一种无需支撑结构、无需降水井点、无需放坡和底板侧壁可任意浇筑的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其大大节省了工期、节约了投资。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是包括以下步骤：

第一步、进行基坑开挖所需的场区整平，在基坑周围规划真空帷幕区域，即将要铺设密封膜的区域；

第二步、根据基坑开挖的深度向真空帷幕区域的土体内打入竖向排水体，所述竖向排水体打入的深度大于基坑开挖的深度；并且进行基坑边界墙体固化施工，即在基坑边界线上设置侧壁固化墙体；

第三步、在真空帷幕区域铺设密封膜，所述密封膜的边界埋入土体内，从而形成真空帷幕；

第四步、将真空源与竖向排水体连接，并通过真空源抽真空的方式，使所述真空帷幕内的空气压力下降；

第五步、当真空帷幕内的真空负压达到并保持在-40kPa～-85kPa后，在保持真空帷幕内真空度的前提下进行基坑开挖，开挖过程中采用分层开挖的方式进行，每开挖完一层土体后，露出一圈新的基坑外边界侧壁，沿该基坑外边界侧壁进行垂直密封隔离处理，即在新的坑外边界侧壁上铺设隔离膜，该隔离膜与构成真空帷幕的密封膜密封衔接，用大气压力平衡侧向土压力，然后再进行下一层土体开挖和该层基坑外边界侧壁垂直密封隔离处理，直至开挖结束；

第六步、进行基坑底板和侧壁的施工。

本发明的有益效果如下：本发明是一种用于深基坑开挖的新工法，其由真空帷幕止水系统和大气压力支护系统构成。根据需要自基坑边界向外一定范围内形成真空帷幕止水系统，通过控制真空源的强度和作用时间在基坑周围土体内形成负压区域，并将该区域土体内的部分自由水通过系统的排水通道迅速抽出，当进入帷幕体的水量和排出的水量达到平衡时，即在基坑边界外的一定范围内土体中形成了真空帷幕，随后即进行深基坑开挖。随着基坑开挖，在基坑开挖边界形成直立的土体临空面，即真空帷幕与基坑大气交界面，一边开挖一边沿该临空面设置隔离膜进行垂直密封处理，与真空帷幕截水系统合为一体，直至开挖结束，最后完成基坑底板和侧壁的浇筑。伴随着基坑开挖的进行，大气迅速充满基坑内部，此时大气压力与帷幕止水系统内的负压形成压力差，从而有效地平衡了土体因基坑开挖产生的侧向土压力，达到用大气压力来进行基坑支护的目的，即形成了大气压力支护系统。上述两个系统的共同作用，实现了利用真空帷幕止水和大气压力支护基坑的目的，全面改进了传统深基坑开挖工法。本发明深基坑开挖工法在整个施工过程中，基坑可进行垂直开挖，坑内无需做地基处理及降水措施，而且基坑底板与侧壁结构可根据设计要求进行一次浇注，保证了结构的整体性与防水效果。设置在基坑四周侧壁的固化墙体可作为侧壁砼施工时的外模，解决了常规方法中坑背回填引起的地面沉降问题。本发明工法无需基坑内支撑结构，无需基坑内外降水井点，无需放坡开挖，基坑底板和侧壁可整体浇筑更有利于防渗，并解决了坑背回填引起的沉降问题，同时对基坑周边的土体进行了加固。与传统基坑开挖工法相比，本发明具有安全可靠、节省投资、节约资源、节省工期的特点。

附图说明

图1为本发明实施例基坑平面布置示意图。

图2为本发明实施例基坑边界断面示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

下面根据图1与图2所示，结合某工程实例，对本发明的真空帷幕止水与大气压力支护的深基坑开挖工法作进一步详细说明。

实例工程简介：某厂房总面积3万m²，共有5个基坑分布其中(如图1所示)，本实施例以其中一个基坑的开挖为例，进行对本发明工法的说明。

本例中基坑长60m×宽10m×深10m，根据勘察单位提供的地质报告，该场地土层自上而下分别为：①层杂填土，主要以建筑垃圾回填压实而成，平均厚度2m，最大4m；②层淤泥质粉质粘土，平均厚度18m；③层粉细砂，主要以大透镜体形式出现淤泥质粉质粘土中，分布极不均匀。

对整个施工区域进行施工勘察(尤其是基坑开挖区域)，掌握土层的分布情况及土体物理力学参数指标。施工勘察结果表明基坑开挖区域1的杂填土厚度平均3m，粉细砂层在其中2个基坑底部揭露。根据基坑开挖深度，利用土体参数指标进行计算确定合理的竖向排水体及基坑边界遮帘体的施工深度，制定合理的工期计划及开挖施工工序。

本发明真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，包括以下步骤：

第一步、进行基坑开挖所需的场区整平，在基坑1周围规划真空帷幕区域2，即将要铺设密封膜的区域；

第二步、根据基坑开挖的深度向真空帷幕区域的土体内打入竖向排水体4，本例中，竖向排水体4为塑料排水板(现有成熟产品)，本发明中的竖向排水体可以是的排水板或排水管。竖向排水体4打入的深度大于基坑开挖的深度，本实例中，塑料排水板打入的深度为15米，一般而言竖向排水体打设的深度为1～3倍的基坑开挖深度即可；与此同时进行基坑边界墙体固化施工，即在基坑边界线上设置侧壁固化墙体5，本实施例中，通过现场水泥搅拌桩的方法设置侧壁固化墙体，该方法属于改良土性法。设置侧壁固化墙体可以通过在基坑边界打入桩或现场成桩、现场成墙的方法实现。本步骤中，打竖向排水体和设置侧壁固化墙体两者互相独立，同步进行，也可根据实际情况分别进行。

本发明中，侧壁固化墙体可以是单排桩或墙，也可以是多排桩或墙，其桩型和数量，根据基坑周边土体强度与其开挖的深度来选择，多以水泥土墙为主。第一排桩或墙须打设在基坑开挖边界处，其顶面标高和底面标高根据需要确定，为了节约成本，一般情况下侧壁固化墙体的墙顶位置距场区整平面以下3m～6m，墙底位置距基坑底面以下2m～8m，本例中，侧壁固化墙体的墙顶位置距场区整平面以下3m，墙顶位置距基坑底面以下4m。设置侧壁固化墙体的主要作用是固定基坑开挖边界形状、降低基坑边界内外区域的气水流动速率、辅助真空帷幕与基坑大气垂直密封隔离膜的设置和基坑侧壁浇筑外模板，特殊情况下还可起到消减少部分基坑侧向土压力的作用。

为了便于研究本工艺在实施过程中，土体某些参数的变化情况，本实施例中基坑边界墙体固化施工完成后，基坑开挖深度范围内埋设监测仪器，随时掌握开挖时土体中负压分布情况，具体地说，监测仪器包括土体负压监测仪器和基坑开挖稳定监控仪器，土体负压监测仪器常用孔隙水压力计，用于随时测定土体中负压的分布状况，尤其是在基坑开挖时土体的负压分布状况；基坑开挖稳定监控仪器用于基坑开挖时监测基坑边界土体的变形情况，以保证基坑稳定和施工作业安全。实际生产过程中，可根据工程经验选择是否埋设监测仪器。

本步骤中，可以根据工程需要决定是否在真空帷幕区域设置水平排水体3，水平排水体可采用砂垫层、塑料盲沟、土工席垫或塑料排水板，如采用塑料排水板，则塑料排水板水平置于真空帷幕区域上，具体选用哪种水平排水体可以根据实际情况进行选择。本例中没有设置水平排水体。

根据实际情况需要，可在基坑侧壁固化墙体外侧设置遮帘体6，遮帘体的设置通过在基坑侧壁固化墙体外侧打入桩或现场成桩、现场成墙的方法实现。遮帘体可以是单排桩或墙，也可以是多排桩或墙。是否设置遮帘体，以及设置遮帘体时其桩型、平面布置和数量，需根据基坑开挖的深度和地层条件来综合确定。

第三步、在真空帷幕区域铺设密封膜，密封膜的边界埋入土体内，从而形成真空帷幕。由于密封膜较薄，易被地面的尖刺物戳破，从而影响密封效果，因此一般情况下，会在铺设密封膜前，先在基坑周围(密封膜下)铺设一层或多层土工布，用来保护密封膜。

第四步、将真空源与竖向排水体连接，本发明中真空源为真空泵，可选用射流式真空泵、滑阀式真空泵、罗茨式真空泵、水环式真空泵、往复式真空泵等，具体选用哪种可以根据实际情况进行决定，本实施例中选用的是射流式真空泵，射流式真空泵通过管道与塑料排水板连接，并通过真空源抽真空的方式，使真空帷幕内的空气压力下降。

真空作用将该真空帷幕区域土体中的部分自由水通过系统的排水通道迅速抽出，当进入帷幕体的水量和排出的水量达到平衡时，即在基坑边界外一定范围内土体中形成了真空帷幕。

第五步、在真空源的真空作用下，使得真空帷幕内产生了真空负压，该真空帷幕内的气压与外界大气压形成压差，随着真空帷幕内的空气压力不断下降，真空帷幕内的真空负压也随之降低，当真空帷幕内的真空负压达到并保持在-40kPa～-85kPa，在保持真空帷幕内真空度的前提下进行基坑开挖，并监测基坑的稳定性。开挖过程中采用分层(分四层)开挖的方式进行，每开挖完一层土体后，露出一圈新的基坑外边界侧壁，沿该基坑外边界侧壁进行垂直密封隔离处理，即在新的坑外边界侧壁上铺设隔离膜，该隔离膜与构成真空帷幕的密封膜密封衔接，用大气压力平衡侧向土压力，然后再进行下一层土体开挖和该层基坑外边界侧壁垂直密封隔离处理，直至开挖结束。本步骤中，隔离膜可选用聚氯乙烯薄膜，也可以是聚乙烯薄膜等具有密封性能的材料。

第六步、进行基坑底板和侧壁的施工。

本工程若采用传统的围护挡墙法进行基坑支护，造价预计约1200万元，工期需要6个月，而在采用本发明后，造价降至600万元，工期5个月。因此，本发明在保证工程质量与施工工期的前提下大大节约了工程投资。

Claims (10)

1、真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是包括以下步骤：

第一步、进行基坑开挖所需的场区整平，在基坑周围规划真空帷幕区域，即将要铺设密封膜的区域；

第二步、根据基坑开挖的深度向真空帷幕区域的土体内打入竖向排水体，所述竖向排水体打入的深度大于基坑开挖的深度；并且进行基坑边界墙体固化施工，即在基坑边界线上设置侧壁固化墙体；

第三步、在真空帷幕区域铺设密封膜，所述密封膜的边界埋入土体内，从而形成真空帷幕；

第四步、将真空源与竖向排水体连接，并通过真空源抽真空的方式，使所述真空帷幕内的空气压力下降；

第五步、当真空帷幕内的真空负压达到并保持在-40kPa～-85kPa后，在保持真空帷幕内真空度的前提下进行基坑开挖，开挖过程中采用分层开挖的方式进行，每开挖完一层土体后，露出一圈新的基坑外边界侧壁，沿该基坑外边界侧壁进行垂直密封隔离处理，即在新的坑外边界侧壁上铺设隔离膜，该隔离膜与构成真空帷幕的密封膜密封衔接，用大气压力平衡侧向土压力，然后再进行下一层土体开挖和该层基坑外边界侧壁垂直密封隔离处理，直至开挖结束；

第六步、进行基坑底板和侧壁的施工。

2、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是所述第二步中，在真空帷幕区域上铺设水平排水体，步骤五中真空源通过所述的水平排水体与竖向排水体连接。

3、根据权利要求2所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是第二步中所述的水平排水体为砂垫层、塑料盲沟、土工席垫或排水板中的一种。

4、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是第二步中侧壁固化墙体的墙顶位置距场区整平面以下3m～6m，墙底位置距基坑底面以下2m～8m。

5、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是基坑边界墙体固化施工完成后，在基坑开挖边界附近、基坑开挖深度范围内埋设土体负压监测仪器和基坑开挖稳定监控仪器，所述的土体负压监测仪器用于随时测定土体中负压的分布状况，尤其是在基坑开挖时土体的负压分布状况；所述的基坑开挖稳定监控仪器用于基坑开挖时监测基坑边界土体的变形情况，以保证基坑稳定和施工作业安全。

6、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是所述的真空源为真空泵。

7、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是所述竖向排水体为排水板或排水管中的一种。

8、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是所述第二步中，所述侧壁固化墙体的设置通过在基坑边界打入桩或现场成桩、现场成墙的方法实现。

9、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是所述第二步中，在基坑侧壁固化墙体外侧设置遮帘体，所述遮帘体的设置通过在基坑侧壁固化墙体外侧打入桩或现场成桩、现场成墙的方法实现。

10、根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是所述的密封膜、隔离膜为聚氯乙烯薄膜或聚乙烯薄膜中的一种。

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