CN102704488A - 一种新型的软弱土地基基坑开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的软弱土地基基坑开挖方法，本发明的目的是为了解决现有的大面积软弱土地基基坑开挖困难、基坑支护费用高昂、施工工期长、后期沉降大等难题，实现围海造陆后软弱土地基的基坑开挖。本发明提出涉及的开挖方法步骤为真空预压地基处理和基坑开挖，其特征在于采用真空预压对软弱土地基进行处理并联合使用放坡开挖对基坑进行开挖；对于开挖深度超过5米的多层地下室深基坑，放坡开挖难以满足要求，也可采用钻孔灌注桩结合内支撑、地下连续墙支护等支护形式进行基坑开挖。本发明与传统的灌注桩相比节约了造价，简化了基坑开挖施工工序，节约施工工期。

Description

一种新型的软弱土地基基坑开挖方法

技术领域

本发明涉及一种新型的软弱土地基基坑开挖方法，特别适用于沿海地区围海吹填土软土地基基坑开挖的一种新型的基坑开挖方法。

背景技术

我国沿海大规模的填海造陆工程和海岸带开发项目发展迅猛。天津、江苏、广东以及浙江等沿海都在大范围围海造陆，这些地区多为高含水量、高压缩性的淤泥质类软土。以温州沿海产业带为例，其土质强度低、灵敏度高、含水率高、压缩性高，呈流动状态，是典型的软弱土地基。

在本发明之前，温州沿海吹填土软弱地基的基坑开挖存在基坑开挖难度巨大，大型施工机械难以进场，基坑开挖造价高昂，施工工期长，后期沉降大等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的大面积软弱土地基基坑开挖困难、基坑支护费用高昂、施工工期长、后期沉降大等难题，实现围海造陆后软弱土地基的基坑开挖；为了实现这些难题，实现软弱土地基基坑开挖的目的，本发明提出了一种新型的软弱土地基基坑开挖方法，该方法步骤为真空预压地基处理和基坑开挖，其特征在于采用真空预压对软弱土地基进行处理并联合使用放坡开挖对基坑进行开挖；对于开挖深度超过5米的多层地下室深基坑，放坡开挖难以满足要求，也可采用钻孔灌注桩结合内支撑、地下连续墙支护等支护形式进行基坑开挖；

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

第一阶段，对软弱土地基进行真空预压地基处理，采用如下施工步骤：

(a)、为描述方便，记基坑开挖范围为矩形，长边边长记为l₁，短边边长记为b₁，开挖深度记为h，地基处理的范围也为矩形，其长宽值分别为l₂和b₂，地基处理深度记为H，其中l₁、b₁、l₂、b₂、h、H(单位都为米)应满足：l₁+2h+4≥l₂≥l₁+2h+4，b₁+2h+4≥b₂≥b₁+2h+4；地基处理深度H≥h+2；在地基处理范围内按一定间距打设塑料排水板，排水板的滤径≥40μm；

(b)、对地基处理范围内进行抽真空，利用大气压对软弱土地基进行预压，使得地基土内水通过排水板排出，地基土固结压缩，当固结度和地基土强度达到设计标准时停止抽真空；

第二阶段，对真空预压处理后的地基土进行基坑开挖：

真空预压地基处理后，按设计尺寸进行基坑放坡开挖，放坡的坡率取1∶0.75-1∶1.5；对于开挖深度超过5米的多层地下室深基坑，放坡开挖难以满足要求，也可采用钻孔灌注桩结合内支撑、地下连续墙支护等支护形式进行基坑开挖；

在本发明之前，对大面积软弱土地基基坑开挖往往存在基坑开挖困难、基坑支护费用高昂、后期沉降大、施工工期较长等难题；本发明将深层高真空预压地基处理技术与放坡开挖技术有效的结合在一起，对于开挖深度超过5米的多层地下室深基坑，放坡开挖难以满足要求，也可采用钻孔灌注桩结合内支撑、地下连续墙支护等支护形式进行基坑开挖；

综合分析可知本发明具有以下优点：

1)利用真空预压地基处理后，软弱地基土发生沉降，沉降值≥50cm，这样基坑开挖时地基土开挖的土方量减少，同时也可减少基坑开挖软弱废弃土的处理，减少了工程造价；

2)相比于之前基坑开挖方法，本发明的基坑开挖方法可节约造价达40％以上，之前的基坑开挖造价按基坑支护周长确定，大约为1.5万元/m；而本发明的基坑开挖方法造价按软弱土地基处理面积计算，大约为350元/m²；

3)本发明方法保证了大型机械进场不再需铺设碎石垫层，减少了铺设碎石垫层的费用；

4)本发明方法解决了软弱土地基预应力管桩桩身倾斜无法应用等技术难题，与传统的灌注桩相比节约了造价；

5)本发明方法直接将地基处理和基坑开挖有效的结合在一起，简化了基坑开挖施工工序，节约施工工期；

附图说明：

图1——实施算例计算简图；

图2——真空预压地基处理示意图；

图3——真空预压地基处理排水板水平布置图；

图4——真空预压后地基土挡土墙受力示意图；

图5——真空预压地基处理后基坑放坡开挖示意图；

图中：1-塑料排水板；2-密封膜；3-抽真空设备；4-深厚软弱土地基；5-重力式挡土墙；6-真空预压处理后地基土；

具体实施方式一：

对某地软弱土地基进行基坑开挖，先进行真空预压地基处理，然后进行基坑开挖，开挖深度为4米，开挖采用放坡开挖。

所述真空预压地基处理方法为传统真空预压地基处理方法、真空密实法或超压真空密实法中任一种。排水板的插入深度比基坑开挖深度多3米以上，地基处理范围为基坑开挖范围外延宽度2米及以上，地基土顶部到排水板底部土的含水率均降低到50％以内后进行基坑开挖。

所用排水板滤膜可采用传统长纤热轧无纺布，排水板滤膜的滤径在40μm-55μm，塑料排水板搭接在滤水管周围并进行绑扎固定，通过真空泵与滤水管接通进行抽真空。

所述排水板也可采用防淤堵塑料排水板，排水板滤布孔径为40μm-320μm，根据不同土性调节孔径大小，此实例地基土强度低、含水率高、压缩性大，土颗粒较小，排水板滤布孔径选60μm；排水板呈六边形布置，排水板的间距为0.8-1.5米，同时在每个正六边形中心放置一透水增压管，各塑料排水板的顶端与真空管的连接采用手形或其它方式进行密闭连接；所述真空管为无孔管。

地基处理结束后进行基坑放坡开挖，采用的放坡坡率介于1∶1.5与1∶0.75之间，在放坡开挖时也可以同时采用坡体加筋或钢筋网喷射混凝土面层或打设土钉对坡体进行加固。

实施算例例1：

以温州沿海产业带吹填软弱土地基为例，基坑开挖深度为4m，放坡开挖坡率取1∶1，地基处理深度取8m，计算简图见图1，真空预压地基处理前地基土参数取：c＝2kPa，

γ＝14.6kN·m^-3，含水率ω＝97％，真空预压地基处理后强度取：c＝14kPa，

γ＝18kN·m^-3，含水率ω＝49％；

(1)抗滑稳定验算；

$K_c=\frac{\mathrm{Wf}-E_{x_2}}{E_{x_1}}\≥\left[K_c\right]$

式中：W——挡土墙自重，kN；

f——基础底面与地基土的摩擦系数；

——主动土压力的水平分力；

——被动土压力的水平分力；

E_x3——基坑开挖高度主动土压力的水平分力；

[K_c]——容许的抗滑稳定系数，一般取1.2-1.3；

又知：

$\sqrt{K_a}=\sqrt{0.7}=0.84;$

$\sqrt{K_p}=\sqrt{1.17}=1.08$

$h_0=\frac{2c}{\mathrm{\γ}\sqrt{K_a}}=\frac{2\×2}{14.6\×0.9}=0.3m$

验算1-1截面的抗滑移稳定性：

$E_{x3}=\frac{1}{2}(h-h_0)(\mathrm{\γh}{K}_a-2c\sqrt{K_a})=\frac{1}{2}\×(4-0.3)\×(14.6\×4\×0.7-2\×2\×0.8)=69.7\mathrm{kN}$

由公式： $K_c=\frac{W_{1}f}{E_{x3}}=\frac{\frac{1}{2}\mathrm{\γ}(b+b+h)\mathrm{hf}}{E_{x3}}=\frac{\frac{1}{2}\×18\×(2.5+2.5+4)\×4\×0.27}{69.7}=1.3\≥\left[K_c\right]$ 成立；

验算地基处理底面处的抗滑移稳定性：

$E_{x_1}=\frac{1}{2}(H-h_0)(\mathrm{\γH}{K}_a-2c\sqrt{K_a})=\frac{1}{2}\×(8-0.3)\×(14.6\×8\×0.7-2\×2\×0.8)=302\mathrm{kN}$

$E_{x2}=\frac{1}{2}(H-h)[\mathrm{\γ}(H-h)K_p+4c\sqrt{K_p}=]\frac{1}{2}\×(8-4)\×\left(\right[18\×(8-4)\×1.17+4\×14\×1.08\left]\right)=289.4\mathrm{kN}$

由公式： $K_c=\frac{\mathrm{Wf}+E_{x_2}}{E_{x_1}}=\frac{1008\×0.27+289.4}{302}=1.9\≥\left[K_c\right]$ 成立

(2)抗倾覆稳定性验算：

$K_0=\frac{\mathrm{\Σ}{M}_y}{\mathrm{\Σ}{M}_0}=\frac{({\mathrm{WZ}}_w+E_{x_2}{Z}_{x_2})}{E_{x_1}{Z}_{x_1}}\≥\left[K_0\right]$

∑M_y-稳定力对墙趾的稳定力矩，kN·m；

∑M₀-倾覆力系对墙趾的倾覆力矩，kN·m；

——分别为对墙趾的力臂，m；

[K₀]——容许的抗倾覆稳定系数，一般取1.2-1.5；

Z_w——墙重W对墙趾的力臂，m；

由公式 $K_0=\frac{\mathrm{\Σ}{M}_y}{\mathrm{\Σ}{M}_0}=\frac{({\mathrm{WZ}}_w+E_{x_2}{Z}_{x_2})}{E_{x_1}{Z}_{x_1}}=\frac{1008\×5.1+289.4\×2.17}{302\×2.57}=14.7\≥\left[K_0\right]$ 满足要求；

(3)墙身强度的验算

经分析可知1-1截面为危险截面，下面验算1-1截面的墙身强度：

由公式： ${\mathrm{\τ}}_1=\frac{E_{x_3}}{(b+h)}\≤\left[\mathrm{\τ}\right]$ 得： ${\mathrm{\τ}}_1=\frac{E_{x_3}}{(b+h)}=\frac{69.7}{(2.5+4)}=10.7\mathrm{kpa}\≤\left[\mathrm{\τ}\right]=19\mathrm{kpa}$ 满足要求。

具体实施方式二：

对另一地软弱土地基进行基坑开挖，先进行真空预压地基处理，然后进行基坑开挖，基坑开挖深度为6米，采用钻孔灌注桩结合内支撑、地下连续墙支护的支护形式进行基坑开挖。

所述真空预压地基处理方法为传统真空预压地基处理方法、真空密实法或超压真空密实法中任一种。排水板的插入深度比基坑开挖深度多5米以上，地基处理范围为基坑开挖范围外延宽度大于等于4米，地基土顶部到排水板底部土的含水率均降低到50％以内方可进行基坑开挖。

所用排水板滤膜可采用传统长纤热轧无纺布，排水板滤膜的滤径在40μm-55μm，塑料排水板搭接在滤水管周围并进行绑扎固定，通过真空泵与滤水管接通进行抽真空。

所述排水板也可采用防淤堵塑料排水板，排水板滤布孔径为40μm-320μm，根据不同土性调节孔径大小，此实例地基土强度较低、含水率高、压缩性大，土颗粒小，粘粒中夹杂着砂粒，排水板滤布孔径选50μm；排水板呈六边形布置，排水板的间距设计为0.8-1.5米，同时在每个正六边形中心放置一透水增压管，各塑料排水板的顶端与真空管的连接采用手形或其它方式进行密闭连接；所述真空管为无孔管。

地基处理结束后对基坑周围施工混凝土地下连续墙及内支撑，内支撑采用混凝土结构；然后进行基坑开挖至设计标高。

Claims (8)

1.一种软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于该方法的步骤为真空预压地基处理和基坑开挖联合使用，先进行真空预压地基处理，然后进行基坑开挖。

2.如权利要求1所述的软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于采用真空预压对软弱土地基进行处理并联合使用放坡开挖对基坑进行开挖；对于开挖深度超过5米的多层地下室深基坑，采用钻孔灌注桩结合内支撑、地下连续墙支护的支护形式进行基坑开挖。

3.如权利要求1所述的软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于所述真空预压地基处理方法为传统真空预压地基处理方法、真空密实法或超压真空密实法中任一种。

4.如权利要求1所述的软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于排水板的插入深度比基坑开挖深度多3米以上，地基处理范围为基坑开挖范围外延宽度大于等于2米，地基土顶部到排水板底部土的含水率均降低到50％以内方可进行基坑开挖。

5.如权利要求4所述的软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于所用排水板滤膜采用传统长纤热轧无纺布，排水板滤膜的滤径在40μm-55μm，塑料排水板搭接在滤水管周围并进行绑扎固定，通过真空泵与滤水管接通进行抽真空。

6.如权利要求4所述的软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于所述排水板采用防淤堵塑料排水板，排水板滤布孔径为40μm-320μm，根据不同土性调节孔径大小；各塑料排水板的顶端与真空管的连接采用手形或其它方式进行密闭连接；所述真空管为无孔管。

7.如权利要求4所述的软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于在软土地基内水平排布塑料排水板，且塑料排水板呈六边形布置，排水板的间距设计为0.8-1.5米，同时在每个正六边形中心放置一透水增压管，各塑料排水板的顶端与真空管的连接采用手形连接；所述真空管为无孔管。

8.如权利要求4所述的软弱土地基基坑开挖方法，其特征在于采用的放坡坡率介于1∶1.5与1∶0.75之间，在放坡开挖时也可以同时采用坡体加筋或钢筋网喷射混凝土面层或打设土钉对坡体进行加固。

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