CN106760620A - 一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，包括以下步骤：(1)收集既有建筑物的资料和原位地质勘测资料，确定增建地下空间的位置、范围和几何形状，完成拟建沉井的设计方案；(2)测量放线，在原位确定沉井施作位置；(3)将沉井施作位置外边缘外移设计距离，以满足沉井基坑放坡要求、支模板要求及抽承垫木要求，破除该区域内既有建筑物的室内地面；(4)依次施作各节沉井，直至沉井下沉至设计深度；(5)顺次进行沉井封底施作和沉井顶板施作，沉井内部作为增建地下空间。与现有技术相比，本发明具有安全可靠、施工便利、高效等优点。

Description

一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法

技术领域

本发明属于地下工程施工领域，具体涉及一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法。

背景技术

城市飞速发展，对地下空间开发利用的需求逐渐增加。但目前我国大部分城区的既有建筑物(民用建筑或工业建筑)限于建造时期的历史或技术原因，没有设置地下空间。如今人们生活对更多空间的需求提高，对地下车库、地下设备间等地下空间需求逐渐增加，而对既有建筑物拆除重建的成本较高；某些既有工业建筑由于生产条件的改变也需要增建地下空间。针对既有建筑物下增建地下空间的方法受到工程界越来越多的重视。

目前针对既有建筑物下增建地下空间的施工，较多采用的是桩基托换大开挖的方法，其基本步骤是：在既有建筑物外侧施作地下连续墙；对既有建筑物基础施作新的桩基进行托换，并施作基础连系梁；开挖基础下的地层直到设计位置；施作地下室底板和顶板，形成地下空间。

这种方法虽然适用性较广，但需要对既有基础进行托换，施工周期长，工程规模大，且施工中引发既有建筑物过大沉降的风险较高。

因此亟需研究一种不必进行基础托换的、可行的既有建筑物下增建地下空间的施工方法，以便在工期紧张和成本控制要求日益提高的情况下，快速，安全、经济地完成既有建筑物下增建地下空间的工作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全可靠，施工便利，高效的利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，包括以下步骤：

(1)收集既有建筑物的资料和原位地质勘测资料，确定增建地下空间的位置、范围和几何形状，完成拟建沉井的设计方案；

(2)测量放线，在原位确定沉井施作位置；

(3)将沉井施作位置外边缘外移设计距离，以满足沉井基坑放坡要求、支模板要求及抽承垫木要求，破除该区域内既有建筑物的室内地面；

(4)依次施作各节沉井，直至沉井下沉至设计深度；

(5)顺次进行沉井封底施作和沉井顶板施作，沉井内部作为增建地下空间，沉井顶板作为既有建筑物新的室内地面，从而完成既有建筑物下增建地下空间的施作。

作为优选的技术方案，所述的沉井采用现浇沉井或预制沉井，步骤(4)中各节沉井的施作包括以下步骤：

(a)开挖沉井基坑至基坑设计深度，基坑底面平面至少比沉井外周加宽一根承垫木长度以上；

(b)向沉井基坑中分层回填设计厚度的砂土，将其依层震实；

(c)在沉井的刃脚、隔墙及底梁下的设计位置处铺设承垫木，或按设计要求在沉井的刃脚下铺设承垫木，隔墙及底梁下筑砂堤或布置砖基础；

(d)对于现浇沉井，在承垫木上根据首节沉井设计尺寸架立模板，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼，布置相应构造措施，浇筑首节沉井并养护，待混凝土达到设计强度的至少70％后拆除模板，对于预制沉井，将预制的首节沉井节段运至设计位置，压在承垫木上；

(e)按设计要求，先抽除或掏空隔墙、底梁下的承垫木、砂堤或砖基础，然后抽除刃脚下的承垫木；

(f)按设计要求，采用包括排水挖土下沉、不排水挖土下沉或中心岛式下沉的方法进行沉井的下沉；

(g)下沉到位后，对于浇筑沉井，在首节沉井的基础上搭设第二节沉井模板，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼，使其与位于首节沉井接头处的钢筋连接，布置相应构造措施，浇筑第二节沉井并养护，待混凝土达到设计强度的至少70％后拆除模板，对于预制沉井，将预制的第二节沉井节段运至设计位置，压在首节沉井上，通过预埋件将第二节沉井与首节沉井连接；

(h)按设计要求，采用包括排水挖土下沉、不排水挖土下沉或中心岛式下沉的方法进行沉井的下沉；

(i)下沉到位后，依次进行后续各节沉井的施作，直至沉井下沉到设计深度。

作为优选的技术方案，施工过程中进行沉井基坑的排水工作，保证坑底高出施工期间可能出现的最高水位0.5m以上以及沉井内无积水。

作为优选的技术方案，所述的布置的相应构造措施包括射水管和排浆孔。

作为优选的技术方案，沉井下沉的过程中，若出现流砂、沉井突沉、沉井结构倾斜或位移过大时，应及时进行相应处理。

作为优选的技术方案，步骤(5)中所述的沉井封底可分为干封底和水下封底两种，对于干封底，凿毛井壁底部凹槽内和隔墙预留钢筋附近的混凝土，清理污泥，用砌块垫实刃脚斜面，置换触变泥浆，进行必要降排水工作，做好前期准备后，先铺一层碎石或砾石砂，整平形成碎石封底垫层或砾石砂封底垫层后，再沿井壁四周向中央一次浇筑素混凝土封底垫层并养护，当其强度达到设计强度的25％时，在其上绑扎沉井封底钢筋，然后浇筑沉井钢筋混凝土封底并养护，达到设计强度时，停止井点降水，完成沉井封底的施作；对于水下封底，进行水下清基，搭设施工平台，布置仓面，做好前期准备工作后，采用水下浇筑混凝土，养护至设计强度的75％时，抽除井内积水，封堵渗漏点，凿除水下混凝土的松软部分并找平，在其上绑扎沉井封底钢筋，然后浇筑沉井钢筋混凝土封底并养护，完成沉井封底的施作。

作为优选的技术方案，所述的沉井顶板采用现浇沉井顶板或预制沉井顶板，对于现浇沉井顶板，步骤(5)中所述的沉井顶板施作包括以下步骤：根据设计要求架立沉井顶板混凝土模板，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计要求绑扎钢筋笼，布置相应构造措施，并与位于沉井顶部节段的预留钢筋连接，浇筑沉井顶板并养护至设计强度，完成沉井顶板的施作；对于预制沉井顶板，步骤(5)中所述的沉井顶板施作包括以下步骤：将预制沉井顶板运至设计位置，平稳压在沉井顶部，通过预埋件将沉井顶板与沉井井壁连接，完成沉井顶板的施作。

作为优选的技术方案，原位确定施作位置后，各施工步骤均配置施工监测，若监测值超出规范要求，采取相应的控制措施，所述的施工监测包括采用测量仪器对既有建筑物上部结构中重要的柱、梁和板进行的实时变形监测以及沉井结构内力的监测、地下水位的监测、沉井底部及周边土体变形的监测、周边建筑变形的监测、周边管线及设施变形的监测和周边重要道路变形的监测。

作为优选的技术方案，沉井下沉的过程中通过采用包括触变泥浆套、空气幕或高压射水方式的助沉措施及采用包括井外射水、井外充气或偏心压重方式的纠偏措施进行沉井的助沉和纠偏。

作为优选的技术方案，沉井下沉的过程中，通过采用对沉井外壁地层注浆的方法加固周围地层，降低对既有建筑物基础的扰动。

作为优选的技术方案，该施工方法还包括在井壁上设置预留孔洞的步骤，所述的预留孔洞作为增建地下空间与外界的出入口。

作为优选的技术方案，所述的既有建筑物的资料包括既有建筑物的基础形式、基础埋深、基础平面尺寸及上部结构现状，所述的原位地质勘测资料包括土层参数及地下水位。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用沉井的形式直接在既有建筑物内建造地下空间，借助井壁对周围地层形成支撑，降低了施工过程对原有基础的扰动。

(2)本发明利用沉井结构自身的整体性和稳定性，沉井结构既充当地下室基础，又充当地下室围护结构，能够有效阻挡外侧水土压力，出土量小，对周围土体产生扰动可忽略不计，可以避免对原有建筑物的条形基础或独立桩基进行托换，加快了施工进度。

(3)可以根据现场条件选择构件预制拼装而成的沉井结构，有望进一步加快施工速度。

附图说明

图1为既有建筑物初始状态剖面图；

图2为既有建筑物监测布置示意图；

图3为破除既有建筑物室内地面示意图；

图4为开挖沉井基坑示意图；

图5为布置砂垫层、承垫木等辅助措施示意图；

图6为首节沉井结构主体施工示意图；

图7为沉井下沉准备工作示意图；

图8为沉井挖土下沉施工示意图；

图9为沉井接高准备工作示意图；

图10为沉井接高示意图；

图11为沉井封底施工示意图；

图12为沉井顶板施工示意图。

图中，1为既有建筑物，2为既有建筑物基础，3为既有建筑物室内地面，4为拟建地下空间区域，5为测量仪器，6为砂垫层，7为承垫木，8为沉井井壁，9为模板，10为钢筋笼，11为碎石封底垫层，12为素混凝土封底垫层，13为沉井钢筋混凝土封底，14为沉井顶板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，如图1～12所示，包括以下步骤：

(1)收集既有建筑物1的资料和原位地质勘测资料，确定增建地下空间的位置、范围和几何形状，完成拟建沉井的设计方案；

(2)测量放线，在原位确定沉井施作位置；

(3)将沉井施作位置外边缘外移设计距离，以满足沉井基坑放坡要求、支模板要求及抽承垫木要求，破除该区域内既有建筑物室内地面3；

(4)依次施作各节沉井，直至沉井下沉至设计深度；

(5)顺次进行沉井封底施作和沉井顶板14施作，沉井内部作为增建地下空间，沉井顶板14作为既有建筑物1新的室内地面，从而完成既有建筑物下增建地下空间的施作。

具体地讲，包括以下步骤：

步骤一，收集既有建筑物的资料(包括基础形式、基础埋深、基础平面尺寸、上部结构现状等)以及原位地质勘测资料(包括土层参数、地下水位等)；

步骤二，根据使用需求确定需增建地下空间的位置、范围和几何形状，拟建地下空间区域4见图1；

步骤三，根据步骤一、步骤二收集到的资料，完成拟建沉井的结构设计；

步骤四，根据设计方案，利用全站仪等测量仪器5测量放线，在原位确定沉井施作位置；

步骤五，如图2所示，利用全站仪等测量仪器5开始对既有建筑物上部结构中重要的柱、梁和板进行实时变形监测，做好对沉井结构内力的监测、地下水位的监测、沉井底部及周边土体变形的监测、周边建筑变形的监测、周边管线及设施变形的监测、周边重要道路变形的监测等监测工作，此后所有步骤中，施工监测均需配置，若监测值超出规范要求，则应采取相应控制措施；

步骤六，如图3所示，将确定好的沉井施作位置外边缘外移设计距离，以满足沉井基坑放坡要求、支模板要求及抽承垫木要求，利用冲击钻、切割机等工具破除该区域内既有建筑物室内地面3；

步骤七，如图4所示，开挖沉井基坑至沉井基坑设计深度，要求基坑底面平面至少比沉井外周加宽一根承垫木长度以上；

步骤八，做好沉井基坑降排水工作，保证坑底高出施工期间可能出现的最高水位0.5m以上以及沉井基坑内无积水；

步骤九，如图5所示，向沉井基坑中分层回填设计厚度的砂土，将其依层震实，形成砂垫层6；

步骤十，在刃脚、隔墙及底梁下设计位置铺设承垫木7，或按设计在刃脚下铺设承垫木7，隔墙及底梁下筑砂堤或布置砖基础；

步骤十一，如图6所示，沉井采用现浇沉井或预制沉井，对于现浇沉井，在承垫木7上根据首节沉井设计尺寸架立模板9，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼10，布置相应构造措施(如射水管及排浆孔等)；对于预制沉井，将预制好的沉井节段运至设计位置，平稳压在承垫木7上；

步骤十二，如图7所示，对于现浇沉井，浇筑首节沉井并养护，待混凝土达到设计强度的至少70％后拆除模板9；对于预制沉井，直接进行步骤十三；

步骤十三，按设计要求，先抽除或掏空隔墙、底梁下的承垫木7、砂堤或砖基础，然后抽除刃脚下的承垫木7，如遇特殊情况应于设计单位协商，抽除承垫木7时应对沉井刃脚的标高进行监测，若超出设计要求，则应采取相应控制措施；

步骤十四，如图8所示，按设计要求，采用井点降水等措施进行人工降水，通过人工、小型机械或小型水力机械等方式，按照设计步骤及相应注意事项，首节沉井排水挖土下沉；亦或根据设计要求，采用不排水挖土下沉或中心岛式下沉；必要时可采用触变泥浆套、空气幕、高压射水及其他辅助措施助沉；

步骤十五，如在步骤十四中出现流砂、沉井突沉、沉井结构倾斜或位移过大，则应及时对其进行处理，例如可通过井外射水或充气的方法进行沉井纠偏等，若未出现本步骤出现的情况，直接进行步骤十六；

步骤十六，首节沉井下沉至设计深度后，对于现浇沉井，在首节沉井的基础上搭设第二节沉井的模板9，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼10，使其与首节沉井接头处的钢筋可靠连接，布置相应构造措施(如射水管及排浆孔等)；对于预制沉井，将预制好的第二节沉井节段运至设计位置，平稳压在首节沉井上；

步骤十七，对于现浇沉井，浇筑第二节沉井并养护，待混凝土达到设计强度的至少70％后拆除模板9；对于预制沉井，将上下两节沉井通过预埋件可靠连接；

步骤十八，按设计要求，采用井点降水等措施进行人工降水，通过人工、小型机械或小型水力机械等方式，按照设计步骤及相应注意事项，沉井排水挖土下沉；亦或根据设计要求，采用不排水挖土下沉或中心岛式下沉；必要时可采用触变泥浆套、空气幕、高压射水及其他辅助措施助沉；

步骤十九，如在步骤十八中出现流砂、沉井突沉、沉井结构倾斜或位移过大，则应及时对其进行处理，例如可通过井外射水或偏心压重的方法进行沉井纠偏，若未出现本步骤出现的情况，直接进行步骤二十；

步骤二十，如图9所示，上一节沉井下沉至设计深度后，对于现浇沉井，在上一节沉井的基础上搭设下一节沉井的模板9，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼10，使其与上一节沉井接头处的钢筋可靠连接，布置相应构造措施(如射水管及排浆孔等)；对于预制沉井，将预制好的下一节沉井节段运至设计位置，平稳压在上一节沉井上；

步骤二十一，如图10所示，对于现浇沉井，浇筑下一节沉井并养护，待混凝土达到设计强度的至少70％后拆除模板9；对于预制沉井，将上下两节沉井通过预埋件可靠连接；

步骤二十二，重复步骤十八到步骤二十一，直至沉井下沉到设计深度，以上步骤均需做好沉井下沉的监测工作；

步骤二十三，如图11，进行沉井封底施作，沉井封底可分为干封底和水下封底两种，对于干封底，凿毛井壁底部凹槽内和隔墙预留钢筋附近的混凝土，清理污泥，用砌块等垫实刃脚斜面，置换触变泥浆，进行必要降排水工作，做好前期准备后，先铺一层碎石或砾石砂，整平形成碎石封底垫层11或砾石砂封底垫层后(本实施例为碎石封底垫层11)，再沿井壁四周向中央一次浇筑素混凝土封底垫层12并养护，当其强度达到设计强度的25％时，在其上绑扎沉井封底钢筋，然后浇筑沉井钢筋混凝土封底13并养护，达到设计强度时，方可停止井点降水；对于水下封底，进行水下清基，搭设施工平台，布置仓面，做好前期准备工作后，采用水下浇筑混凝土，养护至设计强度的75％时，抽除井内积水，封堵渗漏点，凿除水下混凝土的松软部分并找平，在其上绑扎底板钢筋，然后浇筑沉井钢筋混凝土封底13并养护；

步骤二十四，如图12，沉井顶板14采用现浇沉井顶板或预制沉井顶板，对于现浇沉井顶板，根据设计架立沉井顶板混凝土模板，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼10，布置相应构造措施，并与沉井顶部节段的预留钢筋可靠连接，浇筑沉井顶板并养护至设计强度；对于预制沉井顶板，将预制好的沉井顶板14运至设计位置，平稳压在沉井顶部，将沉井顶板14与沉井井壁8通过预埋件可靠连接，结构主体施工完成。

后期根据需要可进一步在沉井内部施作楼梯等连通设施；也可根据需要增建沉井内部与建筑物外部的出入口通道。

本发明采用沉井的形式直接在既有建筑物1内建造地下空间，借助井壁对周围地层形成支撑，降低了施工过程对既有建筑物基础2的扰动。

以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本领域技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明构思出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析，推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在有权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)收集既有建筑物的资料和原位地质勘测资料，确定增建地下空间的位置、范围和几何形状，完成拟建沉井的设计方案；

(2)测量放线，在原位确定沉井施作位置；

(3)将沉井施作位置外边缘外移设计距离，以满足沉井基坑放坡要求、支模板要求及抽承垫木要求，破除该区域内既有建筑物的室内地面；

(4)依次施作各节沉井，直至沉井下沉至设计深度；

(5)顺次进行沉井封底施作和沉井顶板施作，沉井内部作为增建地下空间，沉井顶板作为既有建筑物新的室内地面，从而完成既有建筑物下增建地下空间的施作。

2.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，所述的沉井采用现浇沉井或预制沉井，步骤(4)中各节沉井的施作包括以下步骤：

(a)开挖沉井基坑至基坑设计深度，基坑底面平面至少比沉井外周加宽一根承垫木长度以上；

(b)向沉井基坑中分层回填设计厚度的砂土，将其依层震实；

(c)在沉井的刃脚、隔墙及底梁下的设计位置处铺设承垫木，或按设计要求在沉井的刃脚下铺设承垫木，隔墙及底梁下筑砂堤或布置砖基础；

(d)对于现浇沉井，在承垫木上根据首节沉井设计尺寸架立模板，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼，布置相应构造措施，浇筑首节沉井并养护，待混凝土达到设计强度的至少70％后拆除模板，对于预制沉井，将预制的首节沉井节段运至设计位置，压在承垫木上；

(e)按设计要求，先抽除或掏空隔墙、底梁下的承垫木、砂堤或砖基础，然后抽除刃脚下的承垫木；

(f)按设计要求，采用包括排水挖土下沉、不排水挖土下沉或中心岛式下沉的方法进行沉井的下沉；

(g)下沉到位后，对于浇筑沉井，在首节沉井的基础上搭设第二节沉井模板，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计绑扎钢筋笼，使其与位于首节沉井接头处的钢筋连接，布置相应构造措施，浇筑第二节沉井并养护，待混凝土达到设计强度的至少70％后拆除模板，对于预制沉井，将预制的第二节沉井节段运至设计位置，压在首节沉井上，通过预埋件将第二节沉井与首节沉井连接；

(h)按设计要求，采用包括排水挖土下沉、不排水挖土下沉或中心岛式下沉的方法进行沉井的下沉；

(i)下沉到位后，依次进行后续各节沉井的施作，直至沉井下沉到设计深度。

3.根据权利要求2所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，施工过程中进行沉井基坑的排水工作，保证坑底高出施工期间可能出现的最高水位0.5m以上以及沉井内无积水。

4.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，步骤(5)中所述的沉井封底可分为干封底和水下封底两种，对于干封底，凿毛井壁底部凹槽内和隔墙预留钢筋附近的混凝土，清理污泥，用砌块垫实刃脚斜面，置换触变泥浆，进行必要降排水工作，做好前期准备后，先铺一层碎石或砾石砂，整平形成碎石封底垫层或砾石砂封底垫层后，再沿井壁四周向中央一次浇筑素混凝土封底垫层并养护，当其强度达到设计强度的25％时，在其上绑扎沉井封底钢筋，然后浇筑沉井钢筋混凝土封底并养护，达到设计强度时，停止井点降水，完成沉井封底的施作；对于水下封底，进行水下清基，搭设施工平台，布置仓面，做好前期准备工作后，采用水下浇筑混凝土，养护至设计强度的75％时，抽除井内积水，封堵渗漏点，凿除水下混凝土的松软部分并找平，在其上绑扎沉井封底钢筋，然后浇筑沉井钢筋混凝土封底并养护，完成沉井封底的施作。

5.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，所述的沉井顶板采用现浇沉井顶板或预制沉井顶板，对于现浇沉井顶板，步骤(5)中所述的沉井顶板施作包括以下步骤：根据设计要求架立沉井顶板混凝土模板，同时拌制与之相应的混凝土，根据设计要求绑扎钢筋笼，布置相应构造措施，并与位于沉井顶部节段的预留钢筋连接，浇筑沉井顶板并养护至设计强度，完成沉井顶板的施作；对于预制沉井顶板，步骤(5)中所述的沉井顶板施作包括以下步骤：将预制沉井顶板运至设计位置，平稳压在沉井顶部，通过预埋件将沉井顶板与沉井井壁连接，完成沉井顶板的施作。

6.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，原位确定施作位置后，各施工步骤均配置施工监测，若监测值超出规范要求，采取相应的控制措施，所述的施工监测包括采用测量仪器对既有建筑物上部结构中重要的柱、梁和板进行的实时变形监测以及沉井结构内力的监测、地下水位的监测、沉井底部及周边土体变形的监测、周边建筑变形的监测、周边管线及设施变形的监测和周边重要道路变形的监测。

7.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，沉井下沉的过程中通过采用包括触变泥浆套、空气幕或高压射水方式的助沉措施及采用包括井外射水、井外充气或偏心压重方式的纠偏措施进行沉井的助沉和纠偏。

8.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，沉井下沉的过程中，通过采用对沉井外壁地层注浆的方法加固周围地层，降低对既有建筑物基础的扰动。

9.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，该施工方法还包括在井壁上设置预留孔洞的步骤，所述的预留孔洞作为增建地下空间与外界的出入口。

10.根据权利要求1所述的一种利用沉井在既有建筑物下增建地下空间的施工方法，其特征在于，所述的既有建筑物的资料包括既有建筑物的基础形式、基础埋深、基础平面尺寸及上部结构现状，所述的原位地质勘测资料包括土层参数及地下水位。