CN108824445A - 一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法 - Google Patents

一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法 Download PDF

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辛达帆
郭健
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    • E02D17/02Foundation pits
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D23/00Caissons; Construction or placing of caissons
    • E02D23/08Lowering or sinking caissons

Abstract

本发明提供了一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,属于地下工程施工技术领域,它包括以下步骤:步骤一、沉井外围围挡结构制作:根据沉井外围平面尺寸,对应外扩尺寸,制作沉井的围挡结构;步骤二、围挡结构内地面制作沉井:铺设砂垫层,安装垫块,制作模板,绑扎钢筋,现浇混凝土,制作沉井结构;步骤三、沉井下沉:开挖沉井内土体,沉井开始下沉,然后清洗围挡结构与井壁之间的窄槽土体并充填泥浆;步骤四、沉井下沉完成:沉井下沉就位,沉井封底,回填窄槽,施做沉井内部结构。本发明对围护结构外围的土体扰动影响小,减少了围护结构外围的地面沉降。本发明具有施工风险小,工程造价低,施工速度快等优势。

Description

一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法
技术领域
[0001]本发明涉及一种地下工程施工技术领域,主要是涉及一种具有围挡式泥浆平衡功 能围护结构的基坑施工工法。
背景技术
[0002]沉井是水中施工常用的一种施工工艺。在桥梁基础施工中居多,有方形、圆形、椭 圆形等形式,施工时提前浇筑首节,凝固后掏空下方,混凝土结构开始下沉,随后继续浇筑 上方,完成后再掏空,依次循环,直至开挖到基础底部,由壁、隔墙、支撑组成。
[0003] 沉井的主要构造包括:
[0004] 1 •井壁:沉井的外壁,是沉井的主要部分,它应有足够的强度,以便承受沉井下沉 过程中及使用时作用的荷载;同时还要求有足够的重量,使沉井在自重作用下能顺利下沉。 [0005] 2 •刃脚:井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”,其功用是减少下沉阻力。
[0006] 3•隔墙:设置在沉井井筒内,其主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度,同时, 又把整个沉井分隔成多个施工井孔(取土井),使挖土和下沉可以较均衡地进行,也便于沉 井偏斜时的纠偏。
[0007] 4•凹槽:设置在刃脚上方井壁内侧,其作用时使封底混凝土和底板与井壁间有更 好的联结,以传递基底反力。
[0008] 5.封底:当沉井下沉到设计标高,经过技术检验并对井底清理整平后,即可封底, 以防止地下水渗入井内。
[0009] 6 •顶盖:井顶浇筑钢筋混凝土顶盖,待顶盖达到设计强度后方可砌筑墩、台。
[0010] 但是,在沉井下沉的过程中,沉井遇到的下沉阻力逐渐增大导致沉井下沉的难度 增加,进而使得施工周期延长,施工成本增加,对周围环境产生较大的影响。同时,随着沉井 下沉的深度增加,施工中易发生流砂等不利情况从而会导致周围地面沉降过大,同时如果 沉井下沉过程中遇到障碍物或者井底岩层表面倾斜过大,会加大施工的难度,对施工进度 产生严重的影响。
发明内容
[0011] 本发明的目的是针对背景技术中提及的现有沉井施工方法存在的下沉难度大,施 工周期长,对周围环境扰动大,易产生流砂等不利情况的技术难点,提供一种具有围挡式泥 浆平衡功能围护结构的基坑施工工法。通过增加的围挡结构,使得围挡结构与沉井结构之 间形成一个窄槽,应用能浆平衡的原理,在沉井下沉过程中,窄槽内也进行清洗泥土并充填 泥浆,窄槽内泥浆可以平衡外围的水土压力,同时减少沉井下沉的摩擦阻力,使得具有围挡 式泥浆平衡功能围护结构的新型沉井施工工法对周边环境影响小,风险小,造价低,速度 快,具有较大的优势与经济效益。
[0012] 技术方案
[0013] 为了实现上述技术目的,本发明提供了一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的 基坑施工工法,其特征在于:
[0014] 它包括以下步骤:
[0015]步骤一、沉井外围围挡结构制作:根据沉井外围平面尺寸,对应外扩尺寸,制作沉 井的围挡结构。
[0016]步骤二、围挡结构内地面制作沉井:
[0017]铺设砂垫层,安装垫块;制作模板,绑扎钢筋,现浇混凝土,制作沉井结构;
[0018]步骤二、沉井下沉:将沉井结构放置于沉井指定的下沉位置,开挖沉井内的土体, 沉井开始下沉,然后开挖围挡结构与井壁之间的窄槽土体并充填泥浆;
[0019]步骤四、沉井下沉完成:沉井下沉就位,沉井封底,回填窄槽,施做沉井内部结构。 [0020]优选地,所述步骤一中的围挡结构可采用搅拌土插型钢或TRD工法的方法,或采用 钢筋混凝土制作方法制作一圈围护结构。
[0021]优选地,所述步骤一中的围挡结构深度大于沉井的设计底部标高;
[0022]优选地,所述步骤一中的围挡结构顶部高于地面标高。
[0023]优选地,所述步骤一中的围挡结构的壁厚,在600〜800mm之间,所述步骤三中的围 挡结构和井壁之间的窄槽的宽度在300〜600mm之间。
[0024]优选地,所述步骤四中的沉井就位后沉井封底采用水下浇筑混凝土封底和底板浇 筑。
[0025]优选地,当沉井施工为多节沉井结构时,当每节沉井结构下沉到指定位置时,重复 步骤^和步骤二。
[0026]优选地,所述步骤二中的沉井结构的井壁外侧设置有调位装置。
[0027]进一步,所述步骤二中沉井结构的井壁外侧的调位装置包括调位槽钢和滑轮。 [0028] 有益效果
[0029]本发明提供的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,通过在沉 井的外围添加围挡结构,改进了传统的沉井施工方法存在的影响环境、施工难度大的技术 缺陷,使得新型沉井施工方法对周边环境影响小,风险小,造价低,速度快,具有较大的优势 与经济效益。
附图说明
[0030] 附图1本发明实施的下沉前准备结构示意图;
[0031] 附图2本发明实施的沉井下沉结构示意图;
[0032]附图3首节井段开挖下沉至预定深度示意图;
[0033]附图4前一节沉井段与后一节沉井段拼装示意图;
[0034]附图5沉井拼接后下沉剖面示意图;
[0035]附图6沉井完成后剖面示意图;
[0036]附图7配备泥浆护壁功能的沉井施工俯视图;
[0037]附图8沉井调位设备局部放大图;
[0038] 附图9调位槽钢正视图;
[0039]附图10调位槽钢剖视图;
[0040]图中:1:刃脚,2:凹槽,3:内隔墙,4:井壁,5:垫块,6:砂垫层,7.围挡结构,8:泥浆, 9:开挖机械,10:沉井内液面高度,11:沉井内液面高度,12:第二节沉井结构,13:底板,14: 中板,15:顶板,16:回填窄槽,17:混凝土封底,1S:调位装置,19:调位装置保护结构,20:滑 轮,21:调位槽钢,22:滑轮轴线。
具体实施方式
[0041]下面结合附图和实施例,对本发明做进一步说明。
[0042] 实施例一
[0043] 如附图1和附图2所示,一种具有围挡式泥浆平衡围护结构的基坑施工方法,它包 括下列步骤:
[0044]步骤一、沉井外围围挡结构制作:根据沉井外围平面尺寸,对应外扩尺寸,制作沉 井的围挡结构。
[0045] 步骤二、围挡结构内地面制作沉井:
[0046]铺设砂垫层,安装垫块;制作模板,绑扎钢筋,现浇混凝土,制作沉井结构;
[0047]步骤三、沉井下沉:将沉井结构放置于沉井指定的下沉位置,开挖沉井内的土体, 沉井开始下沉,然后开挖围挡结构与井壁之间的窄槽土体并充填泥浆;
[0048]步骤四、沉井下沉完成:沉井下沉就位,沉井封底,回填窄槽,施做沉井内部结构。 [0049] 本实施例中,步骤一与步骤二的顺序可以互换,并无先后之必须要求。
[0050]本实施例中,预制沉井结构,沉井结构包括井壁4和内隔墙3,井壁4上有刃脚1和凹 槽2,井壁4的下端为刃脚1结构,凹槽2位于刃脚1结构的上部。
[0051 ]本实施例的围挡结构制作的步骤一中,围挡结构7的尺寸应以略大于沉井结构为 宜,围挡结构7应该大于沉井结构的直径,能够将整个沉井结构包括其中,沉井结构与对应 位置的围挡结构7的距离应保持一致。围挡结构7的尺寸不可过大,否则会徒增施工量,提高 施工成本,不利于施工效率的提高。
[0052]本实施例中,在地面制作沉井结构时,刃脚1下放置垫木块5,垫木块下设置砂垫层 6,增大沉井的刃脚1与地面的接触面积,降低了接触面的压强以提高土体对沉井的承载能 力及沉井制作及下沉时的稳定性。
[0053]沉井下沉前,需要在预定的沉井下沉的地点为中心的四周施做一圈围挡结构7,该 围挡结构7完全包围沉井的下沉地点,围挡结构7与井壁4之间保持适当的间距,形成窄槽。 [0054]围挡结构7可以采用钢套筒、地下连续墙、SMW工法或TRD工法施做。围挡结构7也可 以在预制沉井结构前开始施工,只要保证在沉井开始下沉前围挡结构7已经完工即可。具体 可根据工程实践实施状况和施工安排来调整搭建围挡结构7的时间。
[0055]围挡结构7的内侧面与沉井井壁4外侧面可保持适当的平整光滑,并且通过降低窄 槽内泥浆8的浓度以减小沉井下沉时井壁4可能受到的相应的侧壁摩擦阻力,使得沉井下沉 时遇到困难易于处理。
[0056]沉井下沉前,要先开挖沉井下沉位置的的土体,然后再开挖窄槽内的土体,窄槽开 挖的深度应当始终保持浅于沉井下沉的深度。
[0057]本实施例中,沉井结构刚开始下沉时,可以采用排水施工的方法,先将沉井结构内 的全部水体排出,然后使用开挖机械9挖掘沉井内的土体。待沉井内的土体挖掘至一定深度 时,开始挖掘窄槽内的土体,始终保持沉井内的挖掘深度要深于窄槽内挖掘的深度。
[0058]沉井结构的下沉主要是因为开挖机械9从沉井井壁4内部取土,使得沉井井壁4的 下端呈现中空或者半中空状态,同时由于刃脚1呈尖锐状的特殊结构,沉井结构的重力集中 于刃脚1,使得刃脚1在克服与窄槽的摩擦阻力后,沉井机构下方的呈中空的剩土不足以支 撑整个沉井结构,因此沉井结构随着开挖机械9的不断取土而依靠沉井自重下沉。沉井下沉 初期下沉深度较浅,井壁4摩擦阻力小,可采用开挖机械9在井内抓土下沉,待后期沉井结构 由于下沉深度较大,由于泥浆8对沉井结构存在的一定的上浮力的情况下,使得沉井结构的 重力形成的下沉压力受到一定的减弱,下沉系数较小,可采取助沉方式辅助下沉。下沉到位 后采用混凝土封底。
[0059] 本实施例中,在沉井下沉过程中,该窄槽内采用泥浆8平衡围挡结构7外侧的水土 压力。窄槽内的泥土采用搅拌喷浆置换方法取土,通过窄槽内的泥浆8液面高度平衡水土压 力。窄槽的泥浆8深度随着沉井下沉的深度增加而增加,并不断置换槽内的泥土,保持低于 沉井的深度即可。与背景技术中提到的现有沉井施工技术相比,围挡结构7可明显减小沉井 下沉过程中对外部周围环境的影响。窄槽内的泥浆8也可减小沉井下沉时的井壁外侧摩擦 阻力,提高沉井下沉速度并便于控制下沉精度。
[0060] 本实施例中,围挡结构7深度略大于沉井的设计底部的深度。当围挡结构7的深度 小于沉井的设计底部的深度时,窄槽内的泥浆8将存在着与围挡结构7外的水体流通的风 险,从而使得围挡结构7隔离水体的功能失效,达不到平衡围挡结构7外侧水土压力,减小对 周边地表沉降影响的效果。因此,围挡结构7深度略大于沉井的设计底部的深度。
[0061] 本实施例中,围挡结构7顶部标高可略高于地面标高。围挡结构7起到隔绝水体与 沉井井壁4的功能,窄槽内的泥浆平衡围挡结构外的水土压力,控制外围地面的沉降。
[0062] 本实施例中,围挡结构7的壁厚,可在600〜800mm之间为宜。一般情况下的沉井施 工,围挡结构7的壁厚在6〇0〜SOOmm之间足以承受其外部水体可能达到的水土压力,为减小 施工成本和施工难度,围挡结构7可维持在600〜800_之间。沉井体积大、下沉深的工程,围 挡结构7应取大值。
[0063]本实施例中,围挡结构7和井壁4之间的窄槽的宽度在300〜600mm之间为宜。沉井 体积大、下沉深的工程,围挡结构7和井壁4之间的窄槽的宽度应取大值。
[0064]如图1所示,本实施例中,沉井内施做内隔墙3方便后续开展分区块挖土等工作。沉 井井壁4内部有内隔墙3,将井壁4内侧分为多个区块。沉井下沉施工时,开挖机械9可以在井 壁4内部采取分区块进行挖土,如此降低了开挖机械9的施工面积,减小了施工难度。
[0065] 实施例二
[0066]如附图4所示,若沉井结构为多节,待第一节沉井结构沉入预定深度后,在其上采 用现场制作方法施做第二节沉井段,或者将预制的第二节沉井结构连接与第一节沉井,并 保证两节沉井连接处可靠牢固。开挖沉井内土体,沉井继续下沉。继续开挖围挡结构7与井 壁4之间的窄槽并充填泥浆8,始终保持窄槽内的泥浆8深度低于沉井下沉的深度。依次类推 施做多节沉井结构。待沉井最终下沉就位,进行沉井封底,并回填窄槽,然后开始施做沉井 内部结构。
[0067]本实施例中,当沉井下沉到达设计标高后,进行水下混凝土封底并依次浇筑底板, 中板及顶板,施做井内地下结构。外侧泥浆8槽壁进行回填至与地面高度平行。
[0068] 实施例三 」如附图7、图8、图9所示,沉井井壁4外侧有调位装置18,调位装置18外侧有调位装 置保护结构19。
[0070]如附图8所示,本实施例中,调位装置1S由调位槽钢m和滑轮2〇组成。滑轮2〇的轴 心固定于调位槽钢21的内部,调位槽钢^在沉井下沉过程中起到纠偏作用,滑轮2〇也起到 辅助沉井调位功能。当沉井结构为多节时,每一节沉井井壁4上的滑轮20的轴线为水平,滑 轮20的轴心竖直分布于同一直线上。沉井内取土,沉井内侧壁摩擦力减少,重力作用下沉井 下沉。沉井下沉是一个不断摆的下沉过程,槽钢和滑轮主要作用:沉井下沉过程中,槽钢滑 轮能控制沉井下沉的导向,防止沉井出现过大的偏斜和平面位移。窄槽内取土后灌入的泥 浆和槽钢滑轮可以动态的调整沉井外壁的摩擦阻力;可以动态的纠正沉井下沉过程中出现 的倾斜。
[0071]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明, 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换, 凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的 保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特征在于: 它包括以下步骤: 步骤一、沉井外围围挡结构制作:根据沉井外围平面尺寸,对应外扩尺寸,制作沉井的 围挡结构。 步骤二、围挡结构内地面制作沉井:铺设砂垫层,安装垫块;制作模板,绑扎钢筋,现浇 混凝土,制作沉井结构; 步骤三、沉井下沉:将沉井结构放置于沉井指定的下沉位置,开挖沉井内的土体,沉井 开始下沉,然后开挖围挡结构与井壁之间的窄槽土体并充填泥浆; 步骤四、沉井下沉完成:沉井下沉就位,沉井封底,回填窄槽,施做沉井内部结构。
2. 如权利要求1所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,所述步骤一中的围挡结构可采用搅拌土插型钢、地下连续墙、SMff工法或TRD工法的 方法,或采用钢筋混凝土制作方法制作围挡结构。
3. 如权利要求1所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,所述步骤一中的围挡结构的深度大于所属步骤四中的沉井的设计底部标高。
4. 如权利要求1所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,所述步骤一中的围挡结构的顶部高于地面标高。
5. 如权利要求1所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,所述步骤一中的围挡结构的厚度在600〜800mm之间,所述步骤三中围挡结构和所 述沉井井壁之间的窄槽的宽度在300〜600mm之间。
6. 如权利要求1所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,所述步骤四中的沉井就位后沉井封底采用水下浇筑混凝土封底和底板浇筑。
7. 如权利要求1所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,当沉井施工为多节沉井结构时,当每节沉井结构下沉到指定位置时,重复步骤二和 步骤三。
8. 如权利要求1所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,所述步骤二中的沉井结构的井壁外侧设置有调位装置。
9. 如权利要求8所述的一种具有围挡式泥浆平衡功能围护结构的基坑施工工法,其特 征在于,所述步骤二中沉井结构的井壁外侧的调位装置包括调位槽钢和滑轮。
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