CN109723065B - 加固装置及富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种加固装置及富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法。其中，加固装置包括若干根混凝土灌注桩及未封闭的地下连续墙，每根所述混凝土灌注桩的长度均大于基坑的深度；每根所述混凝土灌注桩内设置有钢筋；所述地下连续墙的未封闭侧设有工字钢，所述地下连续墙设置在基坑的侧墙外侧；相邻的两个混凝土灌注桩之间以及混凝土灌注桩与工字钢之间均设置有钢格栅，所述钢格栅位于基坑底部上方。

Description

加固装置及富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法

技术领域

本公开属于市政工程施工技术领域，尤其涉及一种加固装置及富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在城市轨道交通明挖车站及附属设施深基坑开挖施工、地下空间综合开发等市政工程施工中，常常遇到各种管线难以迁改的问题，一般采用原地保护措施。

发明人发现，在某些特定环境条件下，原地保护的管线还会影响的深基坑的开挖施工或地下构筑物的结构施工，这样给深基坑开挖施工的围护结构施工困难，尤其是在富水的砂砾地层中，围护结构不能封闭或围护结构难以满足深基坑开挖条件，形成了深基坑开挖施工的重大风险。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的第一方面提供了一种加固装置，其能够提高深基坑在开挖过程中施工的稳定性。

本公开的第一方面的一种加固装置的技术方案为：

一种加固装置，包括：

若干根混凝土灌注桩及未封闭的地下连续墙，每根所述混凝土灌注桩的长度均大于基坑的深度；每根所述混凝土灌注桩内设置有钢筋；

所述地下连续墙的未封闭侧设有工字钢，所述地下连续墙设置在基坑的侧墙外侧；

相邻的两个混凝土灌注桩之间以及混凝土灌注桩与工字钢之间均设置有钢格栅，所述钢格栅位于基坑底部上方。

其中，所述工字钢为地下连续墙的组成部分，所述地下连续墙设置在基坑侧墙外侧是车站结构的组成部分。

进一步地，所述钢格栅等间距设置。

进一步地，在灌注桩顶部的设定标高处设置有第一冠梁，所述地下连续墙的顶部设置有第二冠梁，所述第一冠梁与第二冠梁连接形成冠梁整体结构。

上述技术方案的优点在于，利用设置在相邻的两个混凝土灌注桩之间以及混凝土灌注桩与工字钢之间钢格栅将灌注桩与地下连续墙连接成整体，灌注桩顶部第一冠梁与地下连续墙顶部第二冠梁形成整体，提高整个加固装置的稳定性。

进一步地，所述冠梁整体结构上设置有军便梁，军便梁上悬挂有钢丝绳，钢丝绳上悬吊有电力管沟。

进一步地，所述军便梁架设于基坑两侧的冠梁整体结构上。

为了解决上述问题，本公开的第二方面提供了一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，采用局部冷冻技术，以形成稳定封闭的止水结构，能够保证深基坑的开挖安全。

本公开的第二方面的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法的技术方案为：

一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，包括：

在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工的过程中，采用如上述所述的加固装置来对施工未封闭的地下连续墙进行基坑开挖初期支护；

对未封闭区段进行竖向冷冻且采用局部冻结，冻结范围为高压电缆预设高度以下，高压电缆预设高度以上部分不予冻结；

当冻土层满足预设开挖安全要求时，进行基坑开挖施工；在冻土帷幕的临时防护下，依次进行分层开挖基坑及基坑支护；

基坑开挖完成后，进行防水及主体结构施工，结构施工完成停止冷冻，根据融沉情况及时进行二次注浆。

其中，冻结范围高压电缆的预设高度可设置为1m；在其他技术方案中，也可设定为其他高度数值。

具体地，预设开挖安全要求包括支护安全以及其他预先设定的指标要求。

具体地，在冻土帷幕的临时防护下，依次进行分层开挖基坑、钢格栅与地下连续墙的工字钢及灌注桩的钢筋焊接连接、灌注桩间采用钢格栅与灌注桩钢筋焊接连接以及钢格栅间喷射混凝土支护。

其中，钢格栅及喷射混凝土厚度满足支护强度要求。

进一步地，在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工前，还包括：对高压电力管线的保护施工、悬吊高压电力管线军便梁的架设以及管线的悬吊保护作业。

上述技术方案的优点在于，根据管线所处位置的水文地质条件，制定针对性的管线开挖、保护施工方案，对管线进行保护。

进一步地，注浆配合地面变形监测进行，通过地面钻孔做为融沉注浆孔，注浆顺序由下至上进行。

进一步地，注浆采用水泥-水玻璃双液浆为主，单液水泥浆为辅，以少量、多次和均匀为原则，注浆压力不大于预设压力值，注浆范围为整个冻结区域。

其中，注浆压力的预设压力值可设置为0.5Mpa；在其他方案中，可根据实际工程的需要，注浆压力的预设压力值可设定为其他压力值。

上述技术方案的优点在于，注双液浆的目的为减少地下水的流动，提高止水效果。

进一步地，该方法还包括：基坑开挖完成后，恢复原地貌及生态。

本公开的有益效果是：

(1)本公开提供的加固装置包括若干根混凝土灌注桩和地下连续墙未封闭侧的工字钢，混凝土灌注桩深入到基坑底部；在基坑底部上方还设置有钢格栅，所述钢格栅设置在相邻的两个混凝土灌注桩之间以及混凝土灌注桩与地下连续墙未封闭侧的工字钢之间，提高了深基坑开挖施工的稳定性。

(2)本公开提供的富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固的开挖施工方法，能够满足富水砂砾地层中深基坑围护结构难以封闭的条件下进行开挖施工，既实现了难以迁改管线的原地保护，又保证了富水砂砾地层中深基坑开挖的安全。

(3)本公开提供的富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固的开挖施工方法，妥善地解决了城市轨道交通施工、地下空间综合开发等市政工程施工中对难以迁改的高压电力管线，经原地保护后又与构筑物结构施工相干涉的问题，提供高压电力管线原地悬吊保护及构筑物深基坑地下连续墙不能形成封闭时，采用局部冷冻技术，以形成封闭的止水结构，保证了深基坑的开挖安全，满足了高压电力管线的安全保护要求。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的一种加固装置结构示意图。

图2是本公开实施例提供的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法流程图。

图3是本公开实施例提供的某深基坑的高压电力管线的平面图。

图4是本公开实施例提供的结构北侧管线保护施工平面图。

图5是本公开实施例提供的南侧管线保护施工平面图。

图6是本公开实施例提供的冻结壁纵剖面图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

如图1所示，本实施例的一种加固装置，包括：

若干根混凝土灌注桩及未封闭的地下连续墙，每根所述混凝土灌注桩的长度均大于基坑的深度；每根所述混凝土灌注桩内设置有钢筋；

所述地下连续墙的未封闭侧设有工字钢，所述地下连续墙设置在基坑的侧墙外侧；

相邻的两个混凝土灌注桩之间以及混凝土灌注桩与工字钢之间均设置有钢格栅，所述钢格栅位于基坑底部上方。

其中，所述工字钢为地下连续墙的组成部分，所述地下连续墙设置在基坑侧墙外侧是车站结构的组成部分。

其中，钢格栅是由一组平行的钢栅条组成。

在具体实施中，所述钢格栅等间距设置。

具体地，钢格栅的间距可设置为50cm。

钢格栅间距的最优距离为50cm，这样一方面能够节省整个加固装置的耗材，另一方面能够提高加固装置稳定性的目的。

在其他可替换的技术方案中，钢格栅间距也可依据具体的工程水文地质及基坑深度设置为其他距离值。

其中，在灌注桩顶部的设定标高处设置有第一冠梁，所述地下连续墙的顶部设置有第二冠梁，所述第一冠梁与第二冠梁连接形成冠梁整体结构。

具体地，所述工字钢为地下连续墙分幅施工的结构组成部分，灌注桩顶部施做第一冠梁且与地下连续墙顶部第二冠梁连接形成整体结构。

利用冠梁整体结构提高整个加固装置的稳定性。

其中，所述冠梁整体结构上设置有军便梁，军便梁上悬挂有钢丝绳，钢丝绳上悬吊有电力管沟。

具体地，所述军便梁架设与基坑两侧的冠梁整体结构上。

其中，冠梁设置在基坑周边支护(围护)结构(多为桩和墙)顶部的钢筋混凝土连续梁，其作用其一是把所有的桩基连到一起(如钻孔灌注桩，旋挖灌注桩等)，防止基坑(竖井)顶部边缘产生坍塌，其二是通过牛腿承担钢支撑(或钢筋混凝土支撑)的水平挤靠力和竖向剪力，冠梁施工时必须凿除桩顶的浮浆等。

军便梁，也称为军用梁，是一种拼装式构架钢梁，由许多轻便钢构件组成。一般在使用地点用螺栓、销钉联结成整体，也可拼成整组架设。其特点是构件重量轻，互换性强，拼拆迅速，运输方便，可组成不同的中小跨度梁，构件可重复使用。

实施二

如图2所示，本实施例的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，包括：

步骤1：在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工的过程中，采用上述所述的加固装置来对施工未封闭的地下连续墙进行初期支护。

在具体实施中，在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工前的工作统称为准备阶段，准备阶段是用来熟悉预施工的深基坑相关图纸，掌握施工技术要点，对难以迁改需要原地保护的高压电力管线进行详细调查，熟悉管线的类型、原埋设的施工方法、埋深、走向及相应的施工风险源辨识。根据管线所处位置的水文地质条件，制定针对性的管线开挖、保护施工方案，对管线进行保护。

在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工前还包括：对高压电力管线的保护施工、悬吊高压电力管线军便梁的架设以及管线的悬吊保护作业。

具体地，管线开挖施工的过程为：

根据制定的管线开挖方案进行管线表层覆土开挖，暴露管线并妥善保护。如图3所示为某深基坑的高压电力管线的平面图，图4结构北侧管线保护施工平面图，图5南侧管线保护施工平面图。

其中，根据高压电力管线与预开挖基坑的位置关系，需要悬吊保护管线的长度、横断面尺寸及重量，并统筹考虑基坑开挖方案，确定支撑立柱结构布置方式，以满足军便梁受力变形的刚度需要。

图4和图5中的旋喷桩是利用钻机钻孔至设定深度，将预配置好的由高压泵泵出的高压水泥浆液由钻头的喷浆孔喷出，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。施工中一般分为两个工作流程，即先钻孔至设定深度，再进行旋喷作业。

在军便梁等悬吊保护结构完成后，根据预保护高压电力管线外形结构、重量等确定管线的悬吊间距，采用柔性和刚性材料及必要的设备工具将管线进行可靠悬吊，以满足后续施工对管线悬吊保护的要求。

在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工前，还包括：护筒施工，其具体过程为：

根据管线保护施工平面图将3根护筒及12根/>预埋管位置挖出，深度要超过高压电力管线底500mm。将做好的地下连续墙导向槽中线拉通，预留出钢格栅位置，用PE板将电力管线包住；

根据高压电力管线的结构型式及风险源等级，结合现场实际情况，旋挖钻施工钻孔灌注桩距离高压管线较近，为确保高压电力管线的安全，地下连续墙处采用人工开挖施工，人工开挖进行到1.5m，安装环形对顶模板，浇筑砼。待砼强度达到75％后，继续向下开挖，开挖深度到1.5m，继续安装模板浇筑砼进行支护，直至达到开挖深度7m。期间模板不得拆除；人工挖孔完成后埋设护筒、/>预埋冷冻管、/>注浆管以及观测管埋设。用钢筋将所有护筒及预埋钢管连接固定，分层回填并夯实，直至距离护筒及钢管顶部300mm，最后采用砼包封，防止在旋挖钻钻孔过程中碰触护筒伤及管线。

在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工前，还包括：钻孔桩及地下连续墙施工，其具体过程为：

地下连续墙成槽机施工时存在抓斗触及护筒伤及电力拉管的风险，优先施工钻孔灌注桩。钻孔桩利用旋挖钻成孔，采用泥浆护壁，清孔之后将钢筋笼下放及浇筑水下混凝土。在钻孔桩强度达到75％后，开始施工两侧的地下连续墙。

在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工前，还包括：钢管柱桩施工，其具体过程为：

根据高压电力管线的结构型式及风险源等级，管线跨越基坑距离较大，在其中间增加格构柱连系梁，采用旋挖钻施工，采用上述方法埋设钢护筒。

步骤2：对未封闭区段进行竖向冷冻且采用局部冻结，冻结范围为高压电缆预设高度(例如1m)以下，高压电缆预设高度(例如1m)以上部分不予冻结。

具体地，冻结加固的过程为：

采用垂直冷冻法对该围护结构进行加固，以保证开挖构筑施工的安全。设计加固范围为围护结构接茬缝北侧9m、南侧7.5m范围，垂直加固范围为围护结构深度26m，冻结壁厚度1.5m，采用局部冻结技术，冻结范围为高压电缆1m以下，以上部分不予冻结。图6所示为冻结壁纵剖面图。图6中的地连墙，指的是地下连续墙。

其中，冻结加固流程为：

施工准备→竖直冻结孔钻孔→管路连接→积极冻结→冻结符合设计要求→基坑开挖→冻结管割除、封堵→融沉注浆。

步骤3：当冻土层满足预设开挖安全要求时，进行基坑开挖施工；在冻土帷幕的临时防护下，依次进行分层开挖基坑及基坑支护。

具体地，预设开挖安全要求包括支护安全以及其他预先设定的指标要求。

具体地，在冻土帷幕的临时防护下，依次进行分层开挖基坑、钢格栅与地下连续墙的工字钢及灌注桩的钢筋焊接连接、灌注桩间采用钢格栅与灌注桩钢筋焊接连接以及钢格栅间喷射混凝土支护。

其中，钢格栅及喷射混凝土厚度满足支护强度要求。

步骤4：基坑开挖完成后，进行防水及主体结构施工，结构施工完成停止冷冻，根据融沉情况及时进行二次注浆。

其中，注浆加固的过程为：

除两处各预埋4根200mm注浆管外，其余直接从地面钻进成孔。在冻结加固之前将注浆孔完成，并完成注浆。

施工工艺及流程，准备工作→钻机进场→定位安装→开孔→钻进成孔→孔口密封处理→下注浆管→注双液浆。注双液浆的目的为减少地下水的流动，提高止水效果。

融沉处理的过程为：

融沉注浆配合地面变形监测进行，通过地面钻孔做为融沉注浆孔，注浆顺序由下至上进行。融沉注浆采用水泥-水玻璃双液浆为主，单液水泥浆为辅，以少量、多次和均匀为原则，注浆压力不大于预设压力值(例如0.5MPa)，注浆范围为整个冻结区域。

在其他方案中，可根据实际工程的需要，注浆压力的预设压力值可设定为其他压力值。

具体地，在融沉处理之后，还进行军便梁悬吊施工，其过程为：

开挖至冠梁底标高，通过四根格构柱施作砼联系梁。军便梁进场拼装完成后，在砼联系梁上开始安装垫轨及钢板→测量放线(同时调整好钢板顶面标高)→军便梁试起吊→架设军便梁→校准军便梁平面位置和高程，根据高压电力管线的标高情况分步悬吊，悬吊使用的钢丝绳直径不得小于钢丝绳与管线采用两个卡箍间接接触固定，卡箍与拉管之间垫橡胶板缓冲，钢丝绳嵌在两个卡箍之间，防止钢丝绳滑移。钢丝绳间距不得大3m。

在军便梁悬吊施工之后，还进行桩间格栅施工及喷锚，其过程为：

管线两侧地下连续墙接茬处预留完整工字钢，随着基坑开挖，接茬处工字钢清理洁净，混凝土灌注桩按设计要求剥除表层混凝土露出钢筋并按设计要求挂钢筋网片，钢格栅与工字钢、灌注桩钢筋可靠焊接，钢格栅500mm间距，每开挖深度2m及时挂网喷射混凝土。

基坑开挖完成后按图施工防水及主体结构，结构完成后恢复原地貌及生态。

本实施例的富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固的开挖施工方法，妥善地解决了城市轨道交通施工、地下空间综合开发等市政工程施工中对难以迁改高压电力管线的经原地保护后又与构筑物结构施工相干涉的问题，提供高压电力管线的原地悬吊保护及构筑物深基坑地下连续墙不能形成封闭时，采用局部冷冻技术，以形成封闭的止水结构，保证了深基坑的开挖安全，满足了高压电力管线的安全保护要求。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，包括：

在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工的过程中，采用一种加固装置来对施工未封闭的地下连续墙进行基坑开挖初期支护；

对未封闭区段进行竖向冷冻且采用局部冻结，冻结范围为高压电缆预设高度以下，高压电缆预设高度以上部分不予冻结；

当冻土层满足预设开挖安全要求时，进行基坑开挖施工；在冻土帷幕的临时防护下，依次进行分层开挖基坑及基坑支护；

基坑开挖完成后，进行防水及主体结构施工，结构施工完成停止冷冻，根据融沉情况及时进行二次注浆；

所述加固装置包括：

若干根混凝土灌注桩及未封闭的地下连续墙，所述混凝土灌注桩长度大于基坑的深度；所述混凝土灌注桩内设置有钢筋；

所述地下连续墙的未封闭侧设有工字钢，所述地下连续墙设置在基坑的侧墙外侧；

相邻的两个混凝土灌注桩之间以及混凝土灌注桩与工字钢之间均设置有钢格栅，所述钢格栅位于基坑底部上方。

2.如权利要求1所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，所述钢格栅等间距设置。

3.如权利要求1所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，在灌注桩顶部的设定标高处设置有第一冠梁，所述地下连续墙的顶部设置有第二冠梁，所述第一冠梁与第二冠梁连接形成冠梁整体结构。

4.如权利要求3所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，所述冠梁整体结构上设置有军便梁，军便梁上悬挂有钢丝绳，钢丝绳上悬吊有电力管沟。

5.如权利要求4所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，所述军便梁架设于基坑两侧的冠梁整体结构上。

6.如权利要求1所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，在富水砂砾地层进行深基坑开挖施工前，还包括：对高压电力管线的保护施工、悬吊高压电力管线军便梁的架设以及管线的悬吊保护作业。

7.如权利要求1所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，注浆配合地面变形监测，通过地面钻孔做为融沉注浆孔，注浆顺序由下至上进行。

8.如权利要求1所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，注浆采用水泥-水玻璃双液浆为主，单液水泥浆为辅，以少量、多次和均匀为原则，注浆压力不大于预设压力值，注浆范围为整个冻结区域。

9.如权利要求1所述的一种富水砂砾地层中深基坑局部冷冻加固施工方法，其特征在于，该方法还包括：基坑开挖完成后，进行防水、主体结构施工及恢复原地貌及生态。