CN109837911B - 一种利用双液注浆进行基坑支护设计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程支护技术领域，提供一种利用双液注浆进行基坑支护设计的方法，首先对基坑进行岩土工程勘察，获取工程地质条件，对代表性地段进行双液注浆试验，确定注浆参数；然后对复合墙体进行取样测试，确定复合墙体及注浆体的基本物理力学指标；接着初步确定注浆体的布置形式、复合墙体的宽度与深度，并确定验算剖面与危险截面；再对复合墙体进行抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性、整体稳定性、墙身强度的验算，并根据基坑支护的实际情况，进行基坑的其他验算；最后进行开挖面防护、支护施工图、组织管理的设计，从而完成基坑支护设计。本发明操作简便、设计结果可靠、灵活性高，能够在保证基坑安全的前提下，降低施工复杂性及工程造价。

Description

一种利用双液注浆进行基坑支护设计的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程支护技术领域，特别是涉及一种利用双液注浆进行基坑支护设计的方法。

背景技术

在建筑工程中，基坑支护技术是最具有挑战性的技术，其对保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全至关重要。现有的基坑支护技术很难在保证基坑安全的前提下，降低施工工法的复杂性及工程造价，而且灵活性不高。

目前，双液注浆技术由于施工工法简单、造价低廉、结构耐久性良好，被广泛应用于地基加固、堵水抗渗等岩土工程领域。双液注浆技术中，水泥-水玻璃双液浆以水泥与水玻璃反应体系为基础，水泥与水玻璃反应迅速，形成大量C-S-H胶凝体，使地层土体快速凝固，将松散土颗粒或裂隙胶结成整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好、化学性能稳定的人造“结石体”，从而达到加固地层、降低渗流和减小土体沉降变形等目的。而双液注浆技术在基坑领域的应用主要是在基坑的局部失稳破坏、渗流、管涌及对周边地面沉降控制等方面，很少应用在基坑支护的主体结构上。如何利用水泥-水玻璃注浆技术使基坑周边土体快速形成胶结体，以提高土体强度、减小主动土压力、增强基坑地层稳定能力，是基坑支护面临的难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用双液注浆进行基坑支护设计的方法，原理简单、操作简便、设计结果可靠、灵活性高，能够在保证基坑安全的前提下，降低施工工法的复杂性及工程造价。

本发明的技术方案为：

一种利用双液注浆进行基坑支护设计的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：对基坑进行岩土工程勘察，获取基坑的工程地质条件，根据工程地质条件选取基坑的代表性地段，对代表性地段进行双液注浆试验，确定注浆参数；所述注浆参数包括钻孔工艺、双液配合比、注浆方法、注浆终压力、注浆速度、注浆半径，注浆体与土体在竖直方向上形成复合墙体；

步骤2：对复合墙体进行取样测试，确定复合墙体及注浆体的基本物理力学指标；所述基本物理力学指标包括复合墙体的重度γ_J、注浆体的重度γ_f、注浆体的轴心抗压强度设计值f_c；

步骤3：根据基坑支护的实际情况，初步确定注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，并确定复合墙体的验算剖面与危险截面；

步骤4：对复合墙体进行稳定性及强度验算，所述稳定性及强度验算包括抗滑移稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、整体稳定性验算、墙身强度验算；若复合墙体通过稳定性及强度验算中的所有验算，则进入步骤5；若复合墙体未通过稳定性及强度验算中的所有验算，则调整注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，重新对复合墙体进行稳定性及强度验算，直至复合墙体通过稳定性及强度验算中的所有验算；

步骤5：根据基坑支护的实际情况，进行基坑的其他验算：当基坑支护存在软土基坑工况时，进行软土基坑的抗隆起稳定性验算；当基坑支护存在软弱下卧层工况时，进行软弱下卧层的强度验算；当基坑支护存在地下水高于基坑底工况时，进行地下水高于基坑底的渗流稳定性验算；当基坑支护存在承压水工况时，进行承压水的突涌稳定性验算；若基坑通过其他验算中的所有验算，则进入步骤6；若基坑未通过其他验算中的所有验算，则调整注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，重复步骤4至步骤5，直至复合墙体通过其他验算中的所有验算；

步骤6：进行开挖面防护设计、支护施工图设计、组织管理设计，从而完成基坑支护设计。

所述步骤3中，所述注浆体的布置形式为梅花型或格栅型。

所述步骤4中，对复合墙体进行稳定性及强度验算，具体包括下述步骤：

步骤4.1：计算复合墙体的抗滑移稳定性系数为

若K_s≥K_ss，则复合墙体通过抗滑移稳定性验算；反之，未通过；

其中，K_抗滑力为复合墙体底面上的抗滑合力，K_滑动力为复合墙体底面上的滑动合力；G_F为复合墙体的自重，G_F＝γ_J×S_F，S_F为验算剖面上复合墙体的面积，S_F＝B_J×H；E_p为复合墙体上的被动土压力标准值，E_a为复合墙体上的主动土压力标准值；

为复合墙体底面与土层交界面的内摩擦角，C_J为复合墙体底面与土层交界面的黏聚力；K_ss为抗滑移稳定性系数阈值；

步骤4.2：计算复合墙体的抗倾覆稳定性系数为

若K_t≥K_ts，则复合墙体通过抗倾覆稳定性验算；反之，未通过；

其中，M_抗倾覆为对复合墙体墙趾点o的抗倾覆力矩，M_倾覆为对复合墙体墙趾点o的倾覆力矩；a_p、a_a、a_F分别为复合墙体墙趾点o到E_p、E_a、G_F的垂直距离；K_ts为抗倾覆稳定性系数阈值；

步骤4.3：利用瑞典条分法，将复合墙体分为n个竖向土条，计算复合墙体的整体稳定性系数为

K_z＝min(K_z1，K_z2，…，K_zj，…，K_zn)

若K_z≥K_zs，则复合墙体通过整体稳定性验算；反之，未通过；

其中，K_zj为第j个土条的稳定性系数，j∈{1，2，...，n}，C_j为第j个土条的潜在滑弧面处的黏聚力，

为第j个土条的潜在滑弧面处的内摩擦角；G_j为第j个土条的自重，θ_j为第j个土条的潜在滑弧面中点处法线与垂直面的夹角，l_j为第j个土条的潜在滑弧长度，l_j＝b_j/cosθ_j，b_j为第j个土条的宽度；K_zs为整体稳定性系数阈值；

步骤4.4：计算危险截面处的拉应力、压应力、剪应力分别为

若F₁≤0.15f_c、F₂≤f_c且

则复合墙体通过墙身强度验算；反之，未通过；

其中，M为危险截面处的弯矩设计值，B为危险截面处注浆体的宽度，γ₀为基坑支护结构的重要性系数，γ_F为荷载的分项系数，μ为抗剪断系数，μ的取值范围为0.4-0.5，z为注浆体危险截面至注浆体顶部的垂直距离；E_aa为危险截面以上的主动土压力标准值，E_pp为危险截面以上的被动土压力标准值；G为注浆体的自重，G＝γ_f×S，S为危险截面上注浆体的面积。

本发明的有益效果为：

(1)本发明利用双液注浆进行基坑支护设计，双液注浆形成的复合墙体强度大、防水性能好、化学性能稳定，并可根据需求添加粉煤灰、矿渣、膨润土及减水剂等材料进行注浆液改性，基坑加固效果明显；

(2)本发明原理简单、操作简便、设计结果可靠、灵活性高，能够在满足基坑支护设计要求从而保证基坑安全的前提下，降低施工工法的复杂性及工程造价；

(3)本发明适用于砂土、粉土、填土等多种类型土层，在岩土工程的基坑支护领域具有很宽的应用范围。

附图说明

图1为本发明利用双液注浆进行基坑支护设计的方法的流程图；

图2为本发明利用双液注浆进行基坑支护设计的方法的验算剖面结构示意图；

图3为本发明利用双液注浆进行基坑支护设计的方法的危险截面结构示意图；

图中，1-复合墙体，2-土体，3-注浆体。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明利用双液注浆进行基坑支护设计的方法的流程图。本发明的利用双液注浆进行基坑支护设计的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：对基坑进行岩土工程勘察，获取基坑的工程地质条件，根据工程地质条件选取基坑的代表性地段，对代表性地段进行双液注浆试验，确定注浆参数；所述注浆参数包括钻孔工艺、双液配合比、注浆方法、注浆终压力、注浆速度、注浆半径，注浆体与土体在竖直方向上形成复合墙体。

本实施例中，选择某露天煤矿基建工程(第一期)中含一层地下室的办公楼基坑支护工程，基坑深4.4m。根据对其进行岩土工程勘察获取的工程地质条件，对代表性地段进行双液注浆试验，确定注浆参数：钻孔工艺为回转钻进成孔、双液配合比为A液(水∶水泥(P.O.42.5)＝0.8∶1)：B液(水玻璃(浓度39Be′))＝1∶0.5、注浆方法为袖阀管注浆法、注浆终压力为2MPa、注浆速度为80L/min、注浆半径为0.5m。其中，岩土工程勘察和双液注浆试验分别按照《岩土工程勘察规范》和《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》进行。

步骤2：对复合墙体进行取样测试，确定复合墙体及注浆体的基本物理力学指标；所述基本物理力学指标包括复合墙体的重度γ_J、注浆体的重度γ_f、注浆体的轴心抗压强度设计值f_c。

本实施例中，通过取样测试，得到复合墙体的重度γ_J＝18kN/m³，注浆体的重度γ_f＝18.8kN/m³，注浆体的轴心抗压强度设计值f_c＝1200kPa。

步骤3：根据基坑支护的实际情况，初步确定注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，并确定复合墙体的验算剖面与危险截面。

所述步骤3中，所述注浆体的布置形式为梅花型或格栅型。

本实施例中，初步确定注浆体的布置形式为梅花型，注浆体采用2m×2m、三排设置，注浆深度为7m，形成的复合墙体的宽度B_J＝5m、复合墙体的深度H＝7m。根据基坑支护结构的受力特征和最大剪力及弯矩位置，确定复合墙体的验算剖面与危险截面分别如图2和图3所示。其中，复合墙体底面为抗滑移验算剖面、复合墙体墙趾点o为抗倾覆验算点、A-A截面为危险截面。

步骤4：对复合墙体进行稳定性及强度验算，所述稳定性及强度验算包括抗滑移稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、整体稳定性验算、墙身强度验算；若复合墙体通过稳定性及强度验算中的所有验算，则进入步骤5；若复合墙体未通过稳定性及强度验算中的所有验算，则调整注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，重新对复合墙体进行稳定性及强度验算，直至复合墙体通过稳定性及强度验算中的所有验算。

所述步骤4中，对复合墙体进行稳定性及强度验算，具体包括下述步骤：

步骤4.1：计算复合墙体的抗滑移稳定性系数为

若K_s≥K_ss，则复合墙体通过抗滑移稳定性验算；反之，未通过；

其中，K_抗滑力为复合墙体底面上的抗滑合力，K_滑动力为复合墙体底面上的滑动合力；G_F为复合墙体的自重，G_F＝γ_J×S_F，S_F为验算剖面上复合墙体的面积，S_F＝B_J×H；E_p为复合墙体上的被动土压力标准值，E_a为复合墙体上的主动土压力标准值；

为复合墙体底面与土层交界面的内摩擦角，C_J为复合墙体底面与土层交界面的黏聚力；K_ss为抗滑移稳定性系数阈值。

本实施例中，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)，确定E_p＝178kN/m、E_α＝143kN/m、

C_J＝10kPa；G_F＝18×5×7kN/m＝630kN/m；K_ss＝1.2；通过计算得到K_s＝2.92≥K_ss，复合墙体通过抗滑移稳定性验算。

步骤4.2：计算复合墙体的抗倾覆稳定性系数为

若K_t≥K_ts，则复合墙体通过抗倾覆稳定性验算；反之，未通过；

其中，M_抗倾覆为对复合墙体墙趾点o的抗倾覆力矩，M_倾覆为对复合墙体墙趾点o的倾覆力矩；a_p、a_a、a_F分别为复合墙体墙趾点o到E_p、E_a、G_F的垂直距离；K_ts为抗倾覆稳定性系数阈值。

本实施例中，确定a_p＝0.87m、a_a＝2.5m、a_F＝2.33m；K_ts＝1.3；通过计算得到K_t＝4.5≥K_ts，复合墙体通过抗倾覆稳定性验算。

步骤4.3：利用瑞典条分法，将复合墙体分为n个竖向土条，计算复合墙体的整体稳定性系数为

K_z＝min(K_z1，K_z2，…，K_zj，…，K_zn)

若K_z≥K_zs，则复合墙体通过整体稳定性验算；反之，未通过；

其中，K_zj为第j个土条的稳定性系数，j∈{1，2，...，n}，C_j为第j个土条的潜在滑弧面处的黏聚力，

为第j个土条的潜在滑弧面处的内摩擦角；G_j为第j个土条的自重，θ_j为第j个土条的潜在滑弧面中点处法线与垂直面的夹角，l_j为第j个土条的潜在滑弧长度，l_j＝b_j/cosθ_j，b_j为第j个土条的宽度；K_zs为整体稳定性系数阈值。

本实施例中，根据瑞典条分法，将复合墙体分为n＝8个竖向土条，

C_j的值均根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)来确定；K_zs＝1.3；通过对每个土条的稳定性系数的计算，得到复合墙体的整体稳定性系数K_z＝1.5≥K_zs，从而复合墙体通过整体稳定性验算。

步骤4.4：计算危险截面处的拉应力、压应力、剪应力分别为

若F₁≤0.15f_c、F₂≤f_c且

则复合墙体通过墙身强度验算；反之，未通过；

其中，M为危险截面处的弯矩设计值，B为危险截面处注浆体的宽度，γ₀为基坑支护结构的重要性系数，γ_F为荷载的分项系数，μ为抗剪断系数，μ的取值范围为0.4-0.5，z为注浆体危险截面至注浆体顶部的垂直距离；E_aa为危险截面以上的主动土压力标准值，E_pp为危险截面以上的被动土压力标准值；G为注浆体的自重，G＝γ_f×S，S为危险截面上注浆体的面积。

本实施例中，M＝144kN·m/m、B＝3m、z＝6m、E_aa＝127kN/m、E_pp＝127kN/m、G＝292kN/m，取μ＝0.4；根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)，确定γ₀＝1.0、γ_F＝1.25。通过计算，得到F₁＝-28kPa≤0.15f_c、F₂＝251kPa≤f_c且

从而复合墙体通过墙身强度验算。

可见，本实施例中的复合墙体通过稳定性及强度验算中的所有验算，进入步骤5。

步骤5：根据基坑支护的实际情况，进行基坑的其他验算：当基坑支护存在软土基坑工况时，进行软土基坑的抗隆起稳定性验算；当基坑支护存在软弱下卧层工况时，进行软弱下卧层的强度验算；当基坑支护存在地下水高于基坑底工况时，进行地下水高于基坑底的渗流稳定性验算；当基坑支护存在承压水工况时，进行承压水的突涌稳定性验算；若基坑通过其他验算中的所有验算，则进入步骤6；若基坑未通过其他验算中的所有验算，则调整注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，重复步骤4至步骤5，直至复合墙体通过其他验算中的所有验算。

本实施例中，不存在软土基坑、软弱下卧层、地下水高于基坑底、承压水这些工况，从而不需要进行其他验算。

步骤6：进行开挖面防护设计、支护施工图设计、组织管理设计，从而完成基坑支护设计。

显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种利用双液注浆进行基坑支护设计的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：对基坑进行岩土工程勘察，获取基坑的工程地质条件，根据工程地质条件选取基坑的代表性地段，对代表性地段进行双液注浆试验，确定注浆参数；所述注浆参数包括钻孔工艺、双液配合比、注浆方法、注浆终压力、注浆速度、注浆半径，注浆体与土体在竖直方向上形成复合墙体；

步骤2：对复合墙体进行取样测试，确定复合墙体及注浆体的基本物理力学指标；所述基本物理力学指标包括复合墙体的重度γ_J、注浆体的重度γ_f、注浆体的轴心抗压强度设计值f_c；

步骤3：根据基坑支护的实际情况，初步确定注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，并确定复合墙体的验算剖面与危险截面；

步骤4：对复合墙体进行稳定性及强度验算，所述稳定性及强度验算包括抗滑移稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、整体稳定性验算、墙身强度验算；若复合墙体通过稳定性及强度验算中的所有验算，则进入步骤5；若复合墙体未通过稳定性及强度验算中的所有验算，则调整注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，重新对复合墙体进行稳定性及强度验算，直至复合墙体通过稳定性及强度验算中的所有验算；

所述步骤4中，对复合墙体进行稳定性及强度验算，具体包括下述步骤：

步骤4.1：计算复合墙体的抗滑移稳定性系数为

若K_s≥K_ss，则复合墙体通过抗滑移稳定性验算；反之，未通过；

其中，K_抗滑力为复合墙体底面上的抗滑合力，K_滑动力为复合墙体底面上的滑动合力；G_F为复合墙体的自重，G_F＝γ_J×S_F，S_F为验算剖面上复合墙体的面积，S_F＝B_J×H；E_p为复合墙体上的被动土压力标准值，E_a为复合墙体上的主动土压力标准值；

为复合墙体底面与土层交界面的内摩擦角，C_J为复合墙体底面与土层交界面的黏聚力；K_ss为抗滑移稳定性系数阈值；

步骤4.2：计算复合墙体的抗倾覆稳定性系数为

若K_t≥K_ts，则复合墙体通过抗倾覆稳定性验算；反之，未通过；

其中，M_抗倾覆为对复合墙体墙趾点o的抗倾覆力矩，M_倾覆为对复合墙体墙趾点o的倾覆力矩；a_p、a_a、a_F分别为复合墙体墙趾点o到E_p、E_a、G_F的垂直距离；K_ts为抗倾覆稳定性系数阈值；

步骤4.3：利用瑞典条分法，将复合墙体分为n个竖向土条，计算复合墙体的整体稳定性系数为

K_z＝min(K_z1,K_z2,…,K_zj,…,K_zn)

若K_z≥K_zs，则复合墙体通过整体稳定性验算；反之，未通过；

其中，K_zj为第j个土条的稳定性系数，j∈{1,2,…,n}，C_j为第j个土条的潜在滑弧面处的黏聚力，

为第j个土条的潜在滑弧面处的内摩擦角；G_j为第j个土条的自重，θ_j为第j个土条的潜在滑弧面中点处法线与垂直面的夹角，l_j为第j个土条的潜在滑弧长度，l_j＝b_j/cosθ_j，b_j为第j个土条的宽度；K_zs为整体稳定性系数阈值；

步骤4.4：计算危险截面处的拉应力、压应力、剪应力分别为

若F₁≤0.15f_c、F₂≤f_c且

则复合墙体通过墙身强度验算；反之，未通过；

其中，M为危险截面处的弯矩设计值，B为危险截面处注浆体的宽度，γ₀为基坑支护结构的重要性系数，γ_F为荷载的分项系数，μ为抗剪断系数，μ的取值范围为0.4-0.5，z为注浆体危险截面至注浆体顶部的垂直距离；E_aa为危险截面以上的主动土压力标准值，E_pp为危险截面以上的被动土压力标准值；G为注浆体的自重，G＝γ_f×S，S为危险截面上注浆体的面积；

步骤5：根据基坑支护的实际情况，进行基坑的其他验算：当基坑支护存在软土基坑工况时，进行软土基坑的抗隆起稳定性验算；当基坑支护存在软弱下卧层工况时，进行软弱下卧层的强度验算；当基坑支护存在地下水高于基坑底工况时，进行地下水高于基坑底的渗流稳定性验算；当基坑支护存在承压水工况时，进行承压水的突涌稳定性验算；若基坑通过其他验算中的所有验算，则进入步骤6；若基坑未通过其他验算中的所有验算，则调整注浆体的布置形式、复合墙体的宽度B_J、复合墙体的深度H，重复步骤4至步骤5，直至复合墙体通过其他验算中的所有验算；

步骤6：进行开挖面防护设计、支护施工图设计、组织管理设计，从而完成基坑支护设计。

2.根据权利要求1所述的利用双液注浆进行基坑支护设计的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述注浆体的布置形式为梅花型或格栅型。

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