CN109898520B - 一种沉墙施工法 - Google Patents

Abstract

本发明属土木建筑地下工程技术领域，提供一种沉墙施工法，使墙体受控下沉，且较为经济合理，特点为：墙体对应槽体两侧形成挡土结构，远程遥控挖掘机逐层挖除岩土，用支撑桩上的千斤顶在开挖的槽底支撑墙体使墙底部悬空，用千斤顶抬放支撑桩以配合挖土；分层开挖后，用千斤顶顶压支撑桩至其沉降稳定；墙体与挡土结构间夹带滚轮弹性支撑杆，传递平衡岩土压力，控制下沉摩阻力；墙体在千斤顶控制下下沉一段，地面接高一段。该施工法用于基坑支护时，将地下室外墙和钢支撑墙在地面连接后，同时受控下沉就位，再进行大面积开挖，可防止因支撑不到位而引发的事故，支护体系对建筑方案、地质适应性较强。该施工法也可用于边坡挡墙和地下防渗墙修筑。

Description

一种沉墙施工法

技术领域

本发明属于土木建筑地下工程技术领域，涉及一种地下墙施工方法。

背景技术

先在地面上筑墙，再将墙体对应槽体的岩土体挖除，使墙从地面下沉到地下，可以称之为沉墙法。传统的沉井法则是将井内所围的岩土体全部挖除。已有多项专利提供了墙体下沉的方法和设备。中国专利(CN1120104A)公开了一种地下墙施工方法，用水枪冲掘墙体刃脚形成泥水，由射流泵抽走泥水，墙体因刃脚土体掏空而靠自重下沉；借助薄膜和墙体周围的水环减阻和防止土壁坍塌。中国专利(CN101338567B)公开了一种旋喷沉井法配合半逆作法施工地下建筑物的施工方法，采用整体旋喷下沉法施工地下结构外墙。中国专利(CN105926635B)公开了一种竖向方形预制构件施工设备、组合体和施工方法，提供了可翻转回收的两组搅拌头，在地面从墙体的空腔内穿至墙脚处，搅拌墙脚的岩土体成泥浆，使墙体下沉。中国专利(CN106759463A)在墙体底部设置轨道，轨道上安装有挖掘岩土的链刀，施工时开动链刀挖掘墙底的岩土，并带至地面，使得墙体下沉。也有专利提供了沉井下沉的控制设备及方法。中国专利(CN109252533A)公开了一种沉井下沉控制系统及施工方法，通过钢构支撑柱中上、下两层千斤顶交替回落油缸配合拆除和安装沉井外壁上的顶压板，来实现沉井的连续下沉控制。中国专利(CN101851930A)公开了一种沉井的下沉装置及具有该装置的沉井的下沉方法，利用与沉井结构本体和预制桩紧固连接的双向受力千斤顶，可以在沉井下沉过程中既起到向上支撑沉井结构本体的作用，又可起到向下拖拽沉井结构本体的作用。

墙体下沉的难点在于使其受控下沉，即墙体下沉的位置为设计预定位置，且下沉过程对周边的岩土体影响可控，同时经济合理。以上技术，对墙体下沉的控制能力尚有不足，或者控制方法不尽合理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是将墙体受控下沉，以满足设计对墙体位置及周边影响的要求，且尽量经济合理。

本发明用开槽施工前形成的两侧挡土结构和墙体支撑(包括反力件、千斤顶、支撑桩、支撑桩下加固的岩土体)提供了挖掘机所需的操作空间，实现槽体的有序挖除，对地层的适应性强，为墙体受控下沉提供基础性保障；用夹在挡土结构和墙体之间的弹性支撑杆(带滚轮)和墙底千斤顶控制墙体下沉，墙体标高可控；用夹在挡土结构和墙体之间的弹性支撑杆(带滚轮和千斤顶)，实现墙体平面坐标可控；由槽体有序挖除、槽体两侧挡土结构及弹性支撑杆、墙体下沉可在水下施工，实现墙体下沉对周边影响可控。

本发明的施工法步骤如下：

1.槽体开挖前的准备工作：

1)勘探墙体对应槽体中岩土体的物理力学特征，为墙底挖掘机的选择提供依据，为墙脚部支撑桩的长度、端部尺寸及间距布置提供依据，为墙脚部支撑桩底部岩土体局部加固措施选择及设计提供依据，为千斤顶的行程确定提供依据；

2)勘探墙体对应槽体两侧岩土体的物理力学特征，为挡土结构和墙体挡土结构之间带滚轮的支撑杆设计提供参数；

3)在墙体对应槽体两侧(包括出土口)形成挡土结构；墙脚部支撑桩底部岩土体局部加固；开挖沟槽，形成导墙；

4)在地面制作墙体的底板及一段高度的墙体，在墙脚附近的墙体上对称间隔安装或现浇悬臂反力件，在支撑桩顶也对称安装或现浇悬臂反力件，墙身自重由反力件经千斤顶传至支撑桩再传至槽体未开挖的岩土体，这样在两侧挡土结构和支撑桩的围护下，墙体底部与未开挖岩土体之间形成具有一定高度的作业空间。

2.墙体受控下沉施工：

1)在作业空间内，安装水下远程遥控挖掘机，沿墙体走向分层挖掘槽体内的岩土体，并运至出土口，由抓斗出土；当挖至某支撑桩处时，可由千斤顶先将该桩抬起，待挖掘完一层该桩底岩土后，再将该桩放下。该桩抬起时，由该桩承担的墙体自重，由墙自身传递至临近的支撑桩体；

2)为防止两侧挡土结构破坏，需控制单层开挖厚度，可由从地面深至墙底挖掘面的测杆(垂直度可控)实现高程传递，进而控制开挖标高；

3)随着岩土体被分层挖走，千斤顶顶压各支撑桩至其沉降稳定；

4)各千斤顶协调工作，控制墙体整体均匀分段下沉；

5)墙体与槽体两侧挡土结构之间夹有带滚轮的弹性支撑杆，在传递平衡岩土压力的同时，也保证墙体下沉摩阻力可控；

6)墙体在千斤顶的控制下下沉一段，在地面上接高一段。需要时，可在地面施做墙体的防水。

3.墙体基础施工：

1)墙体下沉就位后，用千斤顶调整墙体标高，用夹在墙体和挡土结构之间的支撑杆调整墙体平面位置。清理渣土，拆除回收挖掘机(有水情况下可由带机械手的载人潜水器或水下机器人完成)。回填墙体底部完成基础施工；

2)拆除回收墙脚处的千斤顶(有水情况下可由带机械手的水下机器人完成)及测控装置。

4.换撑施工：

1)测定各换撑位置处槽壁及墙壁形状曲线，根据曲线凹凸，粘贴垫片在预制支撑板桩上；

2)两片预制支撑板桩分片下至槽内后，分别贴在槽壁上和墙壁上，再用钢板把两片板桩连接起来形成格构式支撑(无水情况下，可焊接；有水情况下可用螺栓连接，钢板上的螺栓孔位置，是根据实测槽壁及墙壁对应点距离，结合垫片厚度、压缩模量及板桩预埋螺栓孔位置综合得到的)；

3)所有支撑换撑好后，提出带滚轮的弹性支撑杆；

5.肥槽回填。

对于第3-5步，可根据实际工程需要进行取舍，例如无需回收带滚轮的弹性支撑杆，则可取消换撑。

该施工法用于基坑支护时，有以下特点：

1)可将地下室外墙(永久性结构)和钢支撑(可拆卸的临时结构)在地面连接后，同时受控下沉就位，再进行基坑的大面积开挖，可防止因支撑不到位而引发的基坑安全事故；

2)地下室外墙和防水都在地上制作，作业空间充分，施工便捷，质量有保证；

3)钢支撑墙的位置灵活，支护体系对建筑方案、地质适应性较强。

该施工法用于边坡挡墙时，有以下特点：

1)较排桩而言，墙体整体性好，可形成双向受力；

2)较排桩而言，墙后可回填砂石，有利于减少水压力；

3)较传统的坡脚开挖后再修筑挡墙而言，边坡先修挡墙后开挖，有利于安全。

该施工法用于防渗墙时，有以下特点：

1)墙体整体性比地连墙好，防渗能力强。

附图说明

图1为挡土结构、千斤顶、支撑桩及带滚轮支撑杆的施工组合体立面示意图；

图2为挡土结构、千斤顶、支撑桩及带滚轮支撑杆的施工组合体侧面示意图；

图3为换撑侧面示意图；

图4为换撑俯视图；

图中有：挡土结构1、墙身2、墙体底板3、第一千斤顶(压)4、第二千斤顶(顶)5、支撑桩6、带滚轮的弹性支撑杆7、悬臂反力件8、支撑桩下加固的岩土体9、板桩10、钢板11、垫片12。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例说明本发明：

1.槽体开挖前的准备工作：勘探墙体对应槽体中岩土体的物理力学特征，为墙底挖掘机的选择提供依据。当开挖土层以粘性土层为主时，墙底宜预埋轨道梁，墙底挖掘机宜采用悬吊的方式行走在轨道梁上，机械重量由墙传至临近的支撑桩6，选择自重较轻的设备；当开挖土层以砂性土或岩石为主，则可考虑采用履带式挖掘机，挖掘机的自重由未开挖的岩土体承担。挖掘机选定后，其所需的作业空间高度就确定了，同时可以结合墙体2重量、挖掘机重量、弹性支撑杆7的自重确定墙脚支撑桩6所需分担的荷载。根据勘探得到的岩土物理力学参数，推算校验支撑桩6底部岩土体能否满足承载力要求。否则需要对支撑桩底部进行局部加固9，采用的措施可以包括单轴水泥土搅拌桩、素砼桩，保证各种工况下单桩承载力满足要求；千斤顶的行程需考虑挖掘误差；勘探墙体对应槽体两侧岩土体的物理力学特征，为挡土结构和墙体与挡土结构之间带滚轮的弹性支撑杆7设计提供参数；挡土结构1可选用常规的水泥土搅拌桩墙、钢板桩、钢管桩、型钢桩、地下连续墙(素砼)及各种钻挖孔形成的素砼桩，用于边坡挡墙时，如需墙后排水，则宜用可插拔的钢桩，避免水压力在墙后聚集，钢桩如遇下沉困难，可钻孔辅助；墙脚作业空间处及在带滚轮的支撑7和换撑条件下，挡土结构1自身的承载力均需要满足要求。在本工法中墙底的挖掘可在有水情况下进行，故挡土结构并不要求挡水。在墙体对应槽体两侧形成挡土结构1(含出土口)；出土口不仅用于墙底岩土体的运出，而且为维修、回收墙底挖掘机提供通道。当工程需要采用塔吊时候，出土口处还可以安装塔吊。因此，出土口的位置、大小需提前规划；由于出土口处无内支撑，因此宜做成圆形，其挡土结构也宜适当加强。沿墙体走向开挖沟槽，施工导墙，导墙的目的是配合挡土结构保证墙体下沉时的定位，同时也为测杆的安装提供基座。在地面制作墙体底板3及一段高度的墙体，可现浇可预制，底板上需开洞，用于穿过支撑桩，如墙体下沉就位后需要与其他构件再相连，则需在墙体对应的部位上预留埋件。底板3可用于传递带滚轮的弹性支撑杆7自重，并兼作第二千斤顶5的反力，还可改善墙基础回填后基础受力。在墙脚附近对称间隔安装或现浇悬臂反力件8，在支撑桩顶也对称安装或现浇悬臂反力件8，墙身自重由反力件8经第一千斤顶4传至支撑桩6再传至槽体未开挖的岩土体或支撑桩下加固的岩土体9，这样在两侧挡土结构1和支撑桩6的围护下，墙体底部形成了满足墙底挖掘机作业高度的作业空间。

2.墙体受控下沉施工：在作业空间内，远程遥控水下挖掘机，沿墙体走向分层挖掘槽体内的岩土体，并运至出土口，由抓斗出土。挖掘机可采用电力作为动力，并安装水下监控装置，以适应水下作业的需求。由于水下遥控挖掘作业较露天作业难度大，因此，其挖掘效率低，速度慢，而且当出现设备故障需要维修时，多半需要将设备从出土口拉至地面维修，维修周期长。而墙体2的制作需要工序也较多，耗时较长，为此，可考虑将墙体2的制作和墙底挖掘的进度统筹安排，以减少挖掘速度慢对进度的不利影响。为防止两侧挡土结构破坏，需控制单层开挖厚度，可由从地面深入墙底挖掘面的测杆(垂直度可控)实现高程传递，进而控制开挖标高。当挖至某支撑桩6处时，可由第二千斤顶5将该桩抬起，挖掘该桩底岩土并平整表面后，再将桩放下。抬起该桩时，由该桩承担的墙体自重，可由墙自身传递至临近的支撑桩体。如挖掘出的岩土含水量较大，则可用电渗法或真空预压加塑料排水板降低含水量后再外运。随着岩土体被分层挖走，第一千斤顶4顶压支撑桩6至其沉降稳定后，各第一千斤顶4和第二千斤顶5联网由电子计算机统一协调工作，控制墙体2整体均匀下沉。墙体与槽体两侧挡土结构之间夹有带滚轮的弹性支撑杆7，在传递平衡岩土压力的同时，也保证墙体2下沉摩阻力可控。挡土结构1可视为弹性梁板，而各弹性支撑杆7可视为弹性支撑点，弹性支撑杆7的刚度需要满足周边变形控制的要求。支撑杆7的弹性，可由弹簧或千斤顶实现。随着墙体2下沉，弹性支撑杆7数量不断增加，一个剖面上的各个弹性支撑杆7可用杆件连接起来形成一个杆件组，杆件组的自重由墙的底板3传递给支撑桩6。滚轮与挡土结构1和墙体2直接接触，如墙体2表面有防水，滚轮需要用轮胎式，以防止破坏防水。弹性支撑杆7如含千斤顶，则可以调控墙体2的平面位置。墙体2在第一千斤顶4的控制下下沉一段，在地面上接高一段。需要时，可在地面施做墙体2的防水。墙体2和防水制作，均在地面完成，施工空间充分，效率和质量均可较地下施工有提高。如需下沉钢支撑，也可将钢支撑杆件连接成墙体状，与地下室外墙连接后，逐段下沉。地下室外墙和内部钢支撑一起，在基坑内土体大面积开挖前到位，构成空间支护体系，可避免因超挖和支撑未及时到位而引起安全问题；钢支撑墙的位置灵活，支护体系对建筑方案、地质适应性较强。

3.墙体基础施工：墙体2下沉就位后，用墙脚部第一千斤顶4和第二千斤顶5调整墙体2标高，用夹在墙体和挡土结构之间的支撑杆7(含千斤顶)调整墙体2平面位置。清理渣土，回收挖掘机(有水情况下可由带机械手的载人潜水器或水下机器人配合完成)。回填墙体底部完成基础施工。拆除回收墙脚处的第一千斤顶4和第二千斤顶5(有水情况下可由带机械手的水下机器人完成)及测控装置。

4.换撑(需要回收带滚轮的支撑杆时)：测定各换撑位置处槽壁及墙壁形状曲线，根据曲线凹凸，粘贴垫片12在预制支撑板桩10上；两片预制支撑板桩10分片下至槽内后，分别贴在槽壁上和墙壁上，再用钢板11把两片板桩10连接起来形成格构式支撑(无水情况下，可焊接；有水情况下可用螺栓连接，钢板11上的螺栓孔位置，是根据实测槽壁及墙壁对应点距离，结合垫片12厚度、压缩模量及板桩10预埋螺栓孔位置综合得到的)；所有支撑换撑好后，提出带滚轮的弹性支撑杆7；

5.肥槽回填：对于需要防水帷幕的情况，可考虑利用肥槽形成的一个连续的空间体回填防水材料，在形成防水帷幕同时也将肥槽回填；对于需人工回填砂石的情况，设计阶段就需将回填一侧的宽度预留足够，即墙体两侧肥槽宽度可不同。

Claims (10)

1.一种沉墙施工法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)在墙体对应槽体两侧形成挡土结构；

(b)用支撑桩上的第一千斤顶(4)在开挖的槽底支撑墙体，使墙底部悬空；

(c)远程遥控水下挖掘机在墙底逐层挖除槽体内岩土；

(d)墙体与槽体两侧挡土结构之间夹入有带滚轮的弹性支撑杆；

(e)当岩土体被分层挖走，第一千斤顶(4)顶压支撑桩至其沉降稳定，用千斤顶控制墙体下沉；

(f)墙体基础施工；

(g)需回收带滚轮的弹性支撑杆时的换撑施工；

(h)肥槽回填。

2.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述墙体具有底板；所述墙体底部具有轨道梁；将钢支撑杆件连成墙状，与地下室外墙连接后，逐段下沉，在基坑大面积开挖前到位；所述槽体侧边设有出土口及相应挡土结构；所述挡土结构是素混凝土桩、素混凝土地下连续墙、钢板桩和水泥土搅拌桩中的一种；所述带滚轮的弹性支撑杆具有弹簧和千斤顶中的一种；统筹协调墙体制作和墙底挖掘的进度；由从地面深至墙底挖掘面的测杆实现高程传递，控制单层开挖厚度；利用肥槽形成的连续空间，回填防水材料，在形成防水帷幕的同时也将肥槽回填。

3.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述的步骤(b)中，包括如下步骤：开挖沟槽形成导墙，在地面制作墙体底板及一段高度的墙体；在墙脚附近的墙体上安装或现浇悬臂反力件；安装支撑桩，在支撑桩顶安装或现浇悬臂反力件；安装第一千斤顶(4)和第二千斤顶(5)，使墙底部悬空，形成墙底挖掘作业空间。

4.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述支撑桩底部岩土体局部加固，加固措施是单轴水泥土搅拌桩和素混凝土桩中的一种；所述支撑桩对称布置在墙体底部的两侧；所述支撑桩位于开挖的槽底；墙身自重由墙体上的反力件经第一千斤顶(4)传至支撑桩再传至槽体未开挖的岩土体或支撑桩下加固的岩土体。

5.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述的步骤(c)中，当挖至某支撑桩处时，由第二千斤顶(5)先将该桩抬起，待挖掘完一层该桩底部岩土后，再将该桩放下。

6.根据权利要求5所述的沉墙施工法，其特征在于，所述支撑桩抬起时，该桩承担的墙体自重，由墙自身传递至临近的支撑桩。

7.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述的步骤(d)中，弹性支撑杆的两端都布置滚轮，一端与挡土结构接触，一端与墙体接触；带滚轮的弹性支撑杆在开挖的槽体内从墙底板顶面开始向上对称布置在墙体的两侧；带滚轮的弹性支撑杆，在传递平衡岩土压力的同时，控制墙体下沉摩阻力；用连杆把同一剖面的各弹性支撑杆连接起来形成一个杆件组，杆件组的自重由墙的底板传递给支撑桩。

8.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述的步骤(e)中，包括如下步骤：各第一千斤顶(4)和第二千斤顶(5)协调工作，控制墙体整体均匀分段下沉；墙体在千斤顶的控制下下沉一段，在地面上接高一段。

9.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述的步骤(f)中，包括如下步骤：墙体下沉就位后，用第一千斤顶(4)和第二千斤顶(5)调整墙体标高，用夹在墙体和挡土结构之间的弹性支撑杆调整墙体平面位置；清理渣土，回收挖掘机；回填墙体底部完成基础施工；拆除回收墙脚处的第一千斤顶(4)和第二千斤顶(5)及测控装置。

10.根据权利要求1所述的沉墙施工法，其特征在于，所述的步骤(g)中，包括如下步骤：测定各换撑位置处槽壁及墙壁形状曲线；根据曲线凹凸，粘贴垫片在预制支撑板桩上；两片预制支撑板桩分片下至槽内后，分别贴在槽壁上和墙壁上，再用钢板把两片板桩连接起来形成格构式支撑；所有支撑换撑好后，提出带滚轮的弹性支撑杆。

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