CN110258606A - 倒挂壁围井结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种倒挂壁围井结构，属于勘探施工技术领域。本发明针对常规勘探技术对深部砂层取样扰动影响大、取样数量少及现场试验条件不理想的不足，提出一种倒挂壁围井结构。本发明包括地基，地基结构为覆盖层中夹相对不透水砂层，还包括倒挂壁和灌浆帷幕，倒挂壁采用钢筋混凝土结构、四周形成封闭式的围井，倒挂壁从覆盖层上部自上往下设置、随着深度增加墙体厚度也增加；灌浆帷幕设置在倒挂壁的外周、形成封闭的防渗帷幕，灌浆帷幕插入或穿过相对不透水砂层。相对不透水砂层埋深通常超过30m,厚度超过10m，渗透系数小于10‑5cm/s。围井内部采用水平钢支撑进行支护，围井顶部浇筑有地表圈梁，并在围井内的井底设置有降水井。
Description
技术领域
本发明涉及一种倒挂壁围井结构，属于勘探施工技术领域。
背景技术
传统勘探方法主要以钻探、浅竖井等勘探为主，现场试验仅能进行旁压试、触探、地震纵横波测试等有限试验。钻探是一种大量用于探明砂砾石层厚度的勘探方法，它可以取芯鉴定地质结构、划分地层界线，同时可进行水文地质试验、综合测井和孔内摄像作业，用以探求地层的渗透特性和更加直观地描述孔内地质特征；目前的钻探技术可以做到覆盖层钻进500多米深，但是由于钻头较小，钻进取样数量少、对土样的扰动影响大，随着钻进深度增加，上述影响越加明显；另一方面，超过一定深度比如50m后，孔内现场试验难度加大，试验方法及评价标准均需深入研究。浅竖井深度一般小于10m，勘察人员能直接观察到地质结构，准确可靠，且便于素描；可不受限制地从中采取原状岩土样和用作大型原位测试。
上述两种水利水电工程应用最广的覆盖层勘探技术，难以满足深部覆盖层原状取样及原位试验。对于部分西南地区的水电工程，坝基覆盖层深厚，且持力层以细颗粒为主，查明覆盖层尤其深部覆盖层物理力学特性、水理特性，建立覆盖层力学特性与埋深关系，准确评价坝基覆盖层沉降变形、砂土液化、坝基抗滑稳定、渗漏及渗透稳定等问题，提供坝基力学强度、承载力、渗透性、抗强震及抗液化性能等结构计算参数指标，是大坝工程设计的关键核心基础。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对常规勘探技术对深部砂层取样扰动影响大、取样数量少及现场试验条件不理想的不足，提出一种倒挂壁围井结构。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：倒挂壁围井结构，包括地基，地基结构为覆盖层中夹相对不透水砂层，还包括倒挂壁和灌浆帷幕，倒挂壁采用钢筋混凝土结构、四周形成封闭式的围井，倒挂壁从覆盖层上部自上往下设置、随着深度增加墙体厚度也增加；灌浆帷幕设置在倒挂壁的外周、形成封闭的防渗帷幕，灌浆帷幕插入或穿过相对不透水砂层。相对不透水砂层埋深通常超过30m,厚度超过10m，渗透系数小于10-5cm/s。
进一步的是：倒挂壁为由四面墙围成的矩形围井，倒挂壁相邻墙体的水平钢筋相互搭接、上下相邻浇筑层的竖向钢筋相互搭接，并且倒挂壁同一层四面墙体为整体浇筑施工形成的一体结构。
进一步的是：还包括水平钢支撑，水平钢支撑由上而下分层设置在围井四角，每一层水平钢支撑由四根注浆钢管构成，每一根注浆钢管焊接在围井相邻两面墙体的预埋钢板上，预埋钢板通过预埋钢筋焊接在围井墙体的钢筋笼上。
进一步的是：灌浆帷幕形成圆筒形的防渗帷幕，灌浆帷幕设置多圈。
进一步的是：围井顶部浇筑有地表圈梁，并在围井内的井底设置有降水井。浇筑地表圈梁，可防止围井开挖支护施工时，地面以上的水及其他杂物掉入井内。设置降水井的目的是提供干地作业环境。
对于上述倒挂壁围井结构，可按如下步骤实施：先进行灌浆帷幕的施工，形成防渗帷幕；在防渗帷幕完成并达到设计要求后，开始围井施工，围井施工包括覆盖层开挖和倒挂壁墙体浇筑，两者交替进行，开挖一层再浇筑一层，直至开挖至井底。其中，当覆盖层承载能力不满足施工要求时，在进行灌浆帷幕的施工前，先进行地基超前固结灌浆施工。灌浆帷幕施工完成后，可采取钻孔压水试验、声波测试等手段进行灌浆质量检测。
井底高程应根据相对不透水层的厚度、力学和渗透性能综合论证确定，一般设置在相对不透水层上部。
其中倒挂壁优选采用由四面墙围成的矩形围井，墙体为现浇钢筋混凝土结构，相邻两面墙体的水平钢筋在墙角部位互相搭接，分层浇筑的上层墙体竖向钢筋应伸入下层，并且四面墙体同时浇筑，形成整体。
在倒挂壁墙体形成的围井内开挖时，应及时进行支护，优选实施方式为，围井内壁设置有水平钢支撑，水平钢支撑由上而下分层设置在围井四角，每一层水平钢支撑由四根注浆钢管构成，每一根注浆钢管焊接在围井相邻两面墙体的预埋钢板上，预埋钢板通过预埋钢筋焊接在围井墙体的钢筋笼上。
在围井施工时，具体包括如下步骤：
d、围井内覆盖层采用人工开挖，分层进行，施工人员出入及出渣采用龙门吊吊运，同时在围井的井壁上安装有应急安全爬梯；
e、开挖间隙根据现场试验、提取土样的要求清理作业面，并抽排积水；
f、围井内覆盖层开挖完一层后，浇筑倒挂壁；在该层的倒挂壁达到设计强度后，并且在围井内具备安装条件时，将水平钢支撑焊接安装到预埋钢板上，并对水平钢支撑进行注浆充实；；
g、循环d～f工序，开挖时，在已浇筑的上层墙体混凝土达到设计强度后，再进行围井下层土开挖作业；直至开挖至井底，并在井底设置降水井。
为保证施工安全，本发明还包括如下步骤：
开挖过程中进行安全监测：在围井施工开挖期间，采用活动式测斜仪及平尺水位计对其进行扰度变形及渗流监测；在靠围井底部的区域选取监测断面，监测断面包含水平钢支撑(6)，在监测断面水平钢支撑与倒挂壁每个连接部位的预埋钢筋上布置钢筋计，对其钢筋应力进行监测；
根据上述工序的安全监测成果，进行倒挂壁变形和井内渗流复核，必要时采取安全施工措施。
本发明的有益效果是：灌浆帷幕伸入或穿过相对不透水砂层，为倒挂壁围井施工提供安全保障；钢筋混凝土结构的倒挂壁墙体整体浇筑，相邻墙体钢筋相互搭接，并通过焊接水平钢支撑，进一步加强围井整体稳定性能；围井底部是相对不透水砂层，围井开挖基坑设置降水井提供干地作业环境。
附图说明
图1是本发明的剖面示意图。
图2是图1的A-A示意图。
图中部件标记：覆盖层1、相对不透水砂层2、倒挂壁3、预埋钢筋4、预埋钢板5、水平钢支撑6、灌浆帷幕7、降水井8、井底9、地表圈梁10、地面11。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明中的地基结构为覆盖层1中夹相对不透水砂层2，还包括倒挂壁3和灌浆帷幕7，倒挂壁3采用钢筋混凝土结构、四周形成封闭式的围井，倒挂壁3从覆盖层1上部自上往下设置、随着深度增加墙体厚度也增加；灌浆帷幕7设置在倒挂壁3的外周、形成封闭的防渗帷幕，灌浆帷幕7插入或穿过相对不透水砂层2。相对不透水砂层2埋深通常超过30m，厚度超过10m，渗透系数小于10-5cm/s。实施时，先进行灌浆帷幕7的施工，形成防渗帷幕；在防渗帷幕完成并达到设计要求后，开始围井施工，围井施工包括覆盖层1开挖和倒挂壁3墙体浇筑，两者交替进行，开挖一层再浇筑一层，直至开挖至井底9，并在井底9设置降水井8。灌浆帷幕7优选形成圆筒形的防渗帷幕，灌浆帷幕7可设置多圈，灌浆帷幕7的深度及排数应根据渗流计算确定。井底9高程应根据相对不透水层2的厚度、力学和渗透性能综合论证确定，一般设置在相对不透水层2上部。灌浆帷幕7下端是插入还是穿过相对不透水砂层2，也应根据相对不透水层2的厚度、力学和渗透性能综合论证确定。
在施工时，灌浆帷幕7采用孔口封闭自上而下灌浆；当地表的覆盖层1承载能力不满足施工要求时，在灌浆帷幕7施工前，还需进行必要的地基超前固结灌浆施工。灌浆帷幕7施工完成后，可采取钻孔压水试验、声波测试等手段进行灌浆质量检测。
为方便施工，并保证结构稳定，倒挂壁3为由四面墙围成的矩形围井，倒挂壁3相邻墙体的水平钢筋相互搭接、上下相邻浇筑层的竖向钢筋相互搭接，并且倒挂壁3同一层四面墙体为整体浇筑施工形成的一体结构。
在倒挂壁3形成的围井内开挖时，应及时进行支护，优选实施方式为，围井内壁设置有水平钢支撑6，水平钢支撑6由上而下分层设置在围井四角，每一层水平钢支撑6由四根注浆钢管构成，每一根注浆钢管焊接在围井相邻两面墙体的预埋钢板5上，预埋钢板5通过预埋钢筋4焊接在围井墙体的钢筋笼上。
在开挖形成的围井内采取的支护型式、支护时机及支护参数设计均应进行技术经济综合论证分析确定。
此外，倒挂壁3顶部浇筑有地表圈梁10，并在围井的井底9设置有降水井8。浇筑地表圈梁10，可防止围井开挖支护施工时，地面11以上的水及其他杂物掉入井内。设置降水井8的目的是提供干地作业环境。
本发明优选按如下步骤实施：
a、灌浆帷幕7施工；钻进设备和施工方式根据覆盖层1和相对不透水砂层2特性选取；
b、灌浆帷幕7施工完成后，采取钻孔压水试验、声波测试等手段进行灌浆质量检测；灌浆帷幕7满足设计要求后，进行围井施工；
c、在浇筑第一层倒挂壁3时，顶部浇筑地表圈梁10，防止围井开挖支护施工时，地面11以上的水及其他杂物掉入井内；
d、围井内覆盖层1采用人工开挖，分层进行，施工人员出入及出渣采用龙门吊吊运，同时在围井的井壁上安装有应急安全爬梯；
e、开挖间隙根据现场试验、提取土样的要求清理作业面，并抽排积水；
f、围井内覆盖层1开挖完一层后，浇筑倒挂壁3；在该层的倒挂壁3达到设计强度后，并且在围井内具备安装条件时，将水平钢支撑6焊接安装到预埋钢板5上，并对水平钢支撑6进行注浆充实；；
g、循环d～f工序，开挖时，在已浇筑的上层墙体混凝土达到设计强度后，再进行围井下层土开挖作业；直至开挖至井底9，并在井底9设置降水井8；
h、开挖过程中进行安全监测：在围井施工开挖期间，采用活动式测斜仪及平尺水位计对其进行扰度变形及渗流监测；在靠围井底部的区域选取监测断面，监测断面包含水平钢支撑6，在监测断面水平钢支撑6与倒挂壁3每个连接部位的预埋钢筋4上布置钢筋计，对其钢筋应力进行监测；在具体实施时，可在靠底部应力较大区域选取2个监测断面，监测频次为1周1次，同时进行现场巡视检查；
i、根据h工序安全监测成果，进行倒挂壁3变形和井内渗流复核，必要时采取安全施工措施。
实施例：
覆盖层1的深度超过100m，中间夹相对不透水层2，相对不透水层2埋深约50m，厚15m～20m，渗透系数为10-5cm/s～10-6cm/s。为查清覆盖层1和相对不透水层2的力学和渗流特性，采用倒挂壁围井结构进行覆盖层1和相对不透水层2的原状取样和原位试验。倒挂壁3采用钢筋混凝土结构，墙厚0.6m～1.0m。围井平面净尺寸6.4m×6.4m，井深56m，井底位于相对不透水层2上部。在围井周围采用圆筒形灌浆帷幕7防渗，通过渗流计算，灌浆帷幕7穿过相对不透水砂层2并插入下部覆盖层1深度20m，灌浆帷幕7共设3排，每排布置60个灌浆孔，3排帷幕的平面半径分别为6.44m、7.04m、7.64m。为保证倒挂壁3围井结构的稳定，在倒挂壁3围井内壁设20层水平钢支撑6，通过结构计算，水平钢支撑6每隔2m～5m高度设一层，其中倒挂壁3上部受力小，层间间隔大，下部受力大，层间间隔小。每层水平钢支撑6包括四根直径600mm的钢管，分别斜撑在相邻两面倒挂壁3的墙体上，钢管内灌注C35膨胀水泥砂浆；倒挂壁3的支撑断面上各预埋一块30mm厚的预埋钢板5及焊接于钢板上的U型锚固预埋钢筋4，预埋钢筋4和预埋钢板5通过焊接在倒挂壁3墙体内的钢筋笼上、浇筑在混凝土中。为保证倒挂壁3墙体整体稳定性，倒挂壁3围井整体浇筑，并且相邻墙体的水平钢筋相互搭接、上下相邻浇筑层的竖向钢筋相互搭接。
Claims (10)
1.倒挂壁围井结构，包括地基，地基结构为覆盖层(1)中夹相对不透水砂层(2)，其特征在于：还包括倒挂壁(3)和灌浆帷幕(7)，倒挂壁(3)采用钢筋混凝土结构、四周形成封闭式的围井，倒挂壁(3)从覆盖层(1)上部自上往下设置、随着深度增加墙体厚度也增加；灌浆帷幕(7)设置在倒挂壁(3)的外周、形成封闭的防渗帷幕，灌浆帷幕(7)插入或穿过相对不透水砂层(2)。
2.如权利要求1所述的倒挂壁围井结构，其特征在于：倒挂壁(3)为由四面墙围成的矩形围井，倒挂壁(3)相邻墙体的水平钢筋相互搭接、上下相邻浇筑层的竖向钢筋相互搭接，并且倒挂壁(3)同一层四面墙体为整体浇筑施工形成的一体结构。
3.如权利要求2所述的倒挂壁围井结构，其特征在于：还包括水平钢支撑(6)，水平钢支撑(6)由上而下分层设置在围井四角，每一层水平钢支撑(6)由四根注浆钢管构成，每一根注浆钢管焊接在围井相邻两面墙体的预埋钢板(5)上，预埋钢板(5)通过预埋钢筋(4)焊接在围井墙体的钢筋笼上。
4.如权利要求1所述的倒挂壁围井结构，其特征在于：灌浆帷幕(7)形成圆筒形的防渗帷幕，灌浆帷幕(7)设置多圈。
5.如权利要求1所述的倒挂壁围井结构，其特征在于：围井顶部浇筑有地表圈梁(10)，并在围井内的井底(9)设置有降水井(8)。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的倒挂壁围井结构的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：
先进行灌浆帷幕(7)的施工，形成防渗帷幕；
在防渗帷幕完成并达到设计要求后，开始围井施工，围井施工包括覆盖层(1)开挖和倒挂壁(3)墙体浇筑，两者交替进行，开挖一层再浇筑一层，直至开挖至井底(9)。
7.如权利要求6所述的倒挂壁围井结构的实施方法，其特征在于，在围井施工时，还包括如下步骤：
d、围井内覆盖层(1)采用人工开挖，分层进行，施工人员出入及出渣采用龙门吊吊运，同时在围井的井壁上安装有应急安全爬梯；
e、开挖间隙根据现场试验、提取土样的要求清理作业面，并抽排积水；
f、围井内覆盖层(1)开挖完一层后，浇筑倒挂壁(3)；在该层的倒挂壁(3)达到设计强度后，并且在围井内具备安装条件时，将水平钢支撑(6)焊接安装到预埋钢板(5)上，并对水平钢支撑(6)进行注浆充实；；
g、循环d～f工序，开挖时，在已浇筑的上层墙体混凝土达到设计强度后，再进行围井下层土开挖作业；直至开挖至井底(9)，并在井底(9)设置降水井(8)。
8.如权利要求6所述的倒挂壁围井结构的实施方法，其特征在于：井底(9)设置在相对不透水层(2)上部。
9.如权利要求6所述的倒挂壁围井结构的实施方法，其特征在于：当覆盖层(1)承载能力不满足施工要求时，在进行灌浆帷幕(7)的施工前，先进行地基超前固结灌浆施工。
10.如权利要求6所述的倒挂壁围井结构的实施方法，其特征在于，还包括如下步骤：
开挖过程中进行安全监测：在围井施工开挖期间，采用活动式测斜仪及平尺水位计对其进行扰度变形及渗流监测；在靠围井底部的区域选取监测断面，监测断面包含水平钢支撑(6)，在监测断面水平钢支撑(6)与倒挂壁(3)每个连接部位的预埋钢筋(4)上布置钢筋计，对其钢筋应力进行监测；
根据上述工序的安全监测成果，进行倒挂壁(3)变形和井内渗流复核，必要时采取安全施工措施。
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