CN113089703B - 一种复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，包括以下步骤：设置地下连续墙及横隔墙；在地下连续墙位置处开挖成槽，完成地下连续墙槽段施工；将地下连续墙钢筋笼沉入地下连续墙槽中；浇筑混凝土，完成地下连续墙施工；在设计横隔墙位置处开挖成槽，完成横隔墙槽段施工；清除地下连续墙与横隔墙槽段连接位置处的土体；浇筑素混凝土，完成横隔墙施工；分区抽水测试；测试过程中若满足设计要求，则基坑开挖前抽水施工顺利结束，随即开展正式基坑开挖抽水施工。本发明通过结合坑外被保护建筑尺寸和位置来合理布置横隔墙间距、宽度和高度，可同时兼顾工程经济性和变形控制效果。

Description

一种复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法
技术领域
本发明属于基坑工程技术领域，特别涉及一种复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法。
背景技术
在天津、上海等高水位软土地区，基坑开挖前抽水是基坑施工中必须进行的一项工作，常用以检验抽水井中水位下降和单井出水量能否满足设计要求，若不满足则及时补做抽水井，以避免基坑正式开挖后出现坑内水位无法下降的问题。另外，当坑外有对变形敏感的建筑时，还需在开挖前进行抽水测试以评估基坑抽水对坑外建筑的影响，以为正式基坑抽水方案的制定提供基础资料。郑刚[1]等发现基坑开挖前抽水施工可造成地连墙厘米级的侧移，并进而引发坑外建筑大幅沉降；然而基坑开挖前无法在地连墙深度范围内施工足够的内支撑或锚杆（注：此时，仅能施工地连墙顶部的第一道内支撑或锚杆），实际工程的监测资料表明，墙顶第一道内支撑仅能有效限制基坑抽水引起的地连墙顶部侧移，而深部墙体位置仍可出现较大侧移，对周边环境产生不利影响，为此，如何在基坑开挖前抽水阶段控制深部墙体位置处的侧移则成为变形控制的关键。欧章煜[2]、 曾超峰[3]等研究发现在基坑内设置垂直于基坑地连墙的横隔墙可对地连墙深部变形起到一定的约束作用，且在地铁基坑中，横隔墙的这一变形约束作用十分明显。另外，随着我国城镇化的快速发展，基坑周边可能存在多个既有建筑，但现有文献资料并未考虑坑外建筑分布复杂时如何针对性地布置横隔墙，因此在建筑不同分布情况下（如，不同尺寸、位置、相邻间距），如何以更经济、合理的方式来使用横隔墙进行开挖前抽水引发变形（尤其是深部地连墙侧移）的控制还不清楚。
参考文献：
[1]郑刚, 曾超峰. 基坑开挖前潜水抽水引起的地下连续墙侧移研究[J]. 岩土工程学报, 2013, 35(12): 2153-2163。
[2] Chang-Yu Ou, Pio-Go Hsieh, Yi-Lang Lin. Performance ofExcavations with Cross Walls[J]. Journal of Geotechnical and GeoenvironmentalEngineering,2011,137(1)。
[3]曾超峰, 王硕, 宋伟炜, 等.内隔墙对开挖前抽水引发软土区地铁深基坑变形的控制效果[J]. 岩石力学与工程学报.https://doi.org/10.13722/j.cnki.jrme.2020.0900。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明在申请人已开展的大量实验与模拟仿真研究基础之上（研究尚未发表），提供一种施工简单、安全风险低的复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，包括以下步骤：
（1）在基坑开挖前于基坑侧壁设置地下连续墙及横隔墙；
（2）在设计地下连续墙位置处，采用成槽机械开挖成槽至第一设计深度，完成该位置处地下连续墙槽段施工；
（3）在地下连续墙钢筋笼靠近基坑内一侧每隔一设定距离焊接若干块钢板，并将钢筋笼沉入地下连续墙槽中；
（4）向步骤（2）开挖槽中浇筑混凝土，完成地下连续墙施工；
（5）在设计横隔墙位置处，采用成槽机械开挖成槽至第二设计深度，完成该位置处横隔墙槽段施工；
（6）采用旋喷注浆的方式清除地下连续墙与横隔墙槽段连接位置处的土体；
（7）向步骤（5）开挖槽中浇筑素混凝土，完成横隔墙施工；
（8）开展基坑开挖前分区抽水测试，根据基坑分区结果，由基坑短边任一侧至另一侧先后进行抽水测试；
（9）测试过程中若抽水井中水位下降和单井出水量满足设计要求，则基坑开挖前抽水施工顺利结束，随即开展正式基坑开挖抽水施工。
上述复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，所述步骤（1）中，横隔墙与被保护建筑侧基坑长边的地下连续墙垂直连接，相邻横隔墙间距d由被保护建筑向基坑长边的投影范围x 1与基坑设计宽度B决定，当x 1≤1.5B时，在x 1范围内布置最多1面横隔墙；当3B≥x 1＞1.5B时，在x 1范围内布置1面或2面横隔墙；当x 1>3B时，按相邻横隔墙间距3B≥d＞1.5B的规律布置横隔墙，且在x 1范围内至少布置2面横隔墙，x 1范围大小与被保护建筑对应的横隔墙沿基坑长边分布范围x2大小相同或相近。
上述复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，所述步骤（1）中，对于被保护建筑向基坑长边的投影范围x 1与基坑设计宽度B之间大小对比的三类情况，在满足相邻横隔墙间距d、横隔墙与基坑短边地连墙间距d´均大于1.5B的情况下，所述横隔墙具体布置位置沿x 1中轴线对称，若只需布置1面横隔墙时，则恰好将其布置在x 1中轴线处，若因被保护建筑位于边角附近从而导致横隔墙与基坑短边的间距无法大于1.5B时，则直接利用基坑短边地连墙兼做1面横隔墙。
上述复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，当基坑外存在多个被保护建筑时，还需满足以下要求：
当基坑长边外同侧存在多个被保护建筑时，若任意相邻被保护建筑沿基坑长边方向的间距小于1.5B时，则将相邻被保护建筑综合视作一个被保护建筑按x 1与B之间大小对比的三类情况来分类布置横隔墙，若相邻间距大于或等于1.5B时，则根据其各自大小按x 1与B之间大小对比的三类情况来分类布置横隔墙；
当基坑长边外两侧均存在被保护建筑时，在两侧被保护建筑沿基坑长边投影重合范围内，用于保护两侧建筑物的横隔墙数量相同、且横隔墙的中心线重合，而在所述投影重合范围外，则根据各侧被保护建筑数量、间距、大小按上述原则来分类布置横隔墙。
上述复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，当被保护建筑对应的横隔墙仅有1面或2面时，所述横隔墙为贯通式横隔墙，其长度b 1=B；当被保护建筑对应的横隔墙大于2面时，被保护建筑对应的横隔墙沿基坑长边分布范围x2范围内最外侧横隔墙为贯通式横隔墙，x 2范围内其余横隔墙为贯通式横隔墙或非贯通式横隔墙，若采用非贯通式横隔墙，其长度b 2由基坑设计宽度B和目标抽水深度H d决定，当目标抽水深度H d小于0.3H，H为所述基坑地下连续墙高度，b 2满足0.5B≥b 2≥0.25B；当0.6H≥H d≥0.3H，b 2满足0.75B≥b 2＞0.5B；当H d＞0.6H，b 2满足B＞b 2＞0.75B；非贯通式横隔墙与被保护建筑侧基坑长边的地下连续墙垂直连接。
上述复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，所述基坑内所有横隔墙沿深度的分布位置均相同；所述横隔墙顶部与所述地下连续墙顶部的距离h 1由目标抽水深度H d决定，当H d＜0.3H，h 1满足2/3H d≥h 1≥0；当H d≥0.3H，h 1满足1/3H d≥h 1≥0；当基坑外被保护地下结构在目标抽水深度上方时，横隔墙底部埋深与目标抽水深度一致，而当基坑外被保护地下结构在目标抽水深度下方时，横隔墙底部位于目标抽水深度下方，且与目标抽水深度的距离h 2小于等于1/3(H-H d)。
上述复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，所述步骤（3）中，焊接在地下连续墙上钢板与地下连续墙保护层等厚；钢板宽度大于横隔墙厚度0.2 m，且两者中心线重合；所述钢板顶部与横隔墙顶部平齐；所述钢板底部与横隔墙底部平齐。
上述复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，所述步骤（1）中，基坑内所有横隔墙及地下连续墙厚度相同。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过结合坑外被保护建筑尺寸和位置来合理布置横隔墙间距、宽度和高度，可同时兼顾工程经济性和变形控制效果，为软土变形敏感区地铁基坑开挖前抽水施工过程中的变形控制提供一种可行的思路。
2、本发明通过合理的布置，既有效地控制了基坑开挖前抽水引起的变形，又降低了盲目布置横隔墙（间距过密、与地连墙等高、全贯通）的工程造价，并且针对基坑外建筑物不同分布情况，提出了针对性的横隔墙布置方案，在基坑开挖前抽水过程中，横隔墙不仅可以限制地下连续墙顶部侧移，还可以有效控制地下连续墙深部变形。另外，在基坑开挖时，横隔墙的布置为基坑施工提供了大量工作面，提高了基坑施工效率。
3、若同时施工地下连续墙及横隔墙，地下连续墙及横隔墙开挖将形成T形槽段，该槽段稳定性差，拐角容易坍塌；若分别施工地下连续墙及横隔墙，地下连续墙及横隔墙连接位置不进行处理，则连接位置将可能夹杂软弱土体，使得横隔墙无法充分发挥侧向支护作用。故，相比于其他施工方法，本发明提供的施工方法容易施工，且清除了连接位置可能夹杂的软弱土体，使地下连续墙与横隔墙有效连结，横隔墙能够充分发挥其侧向支撑作用。
附图说明
图1为本发明实施例工程1中窄条形地铁车站基坑与横隔墙的立体结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图2的a-a剖视图。
图4为工程2中窄条形地铁车站基坑与横隔墙平面布置示意图。
图5为工程3中窄条形地铁车站基坑与横隔墙平面布置示意图。
图6为地下连续墙与横隔墙连接位置施工图。
图7为地下连续墙钢筋笼及钢板侧视图。
图中：1为贯通式横隔墙；2为非贯通式横隔墙；3为地下连续墙；4为地下连续墙钢筋笼；5为钢板；6为地下连续墙槽段；7为横隔墙设计位置；8为横隔墙槽段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在基坑开挖前于基坑侧壁设置地下连续墙及横隔墙。
根据工程条件，确定横隔墙的布置方式。参见图1至图3，所述横隔墙与被保护建筑侧基坑长边的地下连续墙3垂直连接。根据被保护建筑向基坑长边的投影范围x 1及位置确定横隔墙的平面布置，如图2所示，该工程中，由于基坑外被保护建筑沿基坑长边分布范围x 1=4.4B＞3B，故先在被保护建筑向基坑长边的投影范围x 1中心线处布置1面横隔墙，再在x 1中心线处两侧按相邻横隔墙间距d=2.2B的规律等间距布置了2面横隔墙，使得被保护建筑对应的横隔墙沿基坑长边分布范围x2等于所述建筑沿基坑长边的投影范围x 1，被保护建筑对应的相邻横隔墙间距d满足：3B≥d＞1.5B，并且满足横隔墙与基坑短边地连墙间距d´大于1.5B要求。如图2、图3所示，由于被保护建筑对应的横隔墙有多面，故被保护建筑对应的横隔墙沿基坑长边分布范围x2内最外侧两面横隔墙为贯通式横隔墙1，中心位置横隔墙为非贯通式横隔墙2，又由于目标抽水深度H d较大，H d = 0.7H＞0.6H（H为地下连续墙3高度），该非贯通式横隔墙2的长度b 2均等于0.8倍的基坑设计宽度B，满足了0.75 B <b 2<B。横隔墙的厚度均与地下连续墙3的厚度一致。
根据目标抽水深度H d以确定横隔墙的立面布置，以上述基坑的a-a剖面图为例，如图3所示，按照各面横隔墙高度一定的原则布置横隔墙，由于基坑外被保护地下结构在目标抽水深度下方，故为减小基坑开挖前抽水对该地下结构的影响，将横隔墙底部设置在目标抽水深度下方，且与目标抽水深度距离h 2为1/3(H-H d)，由于目标抽水深度H d较大（H d =0.7H＞0.3H），横隔墙顶部与地下连续墙3顶部距离h 1为1/3H d。
上述工程1（图1~图3）基坑外仅有一个被保护建筑，为方便理解本发明中横隔墙的布置原则，以基坑外环境较复杂情况作进一步详细的描述。参考图4(工程2)，图5(工程3)，工程2、工程3仅基坑外被保护建筑的分布情况与工程1不同，故仅对横隔墙平面布置作进一步描述。
如图4所示，该工程中，被保护建筑1与被保护建筑3的距离为2.3B＞1.5B，不需将二者看成一个建筑，同样地，被保护建筑1与被保护建筑2的距离为1.6B＞1.5B，也不需将二者看成一个建筑。三个被保护建筑需根据其各自大小来分类布置横隔墙。被保护建筑3向基坑长边的投影范围x 1=B，即x 1≤1.5B，故可在x 1范围内布置最多1面横隔墙，而由于被保护建筑位于边角附近，若在x 1范围内布置横隔墙则无法满足该横隔墙与基坑短边的间距大于1.5B，故直接利用基坑短边地连墙兼做1面横隔墙。被保护建筑1沿基坑长边分布范围x 1=4.4B＞3B，故先在被保护建筑向基坑长边的投影范围x 1中心线处布置1面横隔墙，再在x 1中心线处两侧按相邻横隔墙间距d=2.2B的规律等间距布置了2面横隔墙，使得被保护建筑对应的横隔墙范围x 2等于所述建筑沿基坑长边的投影范围x 1，被保护建筑对应的相邻横隔墙间距d满足：3B≥d＞1.5B，且被保护建筑1对应的最左侧横隔墙与基坑短边间距为d´=3.3B＞1.5B。由于被保护建筑2沿基坑长边分布范围3B ≥ x 1 ＞1.5B，故需在x 1范围内布置一面或两面横隔墙，若布置两面横隔墙则不满足被保护建筑对应的相邻横隔墙间距、横隔墙与基坑短边地连墙间距d´均大于1.5B的要求，故仅能布置一面横隔墙。将被保护建筑2对应的横隔墙布置在距基坑短边地连墙1.7B位置，即d´=1.7B＞1.5B，此时，被保护建筑1对应的最右侧横隔墙与被保护建筑2对应的横隔墙间距为d=1.6B＞1.5B。
如图5所示，该工程中，被保护建筑1对应的横隔墙可按图2工程布置。被保护建筑2与被保护建筑3距离为0.5B＜1.5B，故将二者综合视作一个被保护建筑4布置横隔墙。由于被保护建筑1与被保护建筑4位于不同侧，则所述被保护建筑沿基坑长边“投影重合范围”内相对应的横隔墙数量应相同，且横隔墙中心线应重合。而被保护建筑1中心位置横隔墙由于目标抽水深度较大设计为非贯通式横隔墙，横隔墙长度已达0.8B，故无法在另一侧基坑长边相同水平位置再布置0.8B长度的横隔墙，所以只需将被保护建筑1中心位置横隔墙设计为贯通式横隔墙，此时该横隔墙既为被保护建筑1对应的横隔墙，也为被保护建筑2对应的横隔墙。被保护建筑1最右侧横隔墙原本设计即为贯通式横隔墙，故该横隔墙可兼做被保护建筑1对应的横隔墙。被保护建筑4“投影重合范围”外大小为1.9B（3B≥1.9B＞1.5B），故需布置1面或2面横隔墙，若布置两面横隔墙则不满足被保护建筑对应的相邻横隔墙间距、横隔墙与基坑短边地连墙间距d´均大于1.5B的要求，故仅能布置一面横隔墙，将被保护建筑4对应的最右侧横隔墙布置在距基坑短边地连墙1.6B位置，即d´=1.6B＞1.5B，此时，被保护建筑4对应的最右侧横隔墙与被保护建筑1对应的最右侧横隔墙间距为d=1.7B＞1.5B。
按照上述设计的布置方式，施工地下连续墙3及横隔墙，参考图6。
（2）在设计地下连续墙位置处，采用成槽机械（如抓斗式成槽机）开挖成槽至第一设计深度，完成该位置处地下连续墙槽段6施工。
（3）在地下连续墙钢筋笼4靠近基坑内一侧每隔一设定距离焊接若干块钢板5用于与后续施做的横隔墙相连，并将钢筋笼沉入地下连续墙槽中；如图7所示，所述钢板5宽度大于设计横隔墙厚度约0.2 m，且两者中心线重合；所述钢板5顶部与地下连续墙钢筋笼4顶部（沉入槽后接近地表）平齐；所述钢板5底部与设计横隔墙底部平齐。
（4）向步骤（2）开挖槽中浇筑混凝土，完成地下连续墙3施工。
（5）在设计横隔墙位置7处，采用成槽机械（如抓斗式成槽机）开挖成槽至第二设计深度，完成该位置处横隔墙槽段8施工。
（6）采用旋喷注浆的方式清除地下连续墙3与横隔墙槽段8连接位置处的土体，以避免后续施工的横隔墙与地下连续墙3间夹杂软弱土体从而降低横隔墙对侧向变形的约束效果。
（7）向步骤（5）开挖槽中浇筑素混凝土，完成横隔墙施工。
（8）开展基坑开挖前分区抽水测试，根据基坑分区结果，由基坑短边任一侧至另一侧先后进行抽水测试。
（9）测试过程中若抽水井中水位下降和单井出水量满足设计要求，则基坑开挖前抽水施工顺利结束，随即开展正式基坑开挖抽水施工。
（8）测试过程中若抽水井中水位下降和单井出水量能满足设计要求，则基坑开挖前抽水施工顺利结束，随即可开展正式基坑开挖抽水施工。

Claims (6)

1.一种复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在基坑开挖前于基坑侧壁设置地下连续墙及横隔墙；
（2）在设计地下连续墙位置处，采用成槽机械开挖成槽至第一设计深度，完成该位置处地下连续墙槽段施工；
（3）在地下连续墙钢筋笼靠近基坑内一侧每隔一设定距离焊接若干块钢板，并将钢筋笼沉入地下连续墙槽中；
（4）向步骤（2）开挖槽中浇筑混凝土，完成地下连续墙施工；
（5）在设计横隔墙位置处，采用成槽机械开挖成槽至第二设计深度，完成该位置处横隔墙槽段施工；
（6）采用旋喷注浆的方式清除地下连续墙与横隔墙槽段连接位置处的土体；
（7）向步骤（5）开挖槽中浇筑素混凝土，完成横隔墙施工；
（8）开展基坑开挖前分区抽水测试，根据基坑分区结果，由基坑短边任一侧至另一侧先后进行抽水测试；
（9）测试过程中若抽水井中水位下降和单井出水量满足设计要求，则基坑开挖前抽水施工顺利结束，随即开展正式基坑开挖抽水施工；
所述步骤（1）中，横隔墙与被保护建筑侧基坑长边的地下连续墙垂直连接，相邻横隔墙间距d由被保护建筑向基坑长边的投影范围x 1与基坑设计宽度B决定，当x 1≤1.5B时，在x 1范围内布置最多1面横隔墙；当3B≥x 1＞1.5B时，在x 1范围内布置1面或2面横隔墙；当x 1>3B时，按相邻横隔墙间距3B≥d＞1.5B的规律布置横隔墙，且在x 1范围内至少布置2面横隔墙，x 1范围大小与被保护建筑对应的横隔墙沿基坑长边分布范围x 2大小相同或相近；
所述步骤（1）中，对于被保护建筑向基坑长边的投影范围x 1与基坑设计宽度B之间大小对比的三类情况，在满足相邻横隔墙间距d、横隔墙与基坑短边地连墙间距d´均大于1.5B的情况下，所述横隔墙具体布置位置沿x 1中轴线对称，若只需布置1面横隔墙时，则恰好将其布置在x 1中轴线处，若因被保护建筑位于边角附近从而导致横隔墙与基坑短边的间距无法大于1.5B时，则直接利用基坑短边地连墙兼做1面横隔墙。
2.根据权利要求1所述的复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，其特征在于，当基坑外存在多个被保护建筑时，还需满足以下要求：
当基坑长边外同侧存在多个被保护建筑时，若任意相邻被保护建筑沿基坑长边方向的间距小于1.5B时，则将相邻被保护建筑综合视作一个被保护建筑按x 1与B之间大小对比的三类情况来分类布置横隔墙，若相邻间距大于或等于1.5B时，则根据其各自大小按x 1与B之间大小对比的三类情况来分类布置横隔墙；
当基坑长边外两侧均存在被保护建筑时，在两侧被保护建筑沿基坑长边投影重合范围内，用于保护两侧建筑物的横隔墙数量相同、且横隔墙的中心线重合，而在所述投影重合范围外，则根据各侧被保护建筑数量、间距、大小按上述原则来分类布置横隔墙。
3.根据权利要求2所述的复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，其特征在于，当被保护建筑对应的横隔墙仅有1面或2面时，所述横隔墙为贯通式横隔墙，其长度b 1=B；当被保护建筑对应的横隔墙大于2面时，被保护建筑对应的横隔墙沿基坑长边分布范围x2范围内最外侧横隔墙为贯通式横隔墙，x 2范围内其余横隔墙为贯通式横隔墙或非贯通式横隔墙，若采用非贯通式横隔墙，其长度b 2由基坑设计宽度B和目标抽水深度H d决定，当目标抽水深度H d小于0.3H，H为所述基坑地下连续墙高度，b 2满足0.5B≥b 2≥0.25B；当0.6H≥H d≥0.3H，b 2满足0.75B≥b 2＞0.5B；当H d＞0.6H，b 2满足B＞b 2＞0.75B；非贯通式横隔墙与被保护建筑侧基坑长边的地下连续墙垂直连接。
4.根据权利要求3所述的复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，其特征在于，所述基坑内所有横隔墙沿深度的分布位置均相同；所述横隔墙顶部与所述地下连续墙顶部的距离h 1由目标抽水深度H d决定，当H d＜0.3H，h 1满足2/3H d≥h 1≥0；当H d≥0.3H，h 1满足1/3H d≥h 1≥0；当基坑外被保护地下结构在目标抽水深度上方时，横隔墙底部埋深与目标抽水深度一致，而当基坑外被保护地下结构在目标抽水深度下方时，横隔墙底部位于目标抽水深度下方，且与目标抽水深度的距离h 2小于等于1/3(H-H d)。
5. 根据权利要求1所述的复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中，焊接在地下连续墙上钢板与地下连续墙保护层等厚；钢板宽度大于横隔墙厚度0.2 m，且两者中心线重合；所述钢板顶部与横隔墙顶部平齐；所述钢板底部与横隔墙底部平齐。
6.根据权利要求1所述的复杂环境中开挖前抽水引发变形的控制方法，其特征在于，所述步骤（1）中，基坑内所有横隔墙及地下连续墙厚度相同。
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