CN1148122A

CN1148122A - 基坑开挖新方法

Info

Publication number: CN1148122A
Application number: CN 95115952
Authority: CN
Inventors: 邓力华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-04-23

Abstract

所属技术领域：建筑工程(岩土工程)需解决的技术问题：①.土体结构的破坏与喷射水压力的关系；②.喷头在墙下的排列问题；③.墙体与土体之间阻力的测定。主要技术特征及用途：在建筑场地预制好地下室墙壁，通过墙下的高压水喷头喷出的高速水流，破坏墙下的直接支撑土体，使墙体在自重作用下逐节下沉至预定标高，然后，再在墙体内部逐层开挖，逐层修造楼板及底板，主要用于软粘土地区的基坑开挖及其他地下结构的建造。

Description

基坑开挖新方法

所属技术领域：建筑工程(岩土工程)

现有技术：现有的开挖方法主要有放坡开挖，支护(包括灌注桩，地下连续墙支撑，锚固等)开挖。但放坡开挖土方量大，且在建筑物密集地区往往是不允许的；而支护开挖虽然土方量减少了，但由于需要大量的支护结构，造成很大的浪费。而沉井虽然克服了上面的缺点，但又由于施工困难而应用范围很小。具体请参见《土层地下建筑结构》<同济大学编>，《土层地下建筑施工》(同济大学编)，《地基处理》(叶书瞵编著，中国建筑工业出版社出版)，《基坑开挖中岩土工程问题学术讨论会论文集》(侯学渊，魏道垛等主编)《高层建筑地下结构及基坑支护》(黄熙龄主编，宇航出版社出版)。

本发明目的：解决软土砂土等地区基坑开挖难度高，费用大，费工费时的问题，加快社会主义现代化建设的进程。

主要内容：基坑开挖是岩土工程中的一个综合性强，涉及面广，要求较高的难题，虽然目前基坑开挖的方法，理论很多，但都有一个明显的特点：先支护开挖，然后再修建地下结构。这样，由于大量的支护结构白白地埋进地下，给国民经济造成极大的浪费，影响现代化建设的进程。

本文提出一种关于基坑开挖的一种新的方法：在预制好的墙体下安置高压喷头，通过高压水喷头喷射的水流，破坏墙下的直接支撑土体，使墙体在自重作用下陷入土中，然后，才开始构造楼面，内隔墙，立柱，底梁和底板等结构。

(一).施工过程概述

墙壁是一个用钢筋混凝土作成的上无盖下无底的井筒状结构物，施工时先在建筑工地整平地面，在上预制第一节墙壁，墙体里有竖向水管相通，竖向钢水管有两个作用：通水兼作一部分竖向配筋。水管下端设有高压水喷头(参照图1-4)。造好后，通过高压喷水，破坏并推开墙下的支撑土体，使墙体陷入土中，并通过控制各管的喷射功率来控制墙体下沉过程中的倾斜(纠偏)，当第一节墙体露出地面不多时，停止喷射，接高墙体，待达到规定强度后，继续喷射使墙下沉。直到预定设计标高止，然后从地面逐层开挖，逐层构造内隔墙，横梁等，最后封底，修楼面等，

(二).墙壁构造：墙壁，刃脚，水管及喷头

①.墙壁：

墙壁从纵断面看一般有两种形式：上下等厚的直壁和呈阶梯状的阶梯壁。一般当土质比较松软，摩擦力不大时，采用直壁即可，当下沉深度较大时，考虑到水，土压力随深度不断增大，可以把墙壁做成阶梯形，侧壁是最主要的部分，应有足够的厚度和强度，设计时通常以强度验算为主，厚度与沉井相比一般较薄。

②.刃脚：

侧壁下端一般都作成刀刃状，叫刃脚，其主要功能是减少下陷时的正面阻力，刃脚应有一定的强度，以免下沉过程中损坏，刃脚内侧倾角一般为40-50度，高度视封底情况而定，一般干封时取0.6m，湿封时取1.5m。

③.水管及喷头：

水管一般用钢或合金作成，除了是水流通道外，还兼作一部分竖向配筋，施工完毕后应注入混凝土。喷头与喷头之间的距离一般由喷射距离决定，喷射距离与压力，土质和喷嘴参数有关，一般喷嘴的直径，喷射功率越大，则喷射距离也就越大，此外，喷嘴的种类不同，对喷射距离的影响更大(参照图5)。(常见的TY-201型二重旋喷管喷头结构见图6)。关于高压水连续流的速度和功率请参考《地基处理手册》等相关书目。喷头与水管通过螺丝连接，当开挖完毕时，可以把喷头旋下回收再利用

(三).结构设计计算

侧壁设计主要环节如下：

①.建筑平面的布置，

②.主要尺寸的确定和下沉系数的验算，抗浮系数的验算以控制底板厚度。

下沉系数K₁＝(G-F)/(R_f+R_t)≥1.10～1.25

G：墙体自直(t)

F：下陷过程中水对墙体的浮力。

R_f：墙壁与土体的摩擦力(t)，由于喷出的水沿墙体挤出地面对它的影响目前尚未有人研究，故此值要通过实验确定单位面积上的摩擦力作为一个系数。

R_t：刃脚踏面下正面阻力，视土质和水对土体的破坏情况而定

抗浮系数K₂＝G+R_r/Q≥1.05-1.1

G：封底时结构的总重量(包括底板)

R_f：极限摩擦力(t)

Q：底板下面的水浮力(t)

但是，在粘性土中，由于渗透系数很小，地下水补给缓慢，浮升也就极为缓慢，所以，有时可以不进行抗浮验算。

③.施工阶段强度计算：

I.侧壁板内力计算。

II.刃脚的挠曲度计算。

④.使用阶段的强度计算(包括承受动载)；

I.按封闭框架(水平方向或垂直方向)或园池结构(当墙壁为园形时)来计算墙壁并配筋(具体请参考《土层地下建筑结构》等有关书目)

II.顶板及底板的内力计算及配筋。

(四).土体开挖的逆作法

墙体陷至预订设计标高后，用逆作法进行开挖，其步骤如下：

①.基坑开挖到地面零标高处，

②.打降水井进行适当的降水处理。

③.修筑顶层土模，浇筑顶层板结构，预留楼梯口作施工孔洞用(降水井也包含在孔洞中)，

④.在预留施工孔洞中，开挖施工竖井，安设提升设备，

⑤.由施工竖井进入楼板下面，开挖连通通道，以便通风和安设输送带，

⑥.由通道向两边开挖，送入输送带，提出地面，

⑦.及时浇筑柱基础或柱帽，

⑧.修整中间楼板土模，浇筑楼混凝土且预留下一层楼梯口作施工孔洞使用，

⑨.开挖第二层和浇筑底板时，先用开始打的降水井作降水处理，重复3-8步。

⑩.建筑楼梯

优点：①支护结构与侧墙合井，省去大量支护，减少了大量土方开挖，故而造价低，省工省时，更重要的是它有效地防止了土体坍塌。

②由于墙体在地面预制，质量易保证，且不存在接头强度及漏水问题，从而大大地提高了施工安全度。

③与沉井相比，其纠偏更优越，它可以通过自动控制各喷嘴的喷出功率控制各边的下降速度，从而达到纠偏目的。

图面说明：

图1-3为墙壁外形及结构简图。

图4为墙下沉过程示意图，墙体外侧为膨润土水溶液，其主要作用是消除侧壁下沉过程中墙与土体的摩擦力，墙体里侧是墙下喷头喷出的水顺墙体流出地面，其作用也主要是减少墙体与土体的摩擦力，这样，墙壁受到土体的阻力就很小了。

另外，由于喷头喷出的水使土体结构遭受破坏，故正面阻力也大大减小。正面及侧面阻力的减小是墙体在自重作用下下沉的原因。

图5为动水压力与喷射距离的关系图。曲线1：高压喷射流在空气中单独喷射。曲线2：水气同轴喷射流在水中喷射：曲线3：高压喷射流在水中单独喷射。

图6为TY-201型二重旋喷头结构图：1.管尖，2.内管，3.内管喷嘴，4.外喷嘴，5.外管公接头

Claims

在建筑场地预制好地下室四周墙壁，通过墙下面安置的高压水喷头喷出的高压水流破坏墙下方的支撑土体，使墙体在自重作用下下降至预定标高，然后再逐层开挖，修造楼板，底板及楼梯。本方法是高压采煤，沉井及逆作法的科学组合。其实质性的技术特征在于：

权利要求1：高压水流破坏墙下的直接支撑土体，墙在自重作用下下沉。

根据权利要求1，其水流破坏的是墙下的直接支撑土体，而非别处土体。
权利要求2：可以用控制各边的水管的喷射功率来控制各个边的下沉速度。