CN114875889A - 一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于基坑施工相关技术领域，并公开了一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法，包括：仿真建模分析步骤；错位交叉开挖步骤。其中，双排平行沟槽执行错位交叉开挖的操作设计如下：首先，将双排平行沟槽各自沿着延伸方向预先划分为多个彼此间隔的小段，并且双排平行沟槽相邻的各小段之间存在一定的交错重合；接着，分段依次开挖彼此交错重合的各小段沟槽，然后依次开挖剩下的中间部分，直至形成完整的双排平行沟槽。通过本发明，不仅显著减小了对薄壁槽墙土体的扰动，提高沟槽稳定性，而且能利用流固耦合效应来有效控制塌方，同时具备便于操控、安全性强和适应各类复杂施工环境等优点。
Description
技术领域
本发明属于基坑施工相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法。
背景技术
地下连续墙是采用挖槽机械，在泥浆护壁的辅助作用下开挖出深而狭窄的地下沟槽、并进一步浇筑合适的材料而形成的具有隔渗效果、挡土作用及承重功能的连续性的地下墙体。地连墙开挖技术由于其施工振动小、墙体刚度大、整体性好、施工速度快、适应性强等特点，已广泛运用于各类地下工程中。
现有的一般性地连墙施工，通常是根据设计的施工图纸与地质资料，按照标准的施工工艺流程按部就班进行施工即可，基本工艺主要包括导墙施工、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土和墙段接头处理等。其中，作为关键工艺环节之一的成槽施工，其成槽稳定性将直接影响到整个地下墙施工的质量及安全性。
专利检索发现，现有技术中已经提出了一些地下连续墙成槽施工方案。例如，CN201910361192.1提出了一种先深后浅的地下连续墙施工工艺，CN201811612084.9提出了一种地下连续墙遇旧支护结构低扰动成槽施工方法，CN202022866878.7提出了一种环形地下连续墙成槽结构，专利JPl9850172845公开了一种地下连续墙成槽作业中实现稳定输送的方法和装置，等等。
然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍存在以下的缺陷或不足：首先，在双排窄距地墙这类特殊对象的施工中，在高承压水头作用下，特别是在一侧已经施工完成，施工另外一侧时，现有技术的成槽施工困难或者无法成槽，这一现象在城市复杂的施工环境及地质条件下尤为突出。其次，现有技术的成槽施工方案并未充分考虑如何减小对双排地墙间薄壁槽墙土体的扰动，同时无法确定在高承压水头作用下如何更为合理地安排成槽施工工序。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或需求，本发明的目的在于提供一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法，其中通过对双排窄距地下墙施工破坏模式进行充分研究，针对性采用错位交叉的分幅组合工艺进行成槽施工并设计优化的施工参数，相应不仅显著减小了对薄壁槽墙土体的扰动，提高沟槽稳定性，而且能利用流固耦合效应来有效控制塌方，同时具备便于操控、安全性强和适应各类复杂施工环境等优点，因而尤其适用于高承压水头作用下双排窄距地墙施工这类的应用场合。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S1：仿真建模分析步骤
依据作为施工对象的双排窄距地墙的实际工况，建立对应的仿真模型，并确定合适的施工方案；
S2：错位交叉开挖步骤
结合所确定的施工方案，针对双排平行沟槽执行错位交叉开挖：
首先，将双排平行沟槽各自沿着延伸方向预先划分为多个彼此间隔的小段，并且双排平行沟槽相邻的各小段之间存在一定的交错重合；
接着，分段依次开挖彼此交错重合的各小段沟槽，然后依次开挖剩下的中间部分，直至形成完整的双排平行沟槽。
作为进一步优选地，在步骤S1中，优选采强度折减法来计算沟槽所受到的应力模拟数值。
作为进一步优选地，在步骤S1中，优选采用摩尔库伦模型来建立仿真模型。
作为进一步优选地，在步骤S1中，优选结合不同成槽顺序及不同成槽工艺参数，对各种成槽情况进行流固体耦合计算，由此选择确定合适的施工方案。
作为进一步优选地，在步骤S2中，对于先开挖沟槽，优选采用泥浆护壁处理，并且预先浇筑的混凝土搅拌桩再增高。
作为进一步优选地，在步骤S2中，所述泥浆护壁处理的过程中，所述泥浆的重度优选设定为10.3kN/m3以上，并通过增大凝胶作用来提高槽孔稳定性。
作为进一步优选地，在步骤S2中，对于后开挖沟槽，优选在开挖结束后对其沟槽底部立即浇筑混凝土搅拌桩。
作为进一步优选地，在步骤S2中，先开挖部分下入地连墙，后开挖部分将下入地连墙的侧面执行部分防水连接处理，然后下入地连墙。
作为进一步优选地，在步骤S2中，当每个小段的沟槽开挖结束后，优选采用高压旋喷支护进行处理。
作为进一步优选地，在步骤S2中，优选采用单轴水泥土搅拌桩槽壁加固的方式，对地墙上层执行加固处理，同时采用高压旋喷桩对槽段连接处执行隔水强化处理。
作为进一步优选地，在步骤S2中，当开挖深度为20m时，每小段的单元槽段长度优选设定为5m～6m。
作为进一步优选地，上述双排窄距地墙优选为城市地下复杂施工环境。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下技术优点：
(1)本发明由于采用错位交叉成槽施工，两侧沟槽并未同时开挖且中部未形成薄壁墙体，这样当沟槽分段开挖结束后，再次开挖未施工部分时就会在很大程度上减小所形成的中部薄壁墙体的扰动，进而提高了成槽稳定性；
(2)本发明由于采用错位交叉成槽施工，不仅可减小因沟槽开挖距离过长，沟槽内旋喷桩数量过多的问题，而且由于每个分段的长度均相对较小，需要使用的旋喷桩加固的桩数也可以减小，进而有效提高了施工效率，同时降低了施工成本；
(3)本发明通过对双排窄距地墙的整体成槽工艺且关键参数重新进行设计，能够有效减小构成中下部位移量以及沟槽底部的塑性区大小；相应地，较多的实际工程测试表明，其能够显著减小对双排沟槽中薄壁墙体的扰动，同时减小了最大位移量，改善了应力情况，减小了薄壁墙体的受力，从而大大提高了沟槽稳定性。本工艺方法便于操控、安全性强、复杂环境适用性好，因而尤其适用于城市地下空间的双排窄距地墙施工这类的应用场合。
附图说明
图1是按照本发明的一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法的整体工艺流程图；
图2是用于示范性说明本发明的错位交叉成槽施工的场景示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以本专利内容所依托的某大型工程为例，所建造的双排窄距地墙譬如用于围堰封堵水，在施工中一幅墙先做，但顶部未充填。另外一幅墙后做，施工中出现了后做地墙向先做地墙内垮塌等不利现象。对其原因进行简要分析如下：双地墙塌方的边界条件是先行地墙已经施工完毕，但在浇筑段之上未做有效回填，而后行地墙施工中又开了长槽，导致出现了局部失稳，以致最终垮塌导致整体失稳。该塌方过程主要源于既有地墙未充填的临空面，同时还受工程地质条件、水文地质条件、泥浆、开槽长度、施工顺序等影响。
事实上，地下连续墙成槽过程中，泥浆槽壁的稳定性分析十分重要。泥浆沟槽开挖以后，尽管有泥浆护壁，但壁面仍会产生变形。影响壁面变形的因素十分复杂，与地层性质、土质的流变性、泥浆密度、液面高度、地面有无超载、超载的分布形式、槽壁的几何尺寸(包括槽壁宽度及槽深)、成槽的施工工艺(即成槽的时间及槽壁的暴露时间)、地下水位的高低等因素紧密相关。地下连续墙施工过程中，常会发生槽壁坍塌的现象，特别是在密集建筑群附近施工地下连续墙时，若不采取有效措施，坍壁的情况会十分严重。由于槽壁坍塌造成墙后地面下沉，不但严重威胁建筑物的安全，还会造成路面开裂及管线损坏等。槽壁坍塌也严重影响地下连续墙的施工质量和工期，给下一道工序顺利进行带来不便。
在此情况下，在双排窄距地墙的施工中，在高承压水头作用下，特别是在一侧已经施工完成，施工另外一侧时，成槽施工困难或者无法成槽，其中最大的原因在于一侧开挖后，另一侧开挖过程中，中部会形成薄壁墙体，而在高承压水头下，薄壁墙体会失稳垮塌。相应地，选择最优的双排地连墙施工顺序，减小对双排地墙间薄壁槽墙的扰动尤为关键。
基于以上塌方机理的分析研究，本专利通过对错位交叉工法的研究，重点来解决施工工序上减少对薄壁墙体的扰动问题；具体而言，针对性提出可利用流固耦合数值模型，研究在既有地墙施工完毕，顶部泥浆和一般回填物充填条件下，先做地墙施工中成槽泥浆、中夹薄壁土体和后做地墙的受力转换关系，利用施工力学分析，研究每个施工步骤下，土体、槽壁和导墙受力破坏模式，进而提出一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法，为优化施工，防治灾害提供一种有效的解决方案。
图1是用于示范性说明本发明的错位交叉成槽方法的整体工艺流程图。下面将结合图1逐一进行具体解释说明。
首先，是仿真建模分析步骤。
在此步骤中，可以依据作为施工对象的双排窄距地墙的实际工况，建立对应的仿真模型，并确定合适的施工方案。
更具体地，譬如可采用摩尔库伦模型来建立仿真模型。具体做法为按照概念模型将先做东侧地墙，同时模拟先做地墙和后做地墙。该模型及其建立过程为本领域所熟知，下面仅做简要说明。
首先，先做地墙未作为研究的先决条件：(1)泥浆充填。假定先做地墙未灌砼部分被泥浆充填，按照泥浆的不同重度，将泥浆取为压力内边界，压力按照泥浆重度按照三角形布设。(2)回土充填。假定先做地墙未灌砼部分被泥土充填，将泥土部分取为不同回填成分和密实度的物质，按照扰动土弱化材料模拟该部分。
其次，后做地墙未施工扰动部分，按照施工力学分析开展以下模拟：(1)按照施工顺序和分幅，模拟不同分布通长开挖和泥浆护壁，开挖弱化或杀死单元，泥浆护壁转为弱土材料或内力边界。(2)结合施工力学分析，进行分步强度折减，模拟开挖中地墙破坏演化的过程。
通过以上操作，能够获得影响施工对象槽壁整体稳定性的主要因素，譬如包括开挖每段沟槽的长度、开挖次序及其他参数等。相应地，譬如可采用ABAQUS对不同成槽顺利及不同段旋喷加固处理组合工况下的成槽状态进行流固耦合分析，从而选择确定出所需的最佳工况。
接着，是错位交叉开挖步骤。
在本步骤中，结合所确定的施工方案，针对双排平行沟槽执行错位交叉开挖如下：首先，将双排平行沟槽各自沿着延伸方向预先划分为多个彼此间隔的小段，并且双排平行沟槽相邻的各小段之间存在一定的交错重合；
接着，分段依次开挖彼此交错重合的各小段沟槽，然后依次开挖剩下的中间部分，直至形成完整的双排平行沟槽。
更具体地，错位交叉成槽施工方法采用了跳挖法，错位交叉地开挖沟槽，首先形成一段一段错开的沟槽，而后打通各个小的区段。如图2中所示，1表示先开挖的一段错位沟槽，2表示未开挖的另外一段错位沟槽，它在后期需要挖通。在此过程中，对于先开挖沟槽使用泥浆护壁，且预先浇筑的混凝土搅拌桩再增高。而对于后挖沟槽，边开挖边采用泥浆护壁，对于沟槽底部，开挖结束后应立即浇筑混凝土搅拌桩。每段施工结束后对地连墙连接处做好防水防渗。
通过以上处理，一方面，两侧沟槽并未同时开挖且中部未形成薄壁墙体，这样当沟槽分段开挖结束后，再次开挖未施工部分时就会在很大程度上减小所形成的中部薄壁墙体的扰动，进而提高了成槽稳定性。另一方面，错位交叉成槽施工可减小因沟槽开挖距离过长，沟槽内旋喷桩数量过多的问题，而且由于每个分段的长度均相对较小，需要使用的旋喷桩加固的桩数也可以减小，进而有效提高了施工效率，同时降低了施工成本。
在一些实际工程现场，通过对于以上跳挖工法进行数值模拟以及结果分析可知，跳挖法可以有效的减少沟槽中下部位移量以及沟槽底部塑性区大小，从沟槽位移量、应变量、应力值大小以及塑性区图综合得出，采用交错开挖又是跳挖法中最佳的选择。
综上，按照本发明的错位交叉成槽工艺方法便于操控、安全性强、可适应各类复杂施工环境，不仅显著减小了对薄壁槽墙土体的扰动，提高沟槽稳定性和施工效率，而且能利用流固耦合效应来有效控制塌方，因而尤其适用于双排窄距地墙施工这类的应用场合。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种适用于双排窄距地墙施工的错位交叉成槽方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S1：仿真建模分析步骤
依据作为施工对象的双排窄距地墙的实际工况，建立对应的仿真模型，并确定合适的施工方案；
S2：错位交叉开挖步骤
结合所确定的施工方案，针对双排平行沟槽执行错位交叉开挖：
首先，将双排平行沟槽各自沿着延伸方向预先划分为多个彼此间隔的小段，并且双排平行沟槽相邻的各小段之间存在一定的交错重合；
接着，分段依次开挖彼此交错重合的各小段沟槽，然后依次开挖剩下的中间部分，直至形成完整的双排平行沟槽。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，优选采强度折减法来计算沟槽所受到的应力模拟数值。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，优选结合不同成槽顺序及不同成槽工艺参数，对各种成槽情况进行流固体耦合计算，由此选择确定合适的施工方案。
4.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，对于先开挖沟槽，优选采用泥浆护壁处理，并且预先浇筑的混凝土搅拌桩再增高。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，对于后开挖沟槽，在开挖结束后优选对其沟槽底部立即浇筑混凝土搅拌桩。
6.如权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，优选先开挖部分下入地连墙，后开挖部分将下入地连墙的侧面执行部分防水连接处理，然后下入地连墙。
7.如权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，当每个小段的沟槽开挖结束后，优选采用高压旋喷支护进行处理。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，优选采用单轴水泥土搅拌桩槽壁加固的方式，对地墙上层执行加固处理，同时采用高压旋喷桩对槽段连接处执行隔水强化处理。
9.如权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于，上述双排窄距地墙优选为城市地下复杂施工环境。
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