深基坑设计施工方法.pdf

本发明公开了一种深基坑设计施工方法，利用外沉井兼作帷幕及支护结构进行深基坑的施工，所述方法包括以下步骤：(1)降水；(2)下沉外沉井至指定标高；(3)停止部分降水，同时在沉井内部灌水，使外沉井内外水位平衡；(4)回筑剩余的内部结构。本发明的深基坑设计施工方法可以减少对水资源的浪费，并可以更好地保护自然环境、防止基坑施工中对相邻建构筑物的损坏、保障安全，同时由于本发明取消了止水帷幕、基坑支护以沉井、钢管代之，达到了基坑支挡与构筑物结构合二为一的设计效果，可以缩短工期、降低成本。

1、  一种深基坑设计施工方法，利用外沉井兼作帷幕及支护结构进行深基坑的施工，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)降水；
(2)下沉外沉井至指定标高；
(3)停止部分降水，同时在沉井内部灌水，使外沉井内外水位平衡；
(4)回筑剩余的内部结构。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述回筑剩余的内部结构包括在水下进行机械成孔，下钢套管，在钢套管内浇灌混凝土深基础及养护；之后利用作业间隔往复抽水注水实现沉井内各层混凝土中钢筋绑扎、混凝土浇灌及养护。

3、  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钢套管管底高于孔底。

4、  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用作业间隔往复抽水注水实现沉井内各层混凝土中钢筋绑扎、混凝土浇灌及养护，包括：
(401)抽干钢套管内的泥浆及水，管内干作业浇灌底板混凝土；
(402)抽干沉井内的水，干作业浇灌沉井第一层封底素混凝土，初凝后回灌水进行水下养护，停止沉井外降水；
(403)再次抽出沉井内的水，封堵第一层封底的漏水处；
(404)铺设沉井第二层封底钢筋混凝土板的底层钢筋、抗剪工字钢和顶层钢筋，浇灌第二层封底钢筋混凝土板，在各作业间逐次回灌水养护及抗浮，同时进行钢套管与钢内筒之间壁的外侧钢筋的绑扎。

5、  如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(404)之后还包括干作业下入钢内筒的步骤。

6、  如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述干作业下入钢内筒的步骤包括：
(405)抽干沉井内的水，封堵排水井及引水管；
(406)地面制作带钢板护底的钢内筒，下入钢套管内就位，浇灌钢内筒与钢套管间的竖壁混凝土。

7、  如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(405)中将排水井用法兰封堵，引水管焊钢板封堵。

8、  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
(407)沿沉井壁周圈凿出止水凹槽，在其上再沿沉井壁周圈用万能胶粘贴橡胶止水条；
(408)绑扎沉井结构层钢筋混凝土板的顶层抗裂钢筋；最后浇灌结构层钢筋混凝土板。

9、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述下沉外沉井至指定标高，包括：开挖外沉井工作面，分段制作并下沉外沉井，边沉边挖除外沉井内的土壤，直至外沉井沉至指定标高。

10、  如权利要求1或9所述的方法，其特征在于，所述外沉井为钢筋混凝土结构。

11、  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钢套管焊有止水环。

12、  如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(402)中抽干沉井内的水之后还包括：沉井内铺设碎石透水层，设明排集水坑，暗排引水管的步骤。

13、  如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(403)中用水不漏封堵漏水处。

14、  如权利要求4或13所述的方法，其特征在于，步骤(404)中根据沉降观测所允许的干作业的时间，严格控制时间分次完成各作业。

深基坑设计施工方法
技术领域
本发明涉及一种建筑物深基坑设计与施工的方法。
背景技术
在基坑开挖过程中，当开挖底面标高低于地下水位的基坑时，地下水会不断渗入坑内。地下水的存在，非但基坑开挖困难，费工费时，边坡易于塌方，而且会导致地基被水浸泡，扰动地基土，造成邻近建筑物的不均匀沉降，使建筑物开裂或破坏。因此，传统的基坑开挖施工中，根据工程地质和地下水文情况，采取降低地下水位措施，使基坑开挖和施工达到无水状态，以保证工程质量和工程的顺利进行。
传统设计与施工方法为达到无水干作业，首先设计止水帷幕，然后基坑内外持续降水、基坑支护直至所有工序完成。以解决基坑土体坍塌、坑内土壤失稳、构筑物整体抗浮、坑底防渗流加固、绑扎钢筋及混凝土浇灌等。
而人工降低地下水位，常用的为各种井点降水方法，它是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或一侧、二侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，以总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5-1.0m以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工。
由上述可知，深基坑的设计与施工为解决基坑土体坍塌、坑内土壤失稳、构筑物整体抗浮、绑扎钢筋及混凝土浇灌等，往往包含了设计止水帷幕、持续坑内外降水、基坑开挖、支护、坑底防渗流加固、坑壁钢筋混凝土、封底混凝土等，而上述的各道工序都是建立在干作业的基础上，即在降低地下水位之后才能实现上述的各道工序。
而为了实现无水干作业，设计止水帷幕、连续降水与基坑支护是处理深基坑的常规技术。但大范围、大容量连续降水，会造成资源浪费，破坏自然界地下水的平衡，导致基坑附近土壤的失稳，树木受损，甚至可能导致周围已建成的房屋、市政设施等基础沉降，从而引起房屋倾斜，严重时倒塌，环境及安全问题随之而来。而止水帷幕、基坑支护设计与施工复杂、工期较长、投资较大。所以如何在最短的时间内，满足成本和工期控制，并减少对资源的浪费，防止施工过程中对周围已建成房屋、市政设施等的破坏，来完成双重深基坑作业的问题就摆在了我们面前。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种深基坑设计施工方法，减少对水资源的浪费，防止施工过程中对周围已建成的房屋、市政设施等的破坏。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种深基坑设计施工方法，利用外沉井兼作帷幕及支护结构进行深基坑的施工，所述方法包括以下步骤：
(1)降水；
(2)下沉外沉井至指定标高；
(3)停止部分降水，同时在沉井内部灌水，使外沉井内外水位平衡；
(4)回筑剩余的内部结构。
进一步来说，步骤(4)中所述回筑剩余的内部结构包括在水下进行机械成孔，下钢套管，在钢套管内浇灌混凝土深基础及养护；之后利用作业间隔往复抽水注水实现沉井内各层混凝土中钢筋绑扎、混凝土浇灌及养护。
进一步来说，所述钢套管管底高于孔底。
进一步来说，所述利用作业间隔往复抽水注水实现沉井内各层混凝土中钢筋绑扎、混凝土浇灌及养护，包括：
(401)抽干钢套管内的泥浆及水，管内干作业浇灌底板混凝土；
(402)抽干沉井内的水，干作业浇灌沉井第一层封底素混凝土，初凝后回灌水进行水下养护，停止沉井外降水；
(403)再次抽出沉井内的水，封堵第一层封底的漏水处；
(404)铺设沉井第二层封底钢筋混凝土板的底层钢筋、抗剪工字钢和顶层钢筋，浇灌第二层封底钢筋混凝土板，在各作业间逐次回灌水养护及抗浮，同时进行钢套管与钢内筒之间壁的外侧钢筋的绑扎。
进一步来说，步骤(404)之后还包括干作业下入钢内筒的步骤。
进一步来说，所述干作业下入钢内筒的步骤包括：
(405)抽干沉井内的水，封堵排水井及引水管；
(406)地面制作带钢板护底的钢内筒，下入钢套管内就位，浇灌钢内筒与钢套管间的竖壁混凝土。
进一步来说，步骤(405)中将排水井用法兰封堵，引水管焊钢板封堵。
进一步来说，所述方法还包括以下步骤：
(407)沿沉井壁周圈凿出止水凹槽，在其上再沿沉井壁周圈用万能胶粘贴橡胶止水条；
(408)绑扎沉井结构层钢筋混凝土板的顶层抗裂钢筋；最后浇灌结构层钢筋混凝土板。
进一步来说，步骤(2)所述下沉外沉井至指定标高，包括：开挖外沉井工作面，分段制作并下沉外沉井，边沉边挖除外沉井内的土壤，直至外沉井沉至指定标高。
进一步来说，所述外沉井为钢筋混凝土结构。
进一步来说，所述钢套管焊有止水环。
进一步来说，步骤(402)中抽干沉井内的水之后还包括：沉井内铺设碎石透水层，设明排集水坑，暗排引水管的步骤。
进一步来说，步骤(403)中用水不漏封堵漏水处。
进一步来说，步骤(404)中根据沉降观测所允许的干作业的时间，严格控制时间分次完成各作业。
本发明在设计上考虑了施工过程中不必持续降水，减少了常规技术中的降水深度，从而可以减少对水资源的浪费，并可以更好地保护自然环境、防止基坑施工中对相邻建构筑物的损坏、保障安全，同时由于本发明取消了止水帷幕、基坑支护以沉井、钢管代之，达到了基坑支挡与构筑物结构合二为一的设计效果，同时可以缩短工期、降低成本。
本发明为一种新的钢内筒外沉井式双重深基坑设计与施工方法。通过采用沉井、混凝土深基础水下施工、作业间隔往复抽水注水的方式，成功实现双重深基坑无帷幕、无支护短期竣工的设计目标。达到减少基坑外的井点降水数量和深度，防止相邻基础的沉降的目的。配合沉井及水下机械成孔混凝土深基础设计方案，解决基坑周边建筑物的稳定、构筑物整体抗浮、坑内土体失稳及干湿作业的交替等问题。本发明的方法特别适用于地下水位高、深部土壤存在砂层、开挖中可能出现流砂的场地，或者开挖可能造成周围基础埋深较浅的已建成建筑物的下沉、场地空间狭窄及结构尺寸小的深基坑的设计与施工。
附图说明
图1为本发明的深基坑俯视图。
图2为本发明的深基坑剖面图。
图3为本发明施工方法流程图。
具体实施方式
本发明的主要思想是首先降水并下沉外沉井，在下沉外沉井至指定标高后停止部分降水，同时在沉井内部灌水，使外沉井内外水位平衡。之后回筑剩余的沉井内部结构，包括水下机械成孔、下入钢套管，在钢套管内水下灌注混凝土深基础。并在回筑的过程中通过作业间隔往复抽水及回灌水完成后续工作。这样，在整个施工过程中并不是持续降水，降水量大大减少，所以本发明可以达到节约水资源的效果。
本发明实施时的关键为水下机械成孔下入钢套管，并在其内水下浇灌混凝土深基础，沉井内抽水清底分层浇灌混凝土，作业间隔往复抽水、注水等。
概括说来，本发明包括以下步骤：
降水，沉井，停止部分降水同时在沉井内部灌水，水下机械成孔下入钢套管灌注混凝土深基础，利用作业间隔往复抽水、注水分次完成沉井底板混凝土浇灌，抽干沉井内的水使后续工作完全为干作业，制作带钢板护底的钢内筒、下入钢套管内就位，沿沉井壁周圈凿出止水凹槽，最终完成钢内筒与钢套管间的竖壁混凝土、沉井结构层钢筋混凝土板的浇灌。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
参照图1所示，为本发明的实现深基坑无帷幕、无支护、水下灌注深基础、少降水的深基坑俯视图。
所述深基坑采用沉井10作为支护结构，在具体施工中所述沉井10分三段下沉。事实上在具体应用中沉井10也可以根据实际需要分成其他的段下沉，本发明对此不加以限定。
沉井10下沉到位后，机械成孔下入钢套管11，并在钢套管11内设置钢内筒12，采用这样的结构可以实现无帷幕、无支护、少降水、干湿作业的交替，解决基坑周边建筑物的稳定、构筑物整体抗浮问题、并且可以防止坑内土体失稳。
参照图2所示，为本发明的实现深基坑无帷幕、无支护、水下灌注深基础、少降水的深基坑剖面图。关于图2中的各部分，将在以下的应用实例中结合该应用实例介绍的施工方法进行详细的说明。
参照图3所示，为本发明的方法流程图。所述方法包括：
步骤301：降水；
步骤302：下沉外沉井至指定标高；即完成第一重深基坑的施工，实现设计无帷幕、无支护技术，达到基坑支挡与受力结构合二为一；
步骤303：停止部分降水，同时在沉井内部灌水，使外沉井内外水位平衡；
步骤304：回筑剩余的内部结构。
在步骤302中首先开挖外沉井工作面，分段制作并下沉外沉井，边沉边挖除外沉井内的土壤，直至外沉井沉至指定标高，在本实施例中，所述外沉井为钢筋混凝土结构，当然，实际应用中也可以采用其他的结构形式，只要能实现本发明的目的，均可以被本发明所采用，本发明对此不加以限定。
展开来说，步骤304中所述回筑剩余的内部结构首先包括水下进行机械成孔、下入钢套管，在钢套管内浇灌混凝土深基础及养护的步骤(混凝土深基础基底见附图2标高h9)；钢套管管底高于孔底(见附图2管底标高h8)，从设计上考虑实现第二重深基坑的干封底并作为两重基坑投产后的抗浮锚桩；具体可以为管底高于孔底约1000mm，以防止后续浇灌的混凝土深基础底部夹泥砂，加强基底与钢套管的紧密连接，避免深基础设计长度不足。
所述钢套管焊有止水环(止水环位置见附图2标高h10，h11)。
所述回筑剩余的内部结构还包括：接下来利用作业间隔往复抽水注水实现沉井内各层混凝土的钢筋绑扎、混凝土浇灌及养护。
所述作业间隔往复抽水、注水实现沉井内各层混凝土的钢筋绑扎、混凝土浇灌及养护，包括：
步骤401：抽干钢套管内的泥浆及水，管内干作业浇灌底板混凝土；
步骤402：抽干沉井内的水，沉井内铺设碎石透水层，设明排集水坑，暗排引水管的步骤，干作业浇灌沉井第一层封底素混凝土，初凝后回灌水进行水下养护，并停止沉井外降水；
步骤403：再次抽出沉井内的水，用“水不漏”封堵第一层封底的漏水处；
步骤404：铺设沉井第二层封底钢筋混凝土板的底层、抗剪工字钢和顶层钢筋，浇灌第二层钢筋混凝土板，在各作业间逐次回灌水养护及抗浮，同时进行钢套管与钢内筒之间壁的外侧钢筋的绑扎。
步骤404之后还包括干作业下入钢内筒的步骤，所述干作业下入钢内筒的步骤包括：
步骤405：抽干沉井内的水，将排水井用法兰封堵，引水管焊钢板封堵；
步骤406：地面制作带钢板护底的钢内筒，下入钢套管内就位，浇灌钢内筒与钢套管间的竖壁混凝土。
基于以上的步骤，所述深基坑施工方法还可以进一步包括以下步骤：
步骤407：沿沉井壁周圈凿出止水凹槽，在其上再沿沉井壁周圈用万能胶粘贴橡胶止水条；
步骤408：绑扎沉井结构层钢筋混凝土板的顶层抗裂钢筋；最后浇灌结构层钢筋混凝土板。
下面通过具体应用中的实例对本发明技术方案进行示例性说明。
为了实现图1及图2所示的深基坑施工，在本实例中采用以下方法：
(1)分级降水以满足分层开挖的要求，分别降水直至外沉井封底混凝土板的底标高(根据土壤水文地质报告计算井点数量，主要井点布置在沉井外，沉井内可只布置1个)。
(2)开挖外沉井10工作面，所述外沉井10即为第一重深基坑，标高可根据实际应用需要设定，在本实施例中标高约在-0.5m，-3.5--4.0米左右(见附图2标高h1，ha)。
(3)由附图2可以看出外沉井分为三段(长度分别见附图2中尺寸H3，H4，H5)，首先制作钢筋混凝土外沉井的第一下沉段101，待混凝土达到强度后采用沉井方式边沉边挖除外沉井内的土壤；第一下沉段101下沉到位后(见附图2标高h2)接长制作第二下沉段102并与第一下沉段101采用同样的下沉挖土操作(见附图2标高h3)；以此类推直至外沉井沉至指定标高(见附图2标高h4)，外沉井内土壤挖至最下层素混凝土封底下约200～300mm的标高处，完成外沉井井壁的施工作业。
(4)停止部分井点的降水，沉井外水位上升，同时在沉井内部灌水，使外沉井内外水位相等(见附图2标高hd)，以防止继续降水造成周边相邻建、构筑物下沉且内筒开挖时下部砂砾层发生流砂现象。该平衡水位需通过水力计算及现场实际情况确定。
(5)将与钢内筒12(直径为d)同心但比内筒直径大1.2米左右的焊有止水环的钢套管11(，见附图2直径d1，止水环位置为h10，h11)采用水下机械成孔(孔底标高以计算满足今后抗浮要求确定，见附图2标高h9)，泥浆外排并与钢内筒同心下入钻孔内。该套管顶部应高出沉井内水位(见附图2标高hb)，管底标高比孔底高(见附图2尺寸D，管底标高见附图2标高h8)。然后在钢套管内水下灌注混凝土深基础(见附图2所注30)至钢内筒底标高下约1.5米(见附图2标高h7，深基础高度H1)。
(6)混凝土深基础水下养护24小时后，抽出钢套管内的泥浆及水，人工清理管内泥浆和非密实的混凝土，管内就可干作业。在管内混凝土顶面钻孔插入6ф16钢筋，插入深度400mm，露头长度约为1000mm，以加强套管内分次浇灌的底板混凝土的连接，然后浇灌素混凝土(见附图2标高hc)。养护完成后绑扎钢套管内底板钢筋及底板与侧壁连接的钢筋，再浇灌钢筋混凝土底板(见附图2标高h6)。
(7)抽干沉井内的水，清理沉井内泥浆并外运，铺设200mm厚的碎石透水层。设明排集水坑一个，暗排引水管一个。干作业浇灌沉井第一层封底素混凝土(见附图2尺寸A)，初凝后回灌水进行水下养护，并可停止沉井外降水。干作业的时间要通过观测严格控制，在沉井发生下沉或倾斜及周边基础发生明显沉降之前沉井内应迅速回灌水。
(8)约10天后再次抽出沉井内的水，用“水不漏”封堵第一层封底的漏水处。
(9)堵漏工序完成后，冲洗沉井第一层封底素混凝土及侧壁。
(10)先铺设沉井第二层封底钢筋混凝土板的底层钢筋并焊于钢套管壁上，其上十字交叉放置工字钢，水平间距约400mm，端部顶入沉井的凹槽内，以提高底板的强度指标且使沉井侧壁协助抗浮。根据允许的干作业时间，可分次进行各作业，每次间隔1～2天，其间均需回灌水抗浮并保证沉井及周边基础的稳定，即采用作业间隔往复抽水、注水方法。然后铺设第二层封底钢筋混凝土板的顶层钢筋也焊接于钢套管壁上，同时可进行钢套管与钢内筒之间壁的外侧钢筋的绑扎。再抽水后浇灌第二层封底钢筋混凝土板(见附图2尺寸B)，初凝后回灌水养护及抗浮。
(11)约7天后抽干沉井内的水使后续工作完全为干作业，将排水井法兰封堵，引水管焊钢板封堵。切断钢套管至沉井结构层底(见附图2标高hf)。
(12)地面制作第二重深基坑，为带钢板护底的钢内筒12(见附图2直径d，高度H2)，并将钢内筒12与钢套管11间的竖壁内侧钢筋固定在钢内筒12的壁上，将钢内筒12下入钢套管11内就位。
(13)为进一步防止漏水，在外沉井结构层钢筋混凝土板顶面下约300～400mm左右沿沉井壁周圈凿出深约50mm，高50mm的止水凹槽，在其上150mm左右再沿沉井壁周圈用万能胶粘贴橡胶止水条一道。绑扎结构层钢筋混凝土板的顶层抗裂钢筋，最后浇灌钢内筒12与钢套管11间的竖壁混凝土至规定的标高(见附图2标高he)及结构层(见附图2厚度C)钢筋混凝土板(见附图2标高h5)。
以下详细说明本发明的方法与传统方法的区别：
传统方法为达到无水干作业，首先设计止水帷幕，然后基坑内外持续降水、基坑支护直至所有工序完成。本发明的思路是不同阶段可分别实施干作业或湿作业，所以设计取消了止水帷幕。仅在沉井施工阶段降水，然后部分停止降水、基坑内注水，后面的工序大多在水下进行。解决了基坑土体坍塌、坑内土壤失稳、构筑物整体抗浮、坑底防渗流加固的问题。通过作业间隔往复抽水、注水解决干作业绑扎钢筋，水下混凝土浇灌及养护的问题。
传统方法为按部就班，一道工序完成后再开始下一道工序。基坑开挖前施工止水帷幕，基坑开挖时，需要做支护。本发明的方法是交叉作业，沉井内湿作业时钢管内可抽水干作业。由于地面分段制作沉井，开挖下沉时结构已形成整体，设计中不再考虑设置止水帷幕和基坑支护。
传统方法在基坑问题上，谈水色变。由于水的影响，基坑垮塌、人员伤亡、坑内土体失稳隆起等事故此起彼伏，接连不断。所以不能有水成为头等大事，只好在施工期间持续不断的降水。但带来基坑周围建构筑物的安全问题。特别是遇流砂层，坑内降水，坑外水砂涌进使地基失稳，还要增加固结坑内土壤的工序，费用随之增加。本发明的方法是利用水力平衡的理论，把水的负面影响转化为正面有力的措施。在沉井完成后，不但让井外地下水位上升，还在井内灌水，有效防止基坑垮塌、人员伤亡、坑内土体失稳隆起等事故的发生，对流砂地层更可避免土体失稳。同时还避免了资源浪费，保证了相邻建构筑物的安全。
传统方法很难形成交叉作业，工序上又多了止水帷幕和支护，每个环节的控制难度大，工期较长。本发明的方法是干、湿交叉作业，各环节易于控制，工期较短。
传统施工方法工序多，持续降水，时间拉长，自然投资较大。本发明的方法工序少，到中期减少降水甚至停止降水，时间较短，投资必然较少。
可见，本发明保护了自然资源，保障了基坑周围人民生命财产的安全。
采用本发明的方法在设计上要求施工过程中应注意，要严格控制干湿交替的时间，加强周围建构筑物的沉降观测，确保安全。
总之，本发明的方法，采用外沉井节省了帷幕、支护等工序及费用。沉井施工时连续降水，以保证下沉过程不发生沉井整体失稳或土体局部失稳，基坑内挖土干作业。沉井工序完成后，井外减少降水量，井内灌水以防止井内继续向下作业时周边相邻建、构筑物下沉。水下机械成孔下入钢套管，在钢套管内水下浇灌混凝土深基础，以满足双重深基坑的抗浮要求及后续钢套管内的干作业。井内分层水下浇灌并养护混凝土。“水不漏”分次封堵，作业间隔往复抽水、注水，以保证防漏封堵、钢筋绑扎处于干作业状态，同时又可防止井内降水时间过长造成周边相邻建、构筑物下沉或沉井底渗流及沉井整体失稳。
需要指出的是，以上所述仅为本发明的优选实施方式，而不是对本发明技术方案的进一步限定，任何熟悉本领域的技术人员对本发明技术特征所做的等同替换或者相应改进，仍在本发明的保护范围之内。