一种用于地下工程修建的补偿式施工结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及基坑工程技术领域，尤其是一种用于地下工程修建的补偿式施工结构及其施工方法。


背景技术：

2.目前随着国内城市化进程，地下工程蓬勃发展，由于各工程规划、修建时序不同，导致地下空间资源愈发紧张；在遇到已经修建的地下构筑物上方进行基坑开挖时会不可避免的导致既有地下构筑物的抗浮、地层回弹上浮产生一系列问题，给既有地下构筑物带来运营使用上的安全隐患；当前主流的施工技术为：先进行地层加固，再对基坑分小块开挖以此来减小施工对既有地下构筑物的影响，但该工艺仍存在开挖过程中必然有的一定时间地层暴露导致抗浮和回弹上浮问题；其次由于既有地下构筑物的存在该位置围护结构深度插入深度受限，其一般不易满足稳定性计算，再者分块开挖导致接缝众多，施工困难和受力不佳。基于此，亟待研究一种有效技术方案解决由于地下构筑物存在而引起的地下工程修建遇到的一系列问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种用于地下工程修建的补偿式施工结构及其施工方法，利用基坑底部的中央加固区和封缝加固区形成不透水层，同时开挖过程中不断调整泥浆液面高度，以此补偿由于开挖导致既有地下构筑物位置地层应力损失，从而实现上部开挖取土作业基本不对下方地层产生卸载，进而使得地下既有建构筑得以正常的运营使用。
4.本发明目的实现由以下技术方案完成：一种用于地下工程修建的补偿式施工结构，其特征在于：用于在既有地下结构上方开挖施工待建结构时，对所述既有地下结构进行应力补偿，该施工结构包括钢套箱，所述钢套箱覆盖所述待建结构的施工范围，所述钢套箱的底部设置有中央加固区，所述中央加固区内设置有锚桩，所述锚桩设置在所述既有地下结构的两侧，所述锚桩之间通过在顶部设置锚板梁连接构成门式框架结构，所述钢套箱内部在取土后定量注入有泥浆。
5.若干所述锚桩沿所述既有地下结构的延伸方向间隔布置在所述既有地下结构的两侧，位于两侧相对应的两个锚桩之间通过所述锚板梁连接构成所述门式框架结构，使所述既有地下结构的外围设置有若干门式框架结构。
6.所述锚桩的主筋与所述锚板梁的钢筋笼穿插布置，使所述锚桩与所述锚板梁连接构成整体结构。
7.所述中央加固区与所述钢套箱的定位内轮廓线之间留有间隙，在间隙位置设有封缝加固区。
8.所述钢套箱内设置有内支撑。
9.所述钢套箱的外围设置有若干定位防沉支腿，所述定位防沉支腿位于地表位置。
10.一种涉及上述的用于地下工程修建的补偿式施工结构的施工方法，其特征在于：当待建结构为现浇结构时，施工方法包括以下步骤：在既有地下结构的上方施工中央加固区；在所述中央加固区的范围内施工若干锚桩，若干所述锚桩分别位于所述既有地下结构的两侧；将钢套箱压沉入土至设计标高；在所述钢套箱与所述中央加固区之间的位置施工旋喷桩封缝；在所述钢套箱内边取土边注入泥浆，所述泥浆的注入量根据取土卸载量计算确定，直至挖土至锚板梁底；现浇施工锚板梁以将锚桩连接构成门式框架结构；待所述锚板梁的混凝土达到设计强度后，逐步抽排所述钢套箱内的泥浆，同时在所述钢套箱内架设内支撑；泥浆抽排完毕后可施工所述待建结构；抽拔所述钢套箱，并在其遗留缝隙处填补注浆。
11.一种涉及上述的用于地下工程修建的补偿式施工结构的施工方法，其特征在于：当待建结构为预制构件时，施工方法包括以下步骤：在既有地下结构的上方施工中央加固区；将钢套箱压沉入土至设计标高；在所述钢套箱与所述中央加固区之间的位置施工旋喷桩封缝；在所述钢套箱内边取土边注入泥浆，所述泥浆的注入量根据取土卸载量计算确定，直至施工至坑底设计标高；将预制构件的所述待建结构下放至设计位置；对所述待建结构的地板下进行压浆填实；抽排所述泥浆至所述待建结构的顶板以下，在所述待建结构与所述钢套箱之间的空隙处充填水下混凝土，在所述待建结构的上方回填覆土；抽拔所述钢套箱，并在其遗留缝隙处填补注浆。
12.本发明的优点是：1）解决基坑底地层零应力状态下的时空暴露问题，保证既有地下结构位置地层应力不变，有效控制了既有地下结构的上浮情况。
13.2）在应力补偿状态下，通过锚板梁与锚桩形成良好的门式框架压重体系，有效控制既有地下结构的变形；同时利用基地地层加固提高回弹区土体强度，使锚板梁受力更为充分。
14.3）后续上部待建结构主体可以整体施作，避免分小块导致施工步序繁多，施工缝、钢筋接头众多的问题，有利于快速施工；同时保证上部待建结构主体的受力安全及防水牢靠。
15.4）钢套箱的整体稳定优良，该技术避免了传统基坑围护结构由于受限于既有地下构筑物造成插入深度较浅而导致的整体稳定性不足问题。
16.5）钢套箱制作简单、强度高、易静压如土，同时还可抽拔回收，经济性良好。
附图说明
17.图1为本发明的应用场景平面示意图；图2为图1中a-a剖面示意图；图3为图1中b-b剖面示意图；图4为本发明中适于现场浇筑作业的施工步序流程图；图5为本发明中适用于预制构件的施工步序流程图。
具体实施方式
18.以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-5所示，图中标记1-15分别表示为：钢套箱1、泥浆2、定位防沉支腿3、中央加固区4、封缝加固区5、锚桩6、锚板梁7、内支撑8、既有地下结构9、待建结构10。
19.实施例：结合图1至图3所示，本实施例中用于地下工程修建的补偿式施工结构用于对在既有地下结构9上方开挖施工待建结构10时，对既有地下结构9进行应力补偿，保持既有地下结构9位置地层应力不变，以控制既有地下结构9的变形。
20.结合图1至图3所示，该包括钢套箱1，该钢套箱1作为基坑坑壁的围护覆盖待建结构10的施工范围，使待建结构10被围护在钢套箱1之中。钢套箱1的底部设置有中央加固区4，中央加固区4内设置有若干锚桩6，若干锚桩6沿既有地下结构9的延伸方向间隔布置在既有地下结构9的两侧；在位于两侧相对应的两个锚桩6的顶部之间通过设置锚板梁7连接构成门式框架结构，使既有地下结构9的外围设置有若干门式框架结构，。如图1所示工况，在地下结构9的外围设置有四道门式框架结构，该门式框架结构可起到抗浮压重的作用。
21.在本实施例中，锚桩6的主筋与锚板梁7的钢筋笼构成穿插布置，当锚板梁7在浇筑混凝土时，可将锚桩6的主筋一同浇筑在内，从而使锚桩6与锚板梁7连接构成整体结构，锚桩6可有效为锚板梁7提供拉力，两者所构成的门式框架整体结构稳定性强，可进一步有效控制既有地下结构9向上的位移。
22.如图2所示，钢套箱1的内部在取土后定量注入有泥浆2，该钢套箱1作为泥浆的存储结构，其还可防止泥浆向四周地层渗透流失。该泥浆2的注入量通过其液面高度反应，通过泥浆2的注入量进行控制使其产生合适的压载以对基坑开挖过程中地层应力损失进行补偿，从而使地层应力基本维持原状，尤其是指既有地下结构9所处地层。同时，利用泥浆2可以形成泥膜的特点防止地下水的流失。
23.如图2或图3所示，在中央加固区4与钢套箱1的定位内轮廓线之间留有一定间隙，在该间隙位置设有封缝加固区5，封缝加固区5可采用旋喷桩封缝。
24.如图1所示，在钢套箱1抽排泥浆2后，其内部架设有内支撑8，以保证钢套箱1的结构强度及其对基坑的围护作用。
25.如图1至图3所示，在钢套箱1的外围设置有若干定位防沉支腿3，该定位防沉支腿3位于地表位置，其一方面可定位钢套箱1的入土深度，另一方面可防止钢套箱1刺入下沉。
26.本实施例在针对待建结构10为现浇结构或为预制构件时，采用两种不同的施工方法，具体如下：如图4所示，当待建结构10为现浇结构时：
1）选用合适厚度钢板焊接制作钢套箱1，在钢套箱1底部设置坡刃脚以便于其压沉入土，在钢套箱1腰部合适位置于周边焊接布置若干定位防沉支腿3。
27.2）施工中央加固区4，该中央加固区4外围区域与钢套箱1定位内轮廓线预留300-500mm间隙。
28.3）施工锚桩6，其中锚桩6的钢筋笼在基底以上部分不设置箍筋，主筋高于地面。
29.4）定位钢套箱1并压沉入土至设计标高。
30.5）在钢套箱1与中央加固区4之间施工旋喷桩作为封缝加固区5，避免泥浆2外漏。同时，封缝加固区5与中央加固区4共同形成不透水层，可以加固土体使得锚板梁7与下部未加固土体之间传力可靠、均匀；同时还可避免因地下水上涌。
31.6）在钢套箱1内边取土边注入泥浆2，泥浆2液面高度（注入量）根据取土卸载量计算确定，直至挖土至锚板梁7的梁底位置。
32.7）下放锚板梁7的钢筋笼，其中锚板梁7钢筋笼与锚桩6主筋穿插布置，水下浇筑锚板梁7的混凝土，使锚板梁7与锚桩6构成门式框架结构。
33.8）待锚板梁7的混凝土达到设计强度后，逐步抽排钢套箱内泥浆2，边抽排泥浆2边架设内支撑8；泥浆2抽排完毕后清底，做垫层、防水、施工待建结构10主体，回填覆土。
34.9）抽拔钢套箱1，注浆补充遗留缝隙，完成施工作业。
35.如图5所示，当待建结构10为预制构件时：1）在地面预制待建结构102）采用相同方法制作钢套箱1及其底部坡刃脚及定位防沉支腿3。
36.3）施工中央加固区4，该中央加固区4外围区域与钢套箱1定位内轮廓线预留300-500mm间隙。
37.4）定位钢套箱1并压沉入土至设计标高。
38.5）施工封缝加固区5。
39.6）在钢套箱内边取土边注入泥浆2，泥浆2液面高度根据取土卸载量计算确定，直至施工至坑底设计标高。
40.7）对坑底清淤、整平、布设若干注浆软管，吊装待建结构10下放至设计位置；对待建结构10底板下进行压浆填实；抽排泥浆2至待建结构10顶板下，待建结构10侧边与钢套箱1之间空隙充填水下混凝土、顶板回填覆土。
41.8）抽拔钢套箱1，注浆补充遗留缝隙，完成施工作业。
42.虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。