一种基坑外围土体固化的方法与流程

本发明涉及岩土工程技术领域，具体为临时基坑支护方法中一种基坑外围土体固化的方法。

背景技术：

目前国内对于淤泥质土层的基坑围护结构外侧设置封闭的止水帷幕，阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑。同时，提高围护墙后土体的力学性能，减少基坑周边土体的变形，而采取的措施是在基坑侧壁设置围护桩及高压旋喷桩、水泥土墙等类型的止水帷幕。目前技术存在如下问题：

1.现有止水帷幕在施工时需要大量的水泥浆液对土体进行固结，不仅消耗较多的资源，而且造价相对较高。并且，施工过程中水泥浆反浆对环境有一定的污染，不符合国家倡导的节能减排、绿色施工的理念。

2.现有止水帷幕的施工工艺大多会对土体产生瞬时的破坏，通过压力将水泥浆液注入土体中，易对周边相邻环境产生扰动破坏，使得周边相邻环境处于相对危险的状态中。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基坑外围土体固化的方法，以解决现有技术中淤泥质土层基坑支护止水防渗工程造价高、资源较浪费、污染较严重的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基坑外围土体固化的方法，该方法包括在基坑开挖前先施工基坑围护结构，然后向围护结构外需要改良的土体内施工多层与临近围护结构平行设置的竖向排水板带层，且所有竖向排水板带的顶部水平高度均高于基坑顶部，之后自上而下顺序开挖基坑至设计深度；

其中基坑开挖前施工基坑围护结构是为了围护后期基坑开挖的基础操作，本发明的重点在于在基坑围护结构施工完成后在基坑外围土体内施工的竖向排水板带，在基坑未开挖前，排水板带两侧外部压力，因此，竖向排水效果微弱，而在开挖过程中，围护桩外的土体会向基坑方向产生水平方向上的主动土压力，而其另一侧土体则会产生被动土压力，当主动和被动土压力作用于排水板带周边土体后，土体因受到外部挤压，土中水分逐渐渗入到排水板带内排出，从而基坑外围一部分区域内的土体会发生排水固结，其孔隙率不断降低，力学性能不断提高，同时固结区域随着开挖的过程逐渐下移，从而达到改良基坑外围土体性质的目的。

进一步，所述围护结构外需要改良的土体具体为围护结构外一侧或多侧土体，每层排水板带层由多个排水板带构成。

进一步，上述方法具体为：

步骤1、根据基坑深度将基坑自上而下分为多个顺序开挖层；

步骤2、施工由围护桩组成的围护墙、桩顶冠梁以及首层内支撑构成的围护结构；

步骤3、在围护墙外的土体内，施工排水板带，以及收集管、连管与市政排水系统相连的主排管；

步骤4、按照开挖顺序对基坑内的土体进行开挖，每开挖完一层顺序开挖层，施工对应腰梁及下一层内支撑，然后开挖至基坑设计深度。

进一步，步骤4之后还包括：

步骤5、在围护桩之间的土体内施工水平注浆锚管，在基坑底部施工斜向注浆锚管，注浆锚管施工的过程中，土体中的孔隙被挤密，土体中的孔隙水不断渗入到排水板带内，进一步提高土体的固结度；

步骤6、对水平注浆锚管及斜向注浆锚管进行注浆，填充土体内的孔隙，降低土体的孔隙比，并使固结区域内的土体产生固化，待围护桩后的土体整体固结完成并固化后，围护桩后便形成了排水注浆隔渗加强体，围护墙后土体的力学性能进一步提高。

进一步，所述的围护桩为柱列式排桩，桩顶通过现浇的钢筋混凝土冠梁进行连接，所述内支撑为斜撑或坑内水平支撑，具体由多个支撑架构成，且每个支撑组件中的支撑架至少为一个，所述支撑组件具体由钢筋混凝土现浇或组合型钢制成。

进一步，所述排水板带结构具体为两侧壁滤膜且中间为多层塑料芯板的多层结构，且其中部塑料芯呈并联十字型，其施工方法为采用插板机插入地层中，每个排水板带的顶部均安装有收集管，相邻收集管之间通过连管连接，且连管和与市政排水系统相连的主排管相连。芯板将从滤膜渗透进来的水分向上排出进入收集管内，连管将各排水板带上部收集管连通，使得水分最终汇集于主排管内并排出。

进一步，所述水平注浆锚管和斜向注浆锚管均由中空的钢管制成，锚管四周布置出浆口，使用空压机直接将锚管击入土体内，注浆锚管的水平间距同桩间距，竖向间距为500～1000mm。

进一步，所述方法还包括步骤7、在围护桩的内壁通过植筋的方式上自上而下布置钢筋网片，同时与注浆锚管的端部通过焊接的方式进行连接。

进一步，所述方法还包括步骤8、对钢筋网片喷射混凝土面层，其施工方法为自上而下分层分段进行，第一次喷射厚度不宜小于40mm，第二次喷射应在钢筋网片固定之后进行，并喷射至设计厚度

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、利用基坑开挖过程中围护墙后土体的主动土压力和墙前被动土压力，形成固结超载压力，从而促使墙后一定范围内的土体形成自上而下的快速排水固结效应。注浆锚管施工时对土体的挤密作用，进一步提高了土体的固结度。水泥浆液对土体孔隙的填充，以及硬化过程中对土体的固化作用，使得围护墙后形成了排水注浆隔渗加强体。与传统的止水帷幕相比，该技术具有工期短、造价低、质量易控制的优点。

2、本技术通过排水固结提高基坑围护墙后土体的力学性能，施工过程不会对土体产生外部压力扰动及瞬时破坏，有利于保护周边相邻环境的安全。

3、排水板带、主排管、连管、收集管、注浆锚管等均由工厂成品化生产，质量容易控制，成本相对较低。同时，施工机械相对简单，对场地环境的要求不高，施工工艺流程较为简便，更加有利于现场的施工。

4、本技术主要通过土体自身的排水固结，形成止水防渗的作用，与现有技术相比，大幅减少了水泥的使用量，有利于节约资源、减少排放。

附图说明

图1为实施例一中剖面示意图；

图2为实施例一中平面示意图；

图3为实施例一中分步施工工况1-4的示意图；

图4为实施例一中分步施工工况5-7的示意图；

图5为实施例二中分步施工工况1-4的示意图；

图6为实施例二中分步施工工况5-7的示意图；

图中：1、地面；2、围护桩；3、冠梁；4、首层内支撑；5、排水板带；6、收集管；7、连管；8、主排管；9、腰梁；10、第二层内支撑；11、水平注浆锚管；12、基坑底部；13、斜向注浆锚管13；14、一次土方开挖面；15、立柱桩；16、斜撑承台；17、斜撑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

下面介绍本发明的一种实施例：

参考图1-4，一种基坑外围土体固化的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、在地面1上，沿着基坑侧壁等间距施工柱列式围护桩2，然后在基坑顶部施工与围护桩2相对应的、用于连接每个围护桩2的桩顶冠梁3，以及施工与桩顶冠梁相连接的首层内支撑4；

即在基坑上部施工用于连接所有围护桩的桩顶冠梁，使得围护桩之间有效连接成为一个整体围护墙结构，然后施工与冠梁连接的水平支撑，提高其整体支护强度；

步骤2、在围护墙后的土体内，施工排水板带5(排水板带5可为多层，根据需要设定，在本实施例中为两层，每层排水板带层由多个排水板带5构成)，以及收集管6、连管7，与市政排水系统相连的主排管8；

在本实施例中，围护墙后排水板带设置为两排。采用插板机将排水板带插入地层中，然后将其上部与收集管6相连接，收集管之间通过连管7相通，最后通过主排管8将收集管内的水分排入市政排水系统。

步骤3、按照开挖顺序对基坑内的土体进行开挖，首次开挖至一次土方开挖面14，并施工腰梁9及第二层内支撑10。

在本实施例中，腰梁通过植筋的方式与围护桩连接为整体。第二层内支撑为水平支撑，具体由多个支撑架构成，且每个支撑组件中的支撑架至少为一个，所述支撑组件具体由钢筋混凝土现浇或组合型钢制成。在开挖过程中，围护墙后的土体由于主动土压力的作用而产生排水固结，土体中的水分逐渐渗入到排水板带内，并且固结区域随着开挖的过程逐渐下移。

步骤4、在第一开挖层基坑侧壁围护桩2之间的土体内施工水平注浆锚管11。

在本实施例中，第一开挖层基坑侧壁施工的水平注浆锚管11采用中空的钢管，使用空压机将水平注浆锚管11直接击入土体内，施工的过程中，首次排水固结区域土体中的孔隙被进一步挤密，土体中的孔隙水不断渗入到排水板带内，土体的固结度进一步提高；

步骤5、开挖基坑内第二开挖层的土体，直至设计深度的基坑底部12。

在该开挖过程中，围护墙后土体的固结区域随开挖的过程继续下移，直至基坑底部一定的范围内。

步骤6、在第二开挖层基坑侧壁围护桩2之间的土体内施工水平注浆锚管11及底部斜向注浆锚管13。

在本实施例中，第二开挖层基坑侧壁施工的斜向注浆锚管13采用中空的钢管，使用空压机将注浆锚管直接击入土体内，施工的过程中，该开挖层围护墙后的排水固结区域土体中的孔隙被进一步挤密，土体中的孔隙水不断渗入到排水板带内，土体的固结度进一步提高。

步骤7、对基坑侧壁的水平注浆锚管11及斜向注浆锚管13进行注浆，填充围护墙后固结区域土体中的孔隙，降低土体的孔隙比，并使固结区域内的土体固化。待围护墙后的土体整体固结完成并固化后，围护墙后便形成了排水注浆隔渗加强体，围护墙后土体的力学性能进一步提高；

特别的，在面对不同情况的基坑时可针对性的设置排水板带层，例如，当基坑仅三面为土体时，只需对基坑三面的土体进行固结，当基坑仅一侧为土体时，只需进行一侧固结便可，可根据实际情况进行设定。

实施例二

在本实施例中支护方法与实施例一中的类似，其主要的区别在于将实施例一中的第二层内支撑10替换为斜撑13，并且在基坑底部12施工立柱桩15和斜撑承台16。

即在步骤1施工柱列式围护桩2的同时，施工立柱桩15，然后施工围护桩桩顶冠梁3及首层内支撑4。步骤2为在围护墙后施工排水板带5、收集管6、连管7和主排管8。步骤3开挖基坑至腰梁9下部的位置，即一次土方开挖面14，并在该开挖层的基坑侧壁施工水平注浆锚管11。步骤4为在坑内放坡至斜撑承台16的位置，对承台位置进行刻槽处理，以便于斜撑承台16的施工。步骤5为开挖基坑土体至设计深度的基坑底部12，施工坑内斜撑17。步骤6为在第二开挖层施工水平注浆锚管11和斜向注浆锚管13。步骤7为注浆，待围护墙后的土体整体固结完成并固化后，围护墙后便形成了排水注浆隔渗加强体，围护墙后土体的力学性能进一步提高。

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。