基坑、隔水结构及其施工方法与流程

本发明涉及基坑工程技术领域，特别涉及一种基坑、隔水结构及其施工方法。

背景技术：

对于地下水丰富的地区，由于地质原因承压水层与微承压水层联通的情况普遍存在，深基坑围护结构设计过程中考虑种种原因未能隔断承压水层的情况也时有发生，特别是当深基坑位于高速铁路、高架立交等对沉降控制严格的建构筑物附近时，基坑开挖过程中降水存在以下问题：

由于承压水层上下贯通且地连墙未有效隔断承压水层，基坑采用正常施工工法降水，会导致承压水流失，引起地表沉降，从而导致临近的建构筑物沉降，如果邻近建构筑物的沉降控制要求严格，不采取一定措施将产生严重后果。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种基坑、隔水结构及其施工方法，旨在有效地隔断承压水层使基坑内降水成为一个封闭的体系。

为实现上述目的，本发明提出一种隔水结构的施工方法，应用于基坑，所述基坑包括若干个连墙，所述施工方法包括：

将若干第一注浆管下放至所述基坑的待开挖区域对应的地层内，通过所述若干第一注浆管向地层内注入隔水浆液，以在与所述第一注浆管对应的深度处形成隔水层；

将若干第二注浆管下放至所述待开挖区域的周围对应的地层内；按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层内注入加固浆液，使得所述加固浆液喷射至若干个连墙之间的接缝处而形成介于所述接缝处内的加固体。

可选地，在下放所述第一注浆管之前，所述施工方法还包括：在所述待开挖区域内，通过钻机钻设若干与所述第一注浆管一一对应的第一钻孔；其中，最外层的第一钻孔按照如下方式开设：所述最外层的第一钻孔对应的第一注浆管向地层内注入的隔水浆液可沿第一方向渗入所述连墙对应的地层区域内；所述第一方向与所述第一注浆管的轴向彼此垂直。

可选地，所述将第一注浆管下放至所述基坑的待开挖区域对应的地层内，通过所述若干第一注浆管向地层内注入隔水浆液的步骤包括：相邻的两个第一注浆管的注入隔水浆液的时间间隔不小于预设时间间隔。

可选地，在下方所述第二注浆管之前，所述施工方法还包括：通过钻机钻设若干与所述第二注浆管一一对应的第二钻孔；其中，所述第二钻孔按照如下方式开设：所述加固浆液可沿所述第一方向渗入若干个所述连墙之间的接缝处，以使得所述加固体与所述连墙连成一体。

可选地，在所述按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层内注入加固浆液的步骤包括：施加轴向拉力将所述第二注浆管以预设的速度往地表提升，使得所述加固浆液可渗入至所述若干个连墙的接缝处。

可选地，在所述按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层内注入加固浆液的步骤包括：施加轴向拉力将所述第二注浆管以预设的速度往地表提升，使得所述加固浆液可渗入至所述连墙。

可选地，在所述通过所述若干第一注浆管向地层内注入隔水浆液和在所述通过所述若干第二注浆管向地层内注入加固浆液的过程中，通过抽吸泵，将地层内的土泥吸出。

可选地，所述第一注浆管的端头设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器电连接至第一控制器，所述在所述通过所述若干第一注浆管向地层内注入隔水浆液的步骤包括：通过所述第一压力传感器监测第一地层压力，基于所述第一地层压力，所述控制器控制所述隔水浆液的喷射压力和/或喷射流量。

可选地，所述第二注浆管的端头设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器电连接至第二控制器，所述按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层内注入加固浆液的步骤包括：通过所述第二压力传感器监测地层压力，基于所述第二地层压力，所述第二控制器控制所述隔水浆液的喷射压力和/或喷射流量。

可选地，本发明还提出一种隔水结构，所述隔水结构由如前所述的施工方法制成。

可选地，本发明还提出一种基坑，所述基坑如前所述的隔水结构；在所述隔水结构达到预设条件的情况下，开挖所述待开挖区域，形成所述基坑。

本发明的技术方案为：将第一注浆管下放至所述基坑的待开挖区域对应的地层内，通过所述若干第一注浆管向地层内注入隔水浆液，以在与所述第一注浆管对应的深度处形成隔水层；将第二注浆管下放至所述待开挖区域的周围对应的地层内；按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层内注入加固浆液，使得所述加固浆液喷射至若干个连墙的接缝处而形成位于所述接缝处内的加固体。本发明的技术方案通过注浆形成隔水层用于隔断承压水层，而后通过注浆在连墙的接缝处形成加固体200；由此，基坑的待开挖区域形成封闭区域，以确保隔断坑内外水力联系，避免基坑开挖过程中坑内降水对车站外侧建构筑物的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的隔水结构的施工方法的优选实施例的示意图；

图2为本发明的隔水结构的布置示意图；

图3为本发明的桩体的布置局部示意图；

图4为本发明的钻孔、注浆管和成桩体的位置关系设计示意图；

图5为图2中a处的局部示意图；

图6为本发明的隔水结构的平面结构示意图；

图7为本发明的加固体的注浆管的局部布置示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在富水区域进行基坑施工时，由于承压水层上下贯通，地下支护结构无法有效隔断承载水层，进而使得承压水流失，引起地表沉降，进而威胁到周边建筑物、构筑物的安全。比如，富水区域的地层主要包括杂填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土夹粉砂、粉砂夹粉土，这些区域的地质条件差，容易因地层压力改变而发生位移，进而表现为地表沉降。

通过本发明的技术方案在基坑开挖之前，通过往地层注浆的方式形成隔水层100用于隔断承压水层，并对连墙400a的接缝处加固形成加固体200，使得通过隔水层100和加固体200将基坑待开挖区域和非开挖区域隔断，避免了在开挖待开挖区域时，非开挖区域的承压水层的水流失，进而避免了基坑开挖过程中坑内降水对非开挖区域建筑物和构筑物的影响。

具体地，参照图1所示，本发明提出一种隔水结构的施工方法，应用于基坑400。所述施工方法包括：

s100：将第一注浆管下放至所述基坑400的待开挖区域对应的地层300内，通过所述若干第一注浆管向地层300内注入隔水浆液，以在与所述第一注浆管对应的深度处形成隔水层100；

s200：将第二注浆管下放至所述待开挖区域的周围对应的地层300内；按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层300内注入加固浆液，使得所述加固浆液喷射至若干个连墙400a的接缝处而形成位于所述接缝处内的加固体200。

需要说明的是，待开挖区域可以是方形的、圆形的、三角形或者异形的，其是由设计人员设计的。

需要说明的是，隔水浆液和加固浆液可以为普通硅酸盐水泥(如p.o42.5级普通硅酸盐水泥)，水泥浆液的水灰比为1：1，比重为1.51；隔水浆液和加固浆液的制作工艺至少需要满足：搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液。保证高压喷射注浆连续供浆需量。在浆液使用前，检查输浆管路和压力表，保证浆液顺利通过输浆管路喷入地层。

需要说明的是，对应的深度以及按照指定方向均是结合工程实际而确定的。对应的深度主要是根据基坑的开挖深度，本发明的注浆深度最高可达43m，即本发明的隔水层100可以位于地下43m(隔水层100的最深处到地面的距离)。按照指定的方向旋转所述第二注浆管是需要使得通过第二注浆管注射的加固浆液按照一定的方向渗入接缝处；一方面加固体200的一部分成桩体还位于连墙的外侧，有助于加固外墙400a提升外墙400a的抗弯能力；而另一方面在开挖基坑时，加固体200防止承压水层的水通过接缝处流向坑内。比如，指定的方向为摆转180°，喷射方向为朝向基坑的待开挖区域。

需要说明的是，本发明的注浆工艺可以为mjs(全方位高压喷射法)施工工艺。

本发明的技术方案通过注浆形成隔水层100用于隔断承压水层，而后通过注浆在连墙400a的接缝处形成加固体200；由此，基坑的待开挖区域形成封闭区域，以确保隔断坑内外水力联系，避免基坑开挖过程中坑内降水对车站外侧建构筑物的影响。

可选地，所述基坑400包括连墙400a。连墙400a即连续墙，又称地下连续墙是基础工程在地面上采用一种挖槽机械，沿着深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽。清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段。如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。连墙400a的施工应当在施工该隔水结构之前，用于形成基坑400的初期支护。在下放所述第一注浆管之前，

所述施工方法还包括：在所述待开挖区域内，通过钻机钻设若干与所述第一注浆管一一对应的第一钻孔；本发明中，钻机钻设第一钻孔的过程至少包括：

钻机就位。钻机主钻杆对准孔位，用水平尺测量机体水平、立轴垂直，钻机要垫平稳牢固。

钻孔口径应大于第一注浆管的第一注浆管和第二注浆管外径100～200mm，选取引孔直径不大于300mm。

若施工场地勘察资料不详时，每间隔20m布置一先导孔，查看终孔时地层变化。

造孔每钻进5m用水平尺测量机身水平和立轴垂直1次，以保证钻孔垂直。

钻进过程中随时注意地层变化，对孔深、塌孔、漏浆等情况，要详细记录。

钻孔终孔深度应大于开喷深度0.5～1.0m，以满足少量沉淀和喷嘴前端距离。终孔后将孔内残留物捞取置换干净。

钻孔过程中注意对孔眼垂直度的检测，发现异常及时调整引孔设备站位。

测量孔深：钻孔终孔时测量钻杆钻具长度，保证引孔深度满足要求。

其中，最外层的第一钻孔按照如下方式开设：所述最外层的第一钻孔对应的第一注浆管向地层300内注入的隔水浆液可沿第一方向渗入所述连墙400a对应的地层300区域内；所述第一方向与所述第一注浆管的轴向彼此垂直。参照图3所示，即：最外层的第一注浆管对应的成桩体在连墙400a的横截面上有投影，所述第一方向为横向(如基坑为圆形时，为基坑的径向)。参照图3所示，最外层的第一注浆管对应的成桩体的半径为r0，该成桩体的质心距离连墙400a的距离为l0，成桩体的半径为r0需要大于l0。比如，r为1200mm，l为700mm。

其中，参照图3所示，相邻的两个成桩体互相交接，使得形成的隔水层100连为一体。

参照图4所示，第一钻孔的直径设置为d1，第一注浆管的管径为d2。一般情况下，d2小于d1100mm～200m。成桩体的直径为d3大于d1；一般情况下，成桩体的直径为d3结合地质条件、第一注浆管的管径、喷射流量、喷射压力共同确定。

需要说明的是，一般情况下，隔水层100的厚度也是根据地质条件以及距离附近构筑物的距离确定的。地质条件越差，隔水层100的厚度越大；距离附近构筑物的距离越小，隔水层100的厚度越大。

可选地，所述将第一注浆管下放至所述基坑400的待开挖区域对应的地层300内，通过所述若干第一注浆管向地层300内注入隔水浆液的步骤包括：按照跳桩的方式通过所述第一注浆管向地层300内注入隔水浆液；其中，相邻的两个第一注浆管的注入隔水浆液的时间间隔小于预设时间间隔。跳桩的方式可以为：对所述第一钻孔进行依次编号，先通过基数号对应的第一注浆管向地层300内注入所述隔水浆液；而后对偶数号对应的第一注浆管向所述地层300内注入所述隔水浆液；其中，相邻的两个第一注浆管的注入时间间隔不小于预设时间间隔。一般情况下，预设时间间隔为24小时。不限于此，若注浆无法满足跳桩施工需求，应当确保同一纵向截面的相邻的两个第一注浆管注入隔水浆体的时间间隔应当不小于预设时间间隔。一般情况下，预设时间间隔为24小时。即：相邻的两个孔位的注浆时间不小于预设时间间隔，以防止相邻的两个孔位串浆、互相影响，进而提高隔水层的成型质量。

可选地，在下方所述第二注浆管之前，所述施工方法还包括：通过钻机钻设若干与所述第二注浆管一一对应的第二钻孔；其中，所述第二钻孔按照如下方式开设：所述加固浆液可沿所述第一方向渗入所述连墙400a对应的地层300区域内，以使得所述加固体200与所述隔水层100连成一体；和/或，所述加固浆液可沿所述第一方向渗入所述连墙400a的接缝内，以使得所述加固体200与所述连墙400a连成一体。第二钻孔的施工方式与第一钻孔的施工方式保持一致。其区别仅在于，第二钻孔的成孔直径小于第一钻孔的成孔直径。加固体200对应的成桩体也小于隔水层100对应的成桩体。参照图3所示，设加固体200对应的成桩体的半径为r1，成桩体的圆心距离隔墙的距离为l1，那么r1大于l1，即加固体200对应的成桩体部分渗入连墙400a与其连成一体。参照图7所示，注浆孔200a(实际为圆形，示例为注浆管的喷射的方向：呈半圆喷射)位于连墙400a的接缝处的外侧。

优选地，本发明中，钻孔经验收合格后，方可进行高压喷射注浆，下第一注浆管和第二注浆管前检查以下事项：

(1)测量第一注浆管和第二注浆管长度，测量喷嘴中心线是否与第一注浆管和第二注浆管方向一致，第一注浆管和第二注浆管应标识尺度。

(2)将喷头置于高压水泵附近，试压管路应小于20m，试喷调为设计喷射压力。

(3)施工时下第一注浆管和第二注浆管前进行地面气、浆试喷，即设计喷射压力+管路压力。

(4)设计喷射压力+管路压力为施工用的标准喷射压力，更换喷嘴时重新调试。

(5)摆喷施工下第一注浆管和第二注浆管前，应进行地面试喷并调准喷射方向和摆动角度。

(6)在下第一注浆管和第二注浆管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1mpa，若压力过高，则易将孔壁射塌。

可选地，本发明中，mjs高压喷射注浆法为自下而上连续作业。

(1)当第一注浆管和第二下至设计深度，喷嘴达到设计标高，即可喷射注浆。

(2)严格按照mjs施工参数进行施工。

本发明中，通过第一注浆管和通过第二注浆管注射浆液的过程中的一个优选的施工工艺参数为：

(3)喷射过程中出现压力突降或骤增，必须查明原因，及时处理。

(4)喷射过程中拆卸喷射管时，应进行下落搭接复喷，搭接长度不小于0.2m。

(5)喷射过程中因故中断后，恢复喷射时，应进行复喷，搭接长度不小于0.5m。

(6)喷射中断超过浆液初凝时间，应进行扫孔，恢复喷射时，复喷搭接长度不小于1m。

(7)喷射过程中孔内漏浆，停止提升，直至不漏浆为止，继续提升。

(8)喷射过程中孔内严重漏浆，停止喷射，提出喷射管，采取堵漏措施。

每一孔的mjs高压喷射注浆完成后，应及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。

每一孔钻杆取出后，及时对钻孔孔眼采用黄沙或后续返浆回填密实，以免产生塌孔导致地面沉降。

可选地，在所述按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层300内注入加固浆液的步骤包括：将所述第二注浆管在所述第二注浆管的轴向上以预设的速度往地表提升，使得所述加固浆液可渗入至所述连墙400a的接缝处。参照图2所示，加固体200在基坑的轴向上具有延伸，其具体延伸高度根据实际的地质条件确定，以确保隔断承压水层。为此，在将所述第二注浆管在所述第二注浆管的轴向上以预设的速度往地表提升，使得所述加固浆液可渗入至所述连墙400a，以在轴向上延伸。提升的速度不易过大，一般每分钟在1.5cm～2.5cm之间，优选为2cm。如果隔水层的厚度较大时，也可以通过向第一注浆管施加轴向拉力，使得第一注浆管在不同高度上进行喷射，以满足隔水层的厚度要求。

可选地，在所述通过所述若干第一注浆管向地层300内注入隔水浆液和在所述通过所述若干第二注浆管向地层300内注入加固浆液的过程中，通过抽吸泵，将地层300内的土泥吸出。抽吸土泥主要在地层内形成隔水浆液或者加固浆液的环空通道，便于形成隔水层或者加固体。具体实施过程中，抽吸泵位于地面，第一注浆管和第二注浆管具有抽吸通道，抽吸泵通过抽吸通道将土泥吸出。

在将土泥吸出的过程中，地层压力会被扰动，因而需要对地层压力进行监控，一方面防止钻孔坍塌，另一方面则是降低地层压力的过大扰动对隔水层或者加固体质量的影响。为此，

可选地，所述第一注浆管的端头设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器电连接至第一控制器，所述在所述通过所述若干第一注浆管向地层300内注入隔水浆液的步骤包括：通过所述第一压力传感器监测第一地层300压力，基于所述第一地层300压力，所述控制器控制所述隔水浆液的喷射压力和/或喷射流量。

可选地，所述第二注浆管的端头设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器电连接至第二控制器，所述按照指定方向旋转所述第二注浆管，并通过所述若干第二注浆管向地层300内注入加固浆液的步骤包括：通过所述第二压力传感器监测地层300压力，基于所述第二地层300压力，所述第二控制器控制所述隔水浆液的喷射压力和/或喷射流量。

本发明的技术方案中，在通过第一注浆管和第二注浆管向地层内注浆时，分别通过第一压力传感器测量地层的压力以及通过第二压力传感器测量地层的压力，对地内压力进行严密的管控。比如，当第一压力传感器测得的地层压力较高时，可以通过控制器控制油压接头来增加吸浆孔的开启大小，从而增大泥浆排出量使其达到控制土体内压力值范围或者降低喷射流量，以减小地层压力。相对应地，当第一压力传感器测得的地层压力较低时，可以通过控制器控制油压接头来减小吸浆孔的开启大小，以降低泥浆排出量使其达到控制土体内压力值范围或者增大喷射流量以增大地内压力。通过该方法大幅度减小对环境的影响，避免出现挤土效应，也就大大减少了施工中出现地表变形、建筑物开裂、构筑物位移等情况发生。同时，合理的控制底内压力有助于隔水泥浆和加固泥浆在地层内的渗透，从而确保隔水层和加固体的形成质量，有助于隔断承压水层。

可选地，本发明还提出一种隔水结构，所述隔水结构由如前所述的施工方法制成。

可选地，本发明还提出一种基坑400，所述基坑400包括前所述的隔水结构；在所述隔水结构达到预设条件的情况下，开挖所述待开挖区域，形成所述基坑400。预设条件为：施工结束后，应采用钻探取芯取样试验检查mjs工法桩桩体强度。考虑取芯对加固体的影响，既要确保达到检测目的，也要便于采取措施不因钻孔留有后遗症。取芯时不应形成贯通孔眼尽可能保证mjs隔水层的整体效果。钻孔取芯检查点的数量为施工桩数的2％，28天后无侧限抗压强度应达到1.5mpa以上。基坑400还包括底部支护结构400b，其是在基坑开挖后形成的。隔水层100位于底部支护结构400b的下侧的地层300内.

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。