一种利用水压力支护的基坑修建方法与流程

本发明属于基坑设计施工技术领域，具体涉及一种利用水压力支护的基坑修建方法。

背景技术：

采用明挖法施工地下工程时，一般在基坑(特别是软土地区)开挖前，需要在地面沿基坑周边施工竖向的围护结构(如地下连续墙，钻孔灌注桩等)，待围护结构强度达到要求后才能开挖，否则可能由于土体失稳造成基坑垮塌。基坑开挖后，围护结构下部嵌固在土中，上部一侧挡土，一侧临空，成为一种悬臂结构，其结构内力随开挖深度增加而增大。当基坑深度达到一定深度时，单纯依靠围护结构承受外部水土压力不安全也不经济，故一般需对围护结构加相应的支撑以达到改善围护结构受力的目的。

现有工程施工中多采用混凝土内支撑或钢管内支撑来提供额外支撑力(如图1所示)，但某些情况下由于受施工工艺制约，无法在基坑内部采用支撑，如基坑内主体结构采用装配式结构时。由于该种装配式结构的构件在基坑外预制，待达到设计强度后，直接吊放至基坑内拼装，此时基坑内不能留有内支撑，否则结构无法拼装。装配式结构具有施工质量好、速度快、现场作业少、环保等优点，是国家大力推广采用的结构，但用于地下工程时，需要基坑提供充足的作业空间。

目前，对于无法采用内支撑的基坑，一般是在基坑开挖到一定深度后，从坑内斜向钻孔施工锚索，利用锚索张拉的拉力作用于围护结构上，起到基坑支撑的作用(如图2所示)。但是锚索方案因存在以下问题：1)软土地层无法提供足够的锚固力，且蠕变大，故不适用于软土；2)锚索与围护结构的作用过程中，需通过承压板、夹片、锚环等组成的锚具来锚固，锚具会侵入基坑内，影响坑内结构的布置和施工；3)当围护结构为钻孔灌注桩等柱状结构时，因无法做到单桩锚固，一般需在围护结构内设置腰梁等结构，从而进一步占用坑内空间，造成结构和空间的浪费；4)锚索由于长度较大，容易侵入基坑外其他建筑的红线内，在基坑距离建筑红线较近时无法实施；5)锚索本身不易回收，留置于地层内后不利于周边临近地下空间的日后开发。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种利用水压力支护的基坑修建方法，其通过合理利用水压力实现基坑内外水压差来保证基坑结构受力平衡，实现基坑完全无支撑施工，其可以解决目前利用锚索等支护方案带来的占用坑内空间、支护效果不好等问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供一种利用水压力支护的基坑修建方法，包括如下步骤：

s1在基坑周边施工围护结构，并确定基坑场地处的地下水位；

s2根据地下水位的埋深即地下水位至地表的深度，对基坑内水位进行调整，使得基坑内水位高于基坑外水位，并以此形成基坑内外水位差；

s3利用基坑内外水位差使基坑围护结构内侧的水土压力高于外侧水土压力，以此作为支护，实现围护结构的受力平衡；

s4按计算确定的内外水位差进行基坑开挖，并在基坑开挖过程中通过逐步降水或往基坑内灌水保持内外水位差，直至开挖至坑底，完成基坑修建。

作为本发明的进一步改进，在地下水位埋深较小时，在基坑开挖前先在基坑外侧布设降水井，以降低基坑外侧周边的地下水水位，使基坑内水位高于基坑外水位。

作为本发明的进一步改进，当地下水位埋深较大时，在开挖过程中向基坑内灌水，使基坑内水位高于基坑外水位。

作为本发明的进一步改进，在基坑内有水的情况下进行内部主体结构拼装，并回填主体结构与围护结构之间的空隙，完成全部主体结构在基坑内的拼装。

作为本发明的进一步改进，可以在内部主体结构顶板以上的不受限空间设置围护结构的内支撑结构，以进一步优化围护结构的受力。

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，具有以下技术效果：

(1)本发明的基坑修建方法通过合理调整地下水与基坑内水位的高度差，创造性地利用水压差实现对基坑围护的支护，基坑可以采用水下开挖，利用基坑内外水压差来保证基坑结构受力平衡，从而可以在有效保持基坑结构平衡的情况下极大节约基坑内空间占用；

(2)本发明的基坑修建方法利在基坑开挖过程中，可不采用支撑，或仅在内部结构顶板以上空间设置内支撑，不会对周边地下空间使用产生影响；

(3)本发明的基坑修建方法大幅拓展了拼装式地下结构可以适用的地质条件与环境条件，有利于拼装式地下结构的推广应用。

附图说明

图1为现有技术中的一种基坑内支撑结构示意图；

图2为现有技术中的基坑内通过锚索加固的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的基坑修建方法的基坑开挖示意图；

图4为本发明另一个实施例的基坑修建方法的基坑开挖示意图；

图5为本发明一个实施例的基坑修建方法的基坑围护结构受力示意图；

图6为本发明一个实施例的基坑修建方法的内部结构施工示意图；

图7为本发明又一个实施例的基坑修建方法的内部结构施工示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-基坑外侧初始水位；2-施工时基坑外侧水位；3-基坑内侧初始水位；4-施工时基坑内侧水位；5-围护结构；6-降水井；7-地表标高；8-围护结构底标高；9-基坑底标高；10-基坑；11-基坑内侧水压力；12-基坑内侧水土压力；13-基坑外侧土压力；14-基坑外侧水土压力；15-疏干后基坑内水位；16-主体结构；17-主体结构同围护之间的空隙；18-主体结构顶板上方内支撑。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图3为本发明一个实施例的基坑修建方法的基坑开挖示意图；图4为本发明另一个实施例的基坑修建方法的基坑开挖示意图；图5为本发明一个实施例的基坑修建方法的基坑围护结构受力示意图；图6为本发明一个实施例的基坑修建方法的内部结构施工示意图；图7为本发明又一个实施例的基坑修建方法的内部结构施工示意图。

如图3所示，本发明一个实施例的基坑修建方法，其通过合理调整地下水与基坑内水位的高度差，利用水压差实现对基坑围护的支护。基坑采用水下开挖，利用基坑内外水压差来保证基坑结构受力平衡，从而可以在有效保持基坑结构平衡的情况下极大节约基坑内空间占用。

具体来说，该实施例的基坑修建方法具体步骤如下：

(1)通过钻探或测试确定基坑10场地处的初始地下水位1，然后在基坑10周边施工围护结构5。

(2)根据地下水位的埋深(即地下水位至地表的深度)，确定地下水的处理方式：如图3所示，一个实施例中，地下水位埋深较小时，在基坑开挖前在基坑外侧布设降水井6，降低基坑外侧周边的地下水水位2至h，同时向基坑10内灌水，使基坑内初始水位3逐步增加，施工时基坑内水位4的高度h高于基坑外水位2。

如图4所示，在另一个实施例中，地下水位埋深较大时，在开挖过程中，向基坑10内灌水，使施工时基坑内水位4高于基坑外水位2，即h>h。

(3)利用基坑10内外水位差δh(δh＝h-h)使基坑围护结构内侧的水土压力12高于外侧水土压力14，从而实现围护结构的受力平衡。

本发明方法中，合理的内外水位差δh应根据地质条件、基坑开挖深度、周边环境条件等因素经计算后确定，其属于本领域技术人员根据相应的设计或实际因素可以得到的，不属于本发明方案的重点，在此不再赘述。

(4)按计算确定的内外水位差δh组织基坑10开挖，并在开挖过程中通过逐步降水或往基坑内灌水保持内外水位差δh，直至开挖至坑底9。

(5)在基坑10内有水的情况下进行内部主体结构16的拼装，并回填主体结构16与围护结构5之间的空隙17，全部主体结构16拼装完成后，排干基坑内积水，使疏干后基坑内水位15低于基坑底9，恢复地面，完成整个施工。

在一个优选实施例中，为减少带水开挖的深度，还可以在内部主体结构顶板以上的不受限空间设置围护结构的内支撑结构，改善围护结构的受力情况。

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。