专利名称：真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空帷幕止7K与大气压力支护^U亢开4乞工法。
背景技术：
目前，随着土地资源的紧缺，^越多的地下空间必须被利用，涉及 到民用建筑、工业建筑，甚至是交通等^^领域，如地下停车场、地铁车
站等。显然，地下空间的利用必然涉wxs^亢开挖的施工问题，并且由于
施工空间的P艮制不能ii^i文Jt皮开4fi，力口^i也下空间的利用^^深y^匕， 那么其开挖的施工工法显得更加重要。
国内外常用的;tt坑开挖工法是内支撑法、围护挡墙法或两者相结合
的J^坑开^:方法，无^ri^用上ii哪种工法，在其基坑开挖前既需进行支挡 结构的施工，且必须^U亢内外降7K4絲以确保基;^急定、方便施工。就 内支撑法而言，其主，点是不能实iiJJ亢侧壁结构的^(^她工，从而 影响结构防水效果，且该工法由于基坑内部层层结构支撑，施工it^緩'lt， 并且存在作业安全隐患；就围护挡墙法而言，主M点是设计计算复杂， 造价高。上述两种方法由于基坑侧壁变形的不可控制性，还存在坑背回填 及其压密的问题，另外，对于基坑周围需要加固的工程来说，上述方法更 是无法实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问M，克l^W传统^&坑开挖工法工期长 投资大的缺点，提^"种无需支撑结构、无需降水井点、无需放坡和紘
側壁可任意浇筑的真空帷幕止7jC^大^￡力支护^J^亢开挖工法，其大大
节省了工期、节约了投资。
本发明解决其技术问^^斤采用的技术方案如下真空帷幕止水与大气压力支护^lJt亢开4ti工法，其4争4正是包4舌以下步骤
第一步、进行基坑开挖所需的场区針，在基坑周围规划真空帷幕区 域，即将對射殳密封膜的区域；
第二步、根据基坑开挖的深度向真空帷幕区域的土体内打入竖向排水 体，所述竖向排水^T入的深度大于J^坑开挖的深度；并JUi行基;^ii界 墙体固化施工，即在^^ii界线上设置侧壁固^^体；
第三步、在真空帷幕区域铺设密封膜，所述密封膜的边界iE^L体内， 从而形成真空帷幕；
第四步、将真空源与竖向排水体连接，并通过真空源抽真空的方式， ^f^斤述真空帷幕内的空气压力下降；
第五步、当真空帷幕内的真空负压&'〗^^#在-40 kPa ~-85 kPa后， 在##真空帷幕内真空度的前提下进行基坑开挖，开挖过程中采用分层开 挖的方式进行，*挖完一层土体后，露出一圈新的基iW卜边界侧壁，沿 该基:fe^边界侧壁进行垂直密封隔离处理，即在新的:^f边界侧壁上铺设 隔离膜，该隔离膜与构成真空帷幕的密封膜密封衔接，用大^S力平衡側 向土压力，然后再进行下一层土体开挖和该层基;^t边界侧壁垂直密封隔 离处理，直至开挖结束；
第六步、进行基〗^i反和侧壁的施工。
本发明的有益效果如下本发明是一种用于;絲坑开挖的新工法，其 由真空帷幕止水系统和大^m力支护系纟W勾成。根据需要自基^ii界向外
一定范围内形成真空帷幕止水系统，通过控制真空源的强度和作用时间在 ^t亢周围土体内形成负压区域，并将该区域土体内的部分自由水通过系统 的排水通itiJki4抽出，当叙帷幕体的水量和排出的水量ii^平衡时，即 在基坑边界外的一定范围内土体中形成了真空帷幕，随后即进布^^坑开 挖。M"基坑开挖，在基坑开挖边界形成直立的土体临空面，即真空帷幕 与基坑大气交界面， 一边开挖一边沿该临空面设置隔离膜进行垂直密封处 理，与真空帷幕截水系统合为一体，直至开挖结束，最后完成基ii^板和侧壁的浇筑。伴M基坑开挖的进行，大W逸充满基坑内部，此时大气 压力与帷幕止水系统内的负压形^力差，从而有岁她平衡了土体因基坑 开挖产生的侧向土压力，达到用大气压力来i^f亍l^坑支护的目的，即形成 了大气压力支护系统。上述两个系统的共同作用，实现了利用真空帷幕止 水和大^A力支护基坑的目的，全面改进了传统深基坑开挖工法。本发明
^i^亢开挖工法在整个施工过程中，基坑可进行垂直开挖，坑内无需^u也
;S^处S^降7jq奮逸，而JLgJ^i反与侧壁结构可才艮4^殳计要^ii^亍一次浇 注，保证了结构的整沐性与防7]C效果。设置在基坑四周側壁的固化墙体可 作为侧壁砼施工时的夕卜模，解决了常规方法中坑背回填S 1起的地面沉降问 题。本发明工法无需基坑内支撑结构，无需基坑内外降水井点，无需放坡 开挖，基》紘板和側壁可*浇筑更有利于除渗，并解决了坑背回填引起 的沉降问题，同时对基坑周边的土体进行了加固。与传统基坑开挖工法相 比，本发明具有^可靠、节省投资、节约资源、节省工期的特点。
图1为本发明实施例基坑平面布置示意图。
图2为本发明实施例JJAii界断面示意图。 M实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明 不限于所给出的例子。
下面根据图1与图2所示，结合某工程实例，对本发明的真空帷幕止 水与大气压力支护的深基坑开挖工法作进一步详细说明。
实例工程简介某厂房总面积3万m2，共有5个基坑分布其中(如图 1所示)，本实施例以其中一个U亢的开挖为例，进行对本发明工法的说明。
本例中基坑长60m x宽10m x深10m，根据勘f^^立提供的地质报告， 该场地土层自上而下分别为①层杂填土，主要以建筑垃圾回填压实而成， 平均厚度2m，最大4m;②层淤泥质粉质粘土，平均厚度18m;③层粉细砂， 主要以;Ut镜体形式出现淤^t粉质粘土中，分布极不均匀。对整个施工区域进行施工勘察(尤其A^坑开挖区域)，掌握土层的分 布情孔^i体物理力学参数指标。施工勘察结^明基坑开挖区域1的杂
填土厚度平均3m，粉细砂层在其中2个基i絲部揭露。根据基坑开挖^1, 利用土体^lt指标进^i十^^角定合理的竖向排7jC体^JJ^ii界遮帘体的施 工深度，制定^^里的工期计划^^H&^工工序。
本发明真空帷幕止水与大气压力支护^&坑开挖工法，包括以下步骤 第一步、进行基坑开挖所需的场区整平，在基坑l周围规划真空帷幕 区域2，即将彰射殳密封膜的区域；
第二步、根据基坑开挖的深度向真空帷幕区域的土体内打入竖向排水 体4，本例中，竖向排水体4为塑料排水f反(现有成熟产品)，本发明中的 竖向排水体可以是的排水板或排水管。竖向排水体4打入的深度大于基坑 开挖的^C^，本实例中，塑料排7W反打入的深度为15米，4而言竖向排 7jc缺设的^^为1 ~ 3倍的基坑开挖深度即可;与此同时进行基坑边界墙 体固^^工，即在基J^ii界线上设置側壁固^i啬体5，本实施例中，通过 现场7j^;y觉拌桩的方法设置侧壁固^^啬体，该方法属于改良土性法。设置 侧壁固^i嗇体可以通it^基;^ii^T入桩或现场成桩、现场成墙的方法实
现。本步骤中，打竖向排7K体^iM側壁固^M体两者^t目独立，同步进 行，也可根据实际情况分别进行。
本发明中，侧壁固^^体可以是#^#￡^墙，也可以是多排^il墙， 其桩型和数量，根据基坑周处体强度与其开挖的深度^i^择，多以水泥 土墙为主。第一排才錄墙须打设在J^亢开挖边界处，其顶面标高和底面标 高根据需要确定，为了节约成本， 一般情况下侧壁固化墙体的墙顶位置距 场区整平面以下3m~6m,墙底位JiES^^面以下2m~8ra,本例中，侧壁 固化墙体的墙顶位置距场区整平面以下3m,墙顶位置距基》i^面以下4m。 设置侧壁固"^^体的主JH乍用是固^4坑开挖边界形状、If^J^ii界内 外区域的气水流动速率、辅助真空帷幕与基坑大气垂直密封隔离膜的设置 和基坑侧壁浇筑夕卜模板，特殊情况下还可想'J消减少部分基坑侧向土压力的作用。
为了便于研究本工艺在实施过程中，土体某些参数的变化情况，本实
施例中基坑边界墙体固^^工完^^,基坑开挖深度范围内埋^j!i测仪器， 随时掌握开挖时土体中负压分布情况，M地说，监测仪器包括土体负压 监测仪器和基坑开4^t^i!i控仪器,土体负压监测仪器常用孔隙水压力计， 用于随时测定土体中负压的分布状况，尤其是在基坑开挖时土体的负压分 布状况；基坑开^^I^Jli控仪器用于基坑开挖时监测基^^界土体的变形 情况，以保证基i^l定和施工作业安全。实际生产过程中，可根椐工程经 ^i^择是否埋^Ji测仪器。
本步骤中，可以根据工程需要决^:否在真空帷幕区域设置水平排水
体3，水平排水体可采用砂垫层、塑料盲沟、土工席垫或塑料排7W反，如
采用塑^1^N^反，则塑料排7J^反水平置于真空帷幕区J^Ji, M选用哪种
水平排水体可以根椐实际情况进行选择。本例中没有设置7jC平排水体。
根据实际情况需要，可在基坑侧壁固化墙体外侧设置遮帘体6,遮帘 体的设置通it^基坑侧壁固^t啬体外侧打入冲^l现场^i庄、现场^^啬的方 法实现。遮帘体可以是单排冲战墙，也可以是多排4錄墙。是否设置遮帘 体，以Ai殳置遮帘体时其桩型、平面布置和^:量，需才艮据^i亢开挖的深度 和^g^f牛来综合确定。
第三步、在真空帷幕区域铺设密封膜，密封膜的边界i^v土体内，从 而形成真空帷幕。由于密封膜较薄，易被t也面的尖刺物f^皮，从而影响密 封效果，因此-^:情况下，会在铺设密封膜前，先在基坑周围(密封膜下) 铺设一层或多层土工布，用来保护密封膜。
第四步、将真空源与竖向排水体连接，本发明中真空源为真空泵，可 选用射流式真空泵、滑阀式真空泵、罗茨式真空泵、水环式真空泵、往复 式真空泵等，^^选用明P种可以根据实际情;Xii行决定，本实施例中选用 的是射流式真空泵，射流式真空M过管道与塑料排7K^^接，并通过真 空源抽真空的方式，4吏真空帷幕内的空气压力下降。真空作用将该真空帷幕区域土体中的部分自由水通过系统的排水通道
iikii抽出，当iiA帷幕体的水量和排出的水量iii'J平衡时，即在基》Aii界 外一定范围内土体中形成了真空帷幕。
第五步、在真空源的真空作用下，使得真空帷幕内产生了真空负压， 该真空帷幕内的^与夕卜界大，形^差，g真空帷幕内的空^力 不断下降，真空帷幕内的真空负压也随之I^氐，当真空帷幕内的真空负压 &|]###在-40 kPa -85 kPa,在^#真空帷幕内真空度的前提下进行 基坑开挖，并监测基坑的稳定性。开挖过程中采用分层(分四层)开挖的 方式进行，每开挖完一层土体后，露出一圈新的基i^卜边界侧壁，沿该基 i^t边界侧壁进行垂直密封隔离处理，即在新的杭外边界侧壁上铺设隔离 膜，该隔离膜与构成真空帷幕的密封膜密封衔接，用大气压力平衡侧向土 压力，然后再进行下一层土体开挖和该层基》^卜边界侧壁垂直密封隔离处 理，直至开挖结束。本步骤中，隔离膜可选用聚氯乙烯薄膜，也可以狄 乙烯薄膜等具有密卦性能的材料。
第六步、进行Jjti^i反和侧壁的施工。
本工程若采用传统的围护挡墙法进行基坑支护，造价预计约1200万 元，工期需要6个月，而在釆用本发明后，造价P争至600万元，工期5个 月。因此，本发明在保证工禾錄量与施工工期的前提下大大节约了工程投资。
权利要求
1、真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，其特征是包括以下步骤第一步、进行基坑开挖所需的场区整平，在基坑周围规划真空帷幕区域，即将要铺设密封膜的区域；第二步、根据基坑开挖的深度向真空帷幕区域的土体内打入竖向排水体，所述竖向排水体打入的深度大于基坑开挖的深度；并且进行基坑边界墙体固化施工，即在基坑边界线上设置侧壁固化墙体；第三步、在真空帷幕区域铺设密封膜，所述密封膜的边界埋入土体内，从而形成真空帷幕；第四步、将真空源与竖向排水体连接，并通过真空源抽真空的方式，使所述真空帷幕内的空气压力下降；第五步、当真空帷幕内的真空负压达到并保持在-40kPa～-85kPa后，在保持真空帷幕内真空度的前提下进行基坑开挖，开挖过程中采用分层开挖的方式进行，每开挖完一层土体后，露出一圈新的基坑外边界侧壁，沿该基坑外边界侧壁进行垂直密封隔离处理，即在新的坑外边界侧壁上铺设隔离膜，该隔离膜与构成真空帷幕的密封膜密封衔接，用大气压力平衡侧向土压力，然后再进行下一层土体开挖和该层基坑外边界侧壁垂直密封隔离处理，直至开挖结束；第六步、进行基坑底板和侧壁的施工。
2、 根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工 法，其特征是所述第二步中，在真空帷幕区^Ji铺设水平排水体，步鞋 中真空源通i^斤述的水平排水体与竖向排水体连接。
3、 根据权利要求2所述的真空帷幕止水与大气压力支护^J^坑开挖工 法，其特征Af二步中所述的水平排水体为砂垫层、塑料盲沟、土工席垫或排水板中的一种。
4、 根据斥又利要求1所述的真空帷幕止7jC^大^力支护^^坑开挖工法，其特征是第二步中侧壁固化墙体的墙顶位置距场区整平面以下3m~ 6m, i啬;K立置^巨！J亢底面以下2m ~ 8m。
5、 根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工 法，其特征M^ii界墙体固化施工完成后，在Jjt亢开挖边界附近、基坑开彬級范围内埋设土体负压监测仪器和基坑开4紹t、^J!i控仪器，所述的土体负压监测仪器用于随时测定土体中负压的分布状况，尤其是在基坑开挖时土体的负压分布状况；所述的基坑开^m^J^控仪器用于基坑开挖时 监测基》Aii界土体的变形情况，以保证基^^1定和施工作业#0
6、 根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护〖m坑开挖工 法，其特征是所述的真空源为真空泵。
7、 根据权利要求1所述的真空帷^jh7jc与大气压力支护^JJt亢开挖工 法，其特征是所述竖向排水体为排水板或排水管中的一种。
8、 根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护^^坑开挖工 法，其特征是所述第二步中，所述侧壁固^^体的设置通it^基》Jti^MT 入桩或现场成桩、现场成墙的方法实现。
9、 根据权利要求1所述的真空帷幕止水与大气压力支护j;^^坑开挖工法，其特征是所述第二步中，在基坑侧壁固^^体外侧设置遮帘体，所述 遮帘体的设置通it^JJt克側壁固^^体外侧打入M现场^^庄、现场M的方法实现。
10、 根据权利要求i所述的真空帷幕止水与大气压力支护^4坑开挖工法，其特征是所述的密封膜、隔离膜为聚氯乙烯薄膜或聚乙烯薄膜中的 一种。
全文摘要
真空帷幕止水与大气压力支护深基坑开挖工法，步骤包括1.场区整平；2.向真空帷幕区域打入竖向排水体，设置侧壁固化墙体；3.在真空帷幕区域铺设密封膜；4.用真空源抽气使真空帷幕内的真空负压保持在一定范围内；5.进行基坑的分层开挖，每开挖完一层，沿基坑外边界侧壁进行垂直密封隔离处理，直至开挖结束；6.进行基坑底板和侧壁的施工。本发明的真空帷幕起到了止水作用，大气压力与真空帷幕内的负压形成压力差，达到用大气压力来进行基坑支护的目的，因此施工更加安全，本工法无需基坑内支撑结构，无需基坑内外降水井点，无需放坡开挖，基坑底板和侧壁可整体浇筑更有利于防渗，在安全可靠、节省工期、节约投资等方面具有明显优势。
文档编号E02D17/02GK101413269SQ20081023614
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者刘宝华, 吴春勇, 周华成, 洪 张, 健 施, 李景林, 熊忠泉, 王剑平, 茅卫东, 马志斌 申请人:南京水利科学研究院勘测设计院