地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定结构及方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，具体地说，特别涉及一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定结构及方法。

背景技术

近十几年随着改革开放的进一步深化，我国经济跨越式的发展带动了城市化进程。城市化进程的加快也带来了一系列的问题，比如城市人口密集、交通恶化、环境污染等“城市病”。为解决上述城市化进程中面临的问题，大规模开发利用地下空间成为了城市决策者不可避免所要面临的问题。

在地下结构的施工期间由于附建式地下结构的上部结构或者独立式地下结构正上方回填尚未完工，导致地下结构竖向荷载不足，那么其施工期间的抗浮稳定就成为了城市建设者面临的突出问题。

目前，我国地下结构传统的抗浮措施包括在地下结构上临时堆载或设置抗拔桩、抗浮锚杆等。然而，我国对于地下空间的开发利用尚处于探索阶段，地下结构的抗浮机理尚不明确，特别是当地下结构所在场地的工程地质及水文地质比较复杂，工程技术人员没有翔实可靠的工程地质水文地质资料可借鉴参考。在工程设计中对于抗浮水位的选择多以工程技术人员的主观经验判断为主，从而使得设计偏于保守(经济性不合理)或者存在较大风险(安全性不足)。

地下结构施工期间地下水大幅度上升或暴雨、山洪等极端恶劣天气的发生属于随机过程，由此造成的地下结构施工期间大规模的地下水或地表水涌入基坑内的事件有可能不会发生，而目前为抗浮稳定考虑而在地下结构上进行堆载或设置抗拔桩、抗浮锚杆等传统被动式的抗浮措施不但造成了极大的经济浪费而且还会造成工期延长。

目前为抗浮稳定考虑而在地下结构上进行堆载压重或设置抗拔桩、抗浮锚杆等传统被动式的抗浮措施容易造成了极大的经济浪费或工期延误等缺点。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定结构及方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定方法，包括：

在预设基坑坑底地基上设置素混凝土垫层并铺贴防水卷材，浇捣地下结构钢筋混凝土基础及地下结构底板；

在所述地下结构底板上设置第一层现浇侧墙；

在所述第一层现浇侧墙的外侧、内侧或两侧设置第二层现浇侧墙，并将所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合；

当所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合后，在所述第二层现浇侧墙上铺贴防水装置。

进一步的，所述地下结构底板上设置第一层现浇侧墙的步骤具体为：

满足地下结构侧墙正常使用极限状态和承载能力极限状态设计厚度的要求下浇捣地下结构钢筋混凝土结构第一层现浇侧墙；

在所述第一层现浇侧墙上预留孔洞；

所述第一层现浇侧墙浇捣养护完成后，在所述第一层现浇侧墙的一侧或两侧设置土工布等临时反滤材料；

进一步的，所述在所述第一层现浇侧墙的外侧、内侧或两侧设置第二层现浇侧墙，并将所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合的步骤具体为：

当地下结构的上部结构施工完成或其正上方的回填荷载满足运营使用期间抗浮稳定的要求后，拆除设置在第一层现浇侧墙上的临时反滤材料；

后浇地下结构第一层现浇侧墙的一侧或两侧的混凝土形成第二层现浇混凝土侧墙，使地下结构侧墙的先浇混凝土部分与后浇部分钢筋混凝土墙叠合在一起形成叠合墙协同受力；

进一步的，所述当所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合后，在所述第二层现浇侧墙上铺贴防水装置具体为：

当后浇部分的混凝土养护完成后，对地下结构的侧墙铺贴一侧或两侧防水卷材并及时回填基坑。

进一步的，一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定方法，还包括：在侧墙上预留孔洞，孔洞的形状可以是圆形、正方形、长方形或其他形状，孔洞的大小、数量及间距应满足侧墙结构强度、变形以及不影响地下水位急剧升高时侧墙外的地下水涌入地下结构内部为宜，距基底最近的一排孔洞应满足水位上升时按公式(1)抗浮稳定要求；

所述公式(1)具体为：

式中：gk为初次现浇地下建筑物自重，单位为kn；nw,k为浮力作用值，单位为kn；kw为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05。

另一方面，提供了一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定结构及方法，包括：预设基坑、地下结构现浇底板、第一层现浇侧墙、地下结构现浇顶板、第二层现浇侧墙以及基坑侧壁；

所述地下结构底板设置于地下结构的底部，所述地下结构顶板设置于所述地下结构的顶部；所述地下结构底板通过所述第一层现浇侧墙与所述地下结构顶板连接；所述第一层现浇侧墙上设置有预留孔洞；所述第二层现浇侧墙设置于所述第一层现浇侧墙的外侧、内侧或两侧同时设置；

所述基坑侧壁设置于所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙的周围，所述基坑侧壁为倾斜或直立的侧壁。

进一步的，所述预设基坑坑底地基上设置有素混凝土垫层并铺贴防水卷材。

进一步的，所述预留孔洞的形状可以是圆形、正方形或者长方形，布置形式可以是矩形或梅花形。

进一步的，所述第一层现浇侧墙与所述第二层现浇侧墙的连接处设置有抗剪钢筋或钢筋桁架。

进一步的，所述地下结构的第一层现浇侧墙剖面形式可以为“]”型、“[”型、“︱”型或“i”型。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供了一种明挖法地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定施工方法。该方法能够在施工期间不受地下水动态变化或暴雨、山洪等极端恶劣天气条件下影响下造成的地下水或地表水大规模的涌入基坑从而造成地下结构发生浮动的灾难性事件。能有效地解决地下结构的抗浮稳定问题。本发明属于一种全能型主动式的地下结构抗浮稳定施工方法，不论施工期间地下水位是否大幅度上升或暴雨、山洪等极端恶劣天气是否发生均能安全、经济地应对。

鉴于地下结构施工期间发生上浮的事件属于随机事件，因此本发明提出的一种全能型主动式的地下结构抗浮稳定施工方法能够解决各种情况下的地下结构施工期间的抗浮稳定问题。其优点有以下几点：①结构上安全可靠；②能够大幅度降低工程造价；③施工工序简单便于操作；④对工期影响忽略不计⑤对其他施工工序影响较小；⑥适用性广泛，能过应用于各种形式、各种断面形状及尺寸、各种施工方法、各种复杂地质环境、各种施工作业面及各种复杂工况下的地下结构工程抗浮稳定措施。

因此本发明能够在地下结构施工期间抗浮稳定考虑中节省大笔资金、缩短工期，是一种值得推广应用的地下结构抗浮稳定策略。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。

图1是本发明实施例的地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定方法的方法流程图；

图2是本发明实施例的地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定结构的地下结构侧墙立面图；

图3是本发明实施例的图2中a-a的地下结构侧墙剖面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

提供了一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定结构及方法，参见图1，包括：

s100：在预设基坑坑底地基上设置素混凝土垫层并铺贴防水卷材，浇捣地下结构钢筋混凝土基础及地下结构底板；

s200：在所述地下结构底板上设置第一层现浇侧墙；

s300：在所述第一层现浇侧墙的外侧、内侧或两侧设置第二层现浇侧墙，并将所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合；

s400：当所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合后，在所述第二层现浇侧墙上铺贴防水装置。

进一步的，所述地下结构底板上设置第一层现浇侧墙的步骤具体为：

满足地下结构侧墙正常使用极限状态和承载能力极限状态设计厚度的要求下浇捣地下结构钢筋混凝土结构第一层现浇侧墙；

在所述第一层现浇侧墙上预留孔洞；

所述第一层现浇侧墙浇捣养护完成后，在所述第一层现浇侧墙的一侧或两侧设置土工布等临时反滤材料；

进一步的，所述在所述第一层现浇侧墙的外侧、内侧或两侧设置第二层现浇侧墙，并将所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合的步骤具体为：

当地下结构的上部结构施工完成或其正上方的回填荷载满足运营使用期间抗浮稳定的要求后，拆除设置在第一层现浇侧墙上的临时反滤材料；

后浇地下结构第一层现浇侧墙的一侧或两侧的混凝土形成第二层现浇混凝土侧墙，使地下结构侧墙的先浇混凝土部分与后浇部分钢筋混凝土墙叠合在一起形成叠合墙协同受力；

进一步的，所述当所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙叠合后，在所述第二层现浇侧墙上铺贴防水装置具体为：

当后浇部分的混凝土养护完成后，对地下结构的侧墙铺贴一侧或两侧防水卷材并及时回填基坑。

进一步的，一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定方法，还包括：在侧墙上预留孔洞，孔洞的形状可以是圆形、正方形、长方形或其他形状，孔洞的大小、数量及间距应满足侧墙结构强度、变形以及不影响地下水位急剧升高时侧墙外的地下水涌入地下结构内部为宜，距基底最近的一排孔洞应满足水位上升时按公式(1)抗浮稳定要求；

所述公式(1)具体为：

式中：gk为初次现浇地下建筑物自重，单位为kn；nw,k为浮力作用值，单位为kn；kw为抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05。

具体地，本实施例中，提供了一种明挖法地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定施工方法，以侧墙为例进行详细说明。

它包括以下几个步骤：

步骤一、在预设基坑坑底地基上设置素混凝土垫层并铺贴防水卷材，浇捣地下结构钢筋混凝土基础及地下结构底板；

步骤二、满足地下结构侧墙正常使用极限状态和承载能力极限状态设计厚度的要求下浇捣地下结构钢筋混凝土结构第一层现浇侧墙。地下结构第一层现浇侧墙剖面形式可以为“]”、“[”、“︱”、“i”或其他形式。在第一层现浇侧墙上预留孔洞，孔洞的形状可以是圆形、正方形、长方形或其他形状，孔洞的布置形式可以为矩形或梅花形，孔洞的大小、数量及间距应满足侧墙结构强度、变形以及不影响地下水位急剧升高时侧墙外的地下水涌入地下结构内部为宜，距基底最近的一排孔洞应满足水位上升时按公式(1)抗浮稳定要求。钢筋混凝土第一层现浇侧墙浇捣养护完成后并在侧墙一侧或两侧设置土工布等反滤材料。

步骤三、借鉴目前成熟的叠合板施工工艺，当地下结构的上部结构施工完成或其正上方的回填荷载满足运营使用期间抗浮稳定的要求后，拆除临时的反滤材料，第二次浇捣地下结构侧墙的一侧或两侧的混凝土，使地下结构侧墙的先浇混凝土部分与后浇部分钢筋混凝土墙叠合在一起形成叠合墙协同受力。注意先浇混凝土侧墙应外露抗剪钢筋、钢筋桁架或插筋以满足前后两次现浇混凝土侧墙协同受力同时将先浇混凝土侧墙上预留的孔洞用高一标号的细石混凝土回填振捣密实。

步骤四、当后浇部分的混凝土养护完成后，对地下结构的第二层现浇侧墙铺贴一侧或两侧防水卷材并及时回填基坑。

另一方面，提供了一种地下结构施工期间水力自动平衡抗浮稳定结构，参见图2-3，包括：预设基坑、地下结构现浇底板1、第一层现浇侧墙2、地下结构现浇顶板3、第二层现浇侧墙6以及基坑侧壁7；

所述地下结构底板设置于地下结构的底部，所述地下结构顶板设置于所述地下结构的顶部；所述地下结构底板通过所述第一层现浇侧墙与所述地下结构顶板连接；所述第一层现浇侧墙上设置有预留孔洞4；所述第二层现浇侧墙设置于所述第一层现浇侧墙的外侧、内侧或两侧；

所述基坑侧壁设置于所述第一层现浇侧墙和第二层现浇侧墙的周围，所述基坑侧壁为倾斜或直立的侧壁。

进一步的，预设基坑坑底地基上设置有素混凝土垫层并铺贴防水卷材。

进一步的，所述预留孔洞的形状可以是圆形、正方形或者长方形，预留孔洞的布置形式可以是矩形或梅花形。

进一步的，所述第一层现浇侧墙与所述第二层现浇侧墙的连接处设置有抗剪钢筋或钢筋桁架5。

进一步的，所述地下结构的第一层现浇侧墙剖面形式可以为“]”型、“[”型、“︱”型或“i”型。

具体地，本实施例中，以附建式地下结构“]”外墙截面附图说明：附建式地下结构或独立式地下结构其他形状的外墙截面叠合施工方法亦在本申请的保护之列。

本实施例中，鉴于传统抗浮结构的缺点，本发明可以满足地下结构在施工养护及上部结构尚未施工完全的附建式地下结构或其正上尚未回填独立式地下结构在施工期间的抗浮稳定要求。当施工期间发生地下水大大幅度上升使得地下水大量涌入基坑或暴雨、山洪等极端恶劣天气造成的地表水大规模涌入基坑时，地下结构的侧墙外的水会通过地下结构侧墙上(不仅限于地下结构的侧墙，也可以是在地下结构的底板)预留的孔洞源源不断的泄入地下结构的内部。通过预留孔洞的方式沟通联系地下结构内外的水力以达到平衡状态从而满足地下结构抗浮稳定要求，此时，整个地下结构犹如一艘沉入水底的千疮百孔的“破船”而不再承受水的浮力。当附建式地下结构的上部结构完成或独立式地下结构的正上方的回填完成并能满足地下结构运营使用期间的抗浮稳定时，将泄入地下结构内部的水抽干，拆除临时设置在第一层现浇侧墙上的反滤材料，再后浇侧墙一侧或两侧部分的混凝土，使得前后两次浇捣的钢筋混凝土侧墙形成叠合墙协同受力。

当施工期间发生未发生地下水大幅度上升或暴雨、山洪等极端恶劣天气尚未出现。同样当附建式地下结构的上部结构完成或独立式地下结构正上方的回填完成后，拆除地下结构侧墙上的反滤材料，后浇侧墙一侧或两侧部分的混凝土使得前后两次浇捣的钢筋混凝土侧墙形成叠合墙协同受力。

本发明在施工期间不管地下水位有没有上升或地表水有没有涌入基坑，均可以满足结构的抗浮稳定要求。从而避免了因为设置抗拔桩、抗浮锚杆或在地下结构上堆载压重而导致经济损失或工期延误。

以上仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。