一种防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固结构、设计方法以及施工方法与流程

本发明涉及一种防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固结构、设计方法以及施工方法。

背景技术：

1、当基坑坑底以下较小深度内存在承压水层，并且在基坑开挖过程中，坑底覆土自重不足以平衡承压水水头时，坑底的突涌破坏是很危险的一种破坏形式，必须采取措施予以防止。

2、目前常规措施主要包括抽水减压法，以及通过基坑周边止水帷幕截断坑内外承压水含水层。对承压水含水层的抽水减压，抽水量往往很大，大量抽取地下水对生态保护不利，很多城市要求缴纳高额补偿费。而通过基坑周边止水帷幕截断坑内外承压水含水层的做法，一般旋喷、搅拌都难以保证质量，可靠的方法是做地下连续墙，并在地下连续墙接缝处通过摆喷加固止水。地下连续墙需穿透坑底下方的承压水含水层，并嵌入其下的不透水层一定深度，当承压水含水层厚度较大时，仅仅为了截断坑内外的承压水含水层，人们不得不显著加大地下连续墙的嵌深，这往往使费用大幅度增加。

3、从抗浮桩、抗浮锚杆，人们自然想到是否可利用锚杆或微桩在施工开挖过程中防止坑底的突涌破坏。但此工况下的锚杆或微桩与基础抗浮中的用法、构造、力学概念、施工过程等均不相同，需要在开挖到坑底之前发挥作用，常规与基础底板连接形成锚固端的做法也不再适用。因此，时至今日尚无采用此思路进行抗突涌加固的方法提出及实际应用。以往工程案例中，有的承压水含水层的上覆粘性土厚度仅较规范要求的小了1m，设计人员仍主张降水减压或做大深度地下连续墙，而不敢采用锚杆来抗突涌。究其原因在于目前用锚杆或微桩抗突涌，力学概念如何解释，是否安全可行，采用何种设计及施工流程，尚无人能够回答。

4、为了解决上述问题，本发明团队经过深入全面的思考与计算分析，基于对基坑坑底突涌破坏机理深刻清晰的认识，提出了采用锚杆、微桩类自平衡加固体系来对坑底进行加固，从而防止基坑坑底抗突涌破坏的技术方案。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固结构、设计方法以及施工方法。

2、本发明所采用的技术方案有：

3、一种防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法，包括如下步骤：

4、s1)确定待开挖目标基坑坑底以下承压水含水层的承压水水头高度hw，根据承压水水头高度hw，计算承压水水头压力γwhw，以及基坑坑底面至承压水含水层顶面之间土层的自重压力γtc；

5、其中：rw为水的重度，tc为基坑坑底面至承压水含水层顶面之间土层厚度，γ为土层的天然重度，对于多层土，取按土层厚度加权的平均天然重度；

6、s2)根据计算出的承压水水头压力γwhw以及土层的自重压力γtc来判断是否存在突涌破坏风险，在判定存在突涌破坏风险时，即

7、

8、在基坑坑底打入若干竖向且分散布置的加固体，加固体底部延伸至承压水含水层内，或延伸至承压水含水层及其以下地层内。

9、在采用s2)中打入加固体方式加固基坑坑底时，首先判定其适用性；紧邻承压水含水层顶面土层的连续厚度需满足防止土层渗透破坏的要求，该厚度与按照现行规范确定的抗突涌计算所需的覆土厚度的比值，当隔水层为黏土时不小于1/3，当隔水层为粉质黏土时不小于1/2。

10、进行加固体参数设计，根据承压水水头压力γwhw及土层的自重压力γtc，确定加固体所需提供的防止基底突涌破坏的抵抗力，加固体间距sa及直径da间满足以下关系：

11、

12、其中：ks为抗突涌安全系数，取2.0；qs1为加固体在tc所对应土层中的极限侧阻标准值，对于多层土，取按土层厚度加权的平均极限侧阻标准值；

13、为防止加固体间土体的受弯破坏，加固体间距需满足：sa≤(2～3)tc。

14、进一步地，加固体延伸至承压水含水层内，或延伸至承压水含水层及其以下地层的长度需满足：

15、

16、其中：qs2为加固体在la所对应土层中的极限侧阻标准值，对于多层土，取按土层厚度加权的平均极限侧阻标准值。

17、进一步地，所述加固体为锚杆或者桩。

18、本发明还公开了通过上述设计方法得到的加固结构，在基坑坑底面打入若干竖向且分散布置的加固体，所述加固体的底部延伸至承压水含水层内，或延伸至承压水含水层及其以下地层内。

19、本发明还公开了一种加固结构的施工方法，如下步骤：

20、步骤1：场地平整，钻机就位，根据基坑坑底以下承压水含水层位置及其顶面的压力水头高度hw，确定加固体施工面，并保证加固体施工过程不受地下水影响；加固体打入钻孔后，加固体顶部位于基坑坑底目标开挖面标高，加固体所在钻孔的上部空孔内不设加固体材料；

21、步骤2：基坑开挖，且开挖深度不超过抗突涌稳定的水压平衡点；

22、步骤3：开挖至水压平衡点之上以后，先分片清除剩余土层，检查加固体质量及可能存在的渗漏点，确保安全后再进行整个坑底剩余土层的开挖，直至设计标高；

23、步骤4：已开挖至设计标高的部分，尽快整体或分片施作混凝土垫层。

24、进一步地，所述加固体施工面在承压水含水层顶面以上至少hw+1m。

25、进一步地，基坑开挖时，采用分片开挖的方式进行分区域挖掘，在一片挖至基底标高并确保安全后，继续开挖下一范围，直至全部开挖至设计标高。

26、本发明具有如下有益效果：

27、本发明通过设计计算能够降低工程风险，解决突涌问题，同时降低了工程成本，为业主节约工程成本，减少不必要的环境污染。

技术特征：

1.一种防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法，其特征在于：在采用s2)中打入加固体方式加固基坑坑底时，首先判定其适用性，紧邻承压水含水层顶面土层的连续厚度需满足防止土层渗透破坏的要求。

3.如权利要求1所述的防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法，其特征在于：进行加固体的参数设计，根据承压水水头压力γwhw及土层的自重压力γtc，确定加固体所需提供的防止基底突涌破坏的抵抗力，加固体间距sa及直径da间满足以下关系：

4.如权利要求3所述的防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法，其特征在于：加固体延伸至承压水含水层内，或延伸至承压水含水层及其以下地层的长度需满足：

5.如权利要求1所述的防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法，其特征在于：所述加固体为锚杆或者桩。

6.一种应用权利要求1所述的防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法的加固结构，其特征在于：在基坑坑底面打入若干竖向且分散布置的加固体，所述加固体的底部延伸至承压水含水层内，或延伸至承压水含水层及其以下地层内。

7.一种应用权利要求1所述的防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固设计方法得到加固结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述加固体施工面在承压水含水层顶面以上至少hw+1m。

9.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于：基坑开挖时，采用分片开挖的方式进行挖掘，在一片开挖至基底标高并确保安全后，再继续开挖下一范围，直至全部开挖至设计标高。

技术总结本发明公开了一种防止基坑坑底突涌破坏的坑底加固结构、设计方法以及施工方法。本发明通过对加固结构的合理设计来降低工程风险，解决突涌问题，同时降低了工程造价，为业主节约工程成本，减少不必要的材料浪费。技术研发人员：宋二祥,武思宇,杨军,陈星屹,刘光磊,姚智全受保护的技术使用者：北京中岩大地科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2