一种基坑开挖临近既有浅基础保护结构施工方法

技术领域

本发明涉及一种基坑开挖临近既有浅基础保护结构施工方法，特别涉及一种可动态控制建筑基础的横向、竖向变形量，提高既有浅基础基础稳定性的施工方法，属于建筑工程领域。

背景技术

基坑开挖过程较为复杂，开挖过程中常伴随有土体应力释放、地下水排除、基坑周边沉降变形等工程问题，这些工程问题都可能引起基坑周边建筑发生侧向变形和竖向变形，进而导致建筑的安全状态不断劣化，对浅基础安全状态的影响尤为突出。

实际工程中，为控制基坑临近建筑的变形，常取主动防护的基坑支护方式，如设置竖向排桩、打设横向加筋体、布设内支撑等等。这些工程措施虽可在很大程度上改善基坑的稳定状态、增强临近建筑的安全性，但由于这些措施主要侧重于维持基坑侧壁的稳定性，难以从根本上解决既有临近建筑在基坑开挖过程中出现的横向变形和侧向变形问题，无法实现对既有建筑变形的动态控制。

在既有建筑纠偏方面，已有陶土纠偏法、浸水纠偏法、降水纠偏法、堆载加压纠偏法、锚桩加压纠偏法等，这些建筑纠偏方法主要针对已发生明显倾斜的建筑、对基础刚度和建筑整体刚度要求高、难以实现对建筑纠偏的动态控制、未考虑地基土承载能力的提升。

鉴于上述技术背景，为防止既有建筑在基坑开挖过程中发生破坏，有效控制基坑开挖诱发的既有临近建筑变形，提高建筑的安全性，目前亟需发明一种可全面保护既有建筑的基坑开挖临近既有浅基础保护结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不但可以改善既有临近建筑安全状态，而且可以对基坑开挖过程中建筑可能发生的横向变形和竖向变形进行动态控制的基坑开挖临近既有浅基础保护结构施工方法。

为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

1、一种基坑开挖临近既有浅基础保护结构施工方法，主要包括以下施工步骤：

1）施工准备：进行基础尺寸测试，布设变形观测点，进行构配件质量检查，组织施工机械、人员进场；

2）侧向变形支挡桩施工：在既有建筑基础外侧与基坑开挖面之间，进行水泥搅拌桩或旋喷桩或挖孔灌注桩施工，形成侧向变形支挡桩；

3）地基补强加固体施工：根据设计要求，在临近的既有建筑基础下部分段引孔取土，并向地基土内设置水泥固化土或微型桩或化学固化土，形成地基补强加固体；当采用微型桩作为地基补强加固体时，还应将微型桩顶部土体固化；

4）设置水泥土固化截水带：采用引孔压浆或高压旋喷注浆或渗透注浆方式，在侧向变形支挡桩与建筑基础之间施工形成水泥土固化截水带，水泥土固化截水带竖向呈带状，其竖向深度不小于地基土含水层的层底深度；

5）设置钢筋混凝土反力横梁：待水泥土固化截水带施工完成后，立刻在水泥土固化截水带上部支设模板，并浇筑混凝土形成钢筋混凝土反力横梁，在反力横梁内沿纵向预设斜向锚固体穿过孔；

6）打设斜向锚固体：自反力横梁内预设的斜向锚固体穿过孔向基础下部土体内打设斜向锚固体，锚孔钻设过程中先对自由段前部锚固端和自由段后部锚固端进行扩孔处理，再进行清孔处理，然后将锚杆回收段与锚杆留置段通过连接螺栓连接，在锚杆留置段的自由段前部锚固端和自由段后部锚固端内设置定向锚具和夹片；锚杆插入至设计深度后，向锚孔内注浆；

7）基础下部、外侧土体分段挖除：采用人工或小型施工机械将既有建筑基础下部和外侧一定范围的土体沿基础走向分段掏出，土体掏出后立刻插入竖向支撑体，控制施工对周边土体的扰动；

8）安装竖向变形调节结构：竖向变形调节结构由上部顶升板、下部承载板、竖向顶升千斤顶、竖向支墩、竖向压力扩散板组成；上部顶升板和下部承载板横断面均呈“﹂”形；施工时，在既有建筑基础与地基补强加固体之间的预留间隙内，沿纵向分段对称插入“﹂”形上部顶升板和下部承载板，并在设定位置安装竖向顶升千斤顶；竖向顶升千斤顶顶升后插入竖向支墩；

9）横向连接体安装：横向连接体包括横向支撑柱和连接体承载板；施工时，在反力横梁面向基础侧设置连接体承载板和横向支撑柱，连接体承载板与横向支撑柱通过焊接连接；

10）设置横向变形调节结构：横向变形调节结构包括横向反力千斤顶、横向支墩、横向支撑板、横向压力扩散板；施工时，在基础外侧沿纵向布设横向支撑板和横向反力千斤顶，使横向反力千斤顶一端与“﹂”形上部顶升板的竖向侧壁接触，另一端与横向支撑板接触；

11）斜向锚固体预应力施加：借助张拉装置对斜向锚固体施加预应力，并将斜向锚固体先锚固于反力横梁上；

12）基坑开挖：待斜向锚固体施工完成并形成强度后，打设基坑支护桩，开挖基坑内土体，基坑支护桩与侧向变形支挡桩平行设置；

13）变形观测：基坑开挖过程中随时观测建筑横向、竖向变形、斜向锚固体应力、竖向变形调节结构和横向变形调节结构的压力情况，通过调整竖向顶升千斤顶和横向反力千斤顶的伸出量，控制建筑变形；

14）后注浆填充体施工：待基坑开挖完成、基坑外侧土体变形稳定后，沿建筑基础纵向间隔取出竖向变形调节结构的竖向顶升千斤顶和横向变形调节结构的横向反力千斤顶，再向建筑基础周边空隙内浇筑自密实混凝土，形成后注浆填充体；

15）锚杆回收：松开斜向锚固体的连接螺栓，将锚杆回收段与自由段前部锚固端断开，随后将锚杆回收段拔出，并填充孔洞。

斜向锚固体采用预应力锚杆，在自由段的两端分别设置自由段前部锚固端和自由段后部锚固端，在锚杆回收段与自由段前部锚固端之间设连接螺栓，自由段前部锚固端内设锚具和夹片，施工完成后将自由段锚杆收回。

在基坑开挖过程中，采用竖向变形调节结构和横向变形调节结构，分别控制建筑的竖向沉降和横向变形，实现了基坑开挖过程中对建筑变形的双向动态控制。

在进行竖向变形调节结构和横向变形调节结构变形调节时，先采用超薄千斤顶同步进行建筑基础竖向、横向调整，并监测建筑变形情况，再向间隙内插入竖向支墩或横向支墩承载。

在基坑开挖过程中，同步监测斜向锚固体的预应力值、竖向变形调节结构和横向变形调节结构的压力值，以及建筑基础变形情况，根据监测成果实时调整建筑变形。

本发明具有以下的特点和有益效果：

（1）在基坑开挖前先设置了地基补强加固体、水泥土固化截水带、侧向变形支挡桩，可有效提升建筑基础的承载能力和安全性，房子建筑基础下部土体发生渗透破坏。

（2）在基础下部和侧边面向基坑侧分别设置竖向变形调节结构和横向变形调节结构，可从竖向和横向两个方向控制建筑基础的变形，防止建筑发生倾斜、沉降等病害。

（3）采用预应力可回收锚杆斜向锚固体，在地基土内设置自由段、前部锚固端和自由段后部锚固端，既可对建筑基础外侧土体施加预应力，又可在施工完成后回收部分锚杆。

（4）竖向顶升千斤顶、横向顶升千斤顶、锚杆回收段在工程完工后可收回利用，节省建筑材料。

附图说明

图1本发明一种基坑开挖临近既有浅基础保护结构横断面示意图

图2是图1基坑开挖完成后结构横断面示意图；

图3是图1竖向变形调节结构和横向变形调节结构安装后示意图；

图4是图1斜向锚固体结构剖面示意图；

图5是本发明基坑开挖临近既有浅基础保护结构关键工序施工流程图。

图中：1—地基补强加固体，2—水泥土固化截水带，3—侧向变形支挡桩，4—竖向变形调节结构，5—横向变形调节结构，6—横向连接体，7—反力横梁，8—斜向锚固体，9—建筑基础，10—建筑地基土，11—上部顶升板，12—下部承载板，13—竖向顶升千斤顶，14—竖向支墩，15—竖向压力扩散板，16—横向反力千斤顶，17—横向支墩，18—横向支撑板，19—横向压力扩散板，20—横向支撑柱，21—连接体承载板，22—锚杆回收段，23—自由段前部锚固端，24—自由段后部锚固端，25—锚杆留置段，26—连接螺栓，27—定向锚具，28—夹片，29—锚杆注浆体，30—基坑支护桩，31—后注浆填充体，32—建筑物。

具体实施方式

以下结合附图说明对发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似施工方法及其相似变化，均应列入发明的保护范围。

水泥土固化截水带的设计及施工技术要求、侧向变形支挡桩的设计及施工技术要求、地基补强加固体的设计及施工技术要求、钢板焊接施工技术要求、千斤顶顶升施工技术要求、基坑支护桩的设计及施工技术要求等，本实施方式中不再赘述，重点阐述本发明涉的实施方式。

图1本发明一种基坑开挖临近既有浅基础保护结构横断面示意图，图2是图1基坑开挖完成后结构横断面示意图，图3是图1竖向变形调节结构和横向变形调节结构安装后示意图，图4是图1斜向锚固体结构剖面示意图，图5是本发明一种基坑开挖临近既有浅基础保护结构关键工序施工流程图。参照图1所示，结构施工时先在既有建筑基础9下部、基础外部临近基坑开挖侧分别设置地基补强加固体1、侧向变形支挡桩3；再在建筑基础9与侧向变形支挡桩3之间设置水泥土固化截水带2，水泥土固化截水带2上部设反力横梁7；随后向建筑基础9下部土体内打设预应力斜向锚固体8并施加预应力；最后将建筑基础9下部和外侧土体分段挖除，再安装竖向变形调节结构4和横向变形调节结构5；在基坑开挖过程中，实时动态控制建筑32的竖向变形量和横向变形量；待基坑开挖完成后回填建筑基础9周边的空隙，回收锚杆回收段22。

建筑基础9为条形砌石基础，基础埋深0.5m，基础宽0.6m；建筑地基土10为砂性土；基坑支护桩30采用直径为1.0m的水泥搅拌桩，桩长为8m；建筑物32为地上6层砖混结构建筑。

该基坑开挖临近既有浅基础保护结构施工方法，主要包括以下施工步骤：

1）施工准备：进行基础尺寸测试，布设变形观测点，进行构配件质量检查，组织施工机械、人员进场；

2）侧向变形支挡桩3施工：在既有建筑基础9外侧与基坑开挖面之间，进行侧向变形支挡桩3施工；侧向变形支挡桩3采用水泥搅拌桩，桩身直径0.5m，桩间距0.6m，桩长4m，上部嵌入反力横梁7内0.2m；

3）地基补强加固体1施工：根据设计要求，在临近的既有建筑基础9下部分段引孔取土，并向地基土内注水泥浆，形成地基补强加固体1；地基补强加固体1采用斜向引孔注浆方式形成水泥固化土，加固范围自基础底面向下2m深度范围内，平面宽度2m。

4）设置水泥土固化截水带2：在侧向变形支挡桩3与建筑基础9之间设置水泥土固化截水带2，水泥土固化截水带2呈带状布设，其竖向深度8m，采用引高压旋喷注浆法施工形成宽50cm的帷幕，水泥采用普通硅酸盐水泥。

5）设置钢筋混凝土反力横梁7：待水泥土固化截水带2施工完成后，立刻在水泥土固化截水带2上部支设模板，并浇筑混凝土形成钢筋混凝土反力横梁7；反力横梁7采用钢筋混凝土结构，梁宽0.8m、高0.5m，在梁内预设直径为130mm的斜向锚固体8的穿过孔。

6）打设斜向锚固体8：斜向锚固体8采用预应力锚杆；施工时，自反力横梁7内预设的斜向锚固体8穿过孔向基础下部土体内打设斜向锚固体8，锚孔钻设过程中对自由段前部锚固端23和自由段后部锚固端24进行扩孔处理，自由段前部锚固端23和自由段后部锚固端24长2m、直径为150mm；清孔后将锚杆回收段22与锚杆留置段25通过连接螺栓26连接，在锚杆留置段25的自由段前部锚固端23和自由段后部锚固端24内设置定向锚具27和夹片28；锚杆插入至设计深度后，向锚孔内注浆；在锚杆回收段与自由段前部锚固端23之间设连接螺栓；锚杆回收段22长6m，锚杆留置段25长10m，均采用直径32mm的螺纹钢，锚孔直径130mm；锚杆注浆体29采用水泥砂浆。

7）基础下部、外侧土体分段挖除：采用人工或小型施工机械将既有建筑基础9下部和外侧一定范围的土体沿基础走向分段掏出，土体掏出后立刻插入竖向支撑体，控制施工对周边土体的扰动；

8）安装竖向变形调节结构4：竖向变形调节结构4由上部顶升板11、下部承载板12、竖向顶升千斤顶13、竖向支墩14、竖向压力扩散板15组成；上部顶升板11和下部承载板12横断面均呈“﹂”形，采用厚10mm的Q345B钢板预制而成，其中上部顶升板11宽50cm、高50cm，下部承载板12宽50cm、高10cm；上部顶升板11和下部承载板12对称插入既有建筑基础9与地基补强加固体1之间的预留间隙内；竖向顶升千斤顶13型号为YZB10-60，其吨位10T、伸展高度170mm、行程60mm；竖向支墩14采用厚10mm的Q345B钢板焊接呈“工”字形，外轮廓高度10cm-17cm，翼缘宽20cm；竖向压力扩散板15采用厚5mm、长20cm、宽20cm的Q345B钢板预制而成；竖向顶升千斤顶13顶升后再插入竖向支墩14。

9）横向连接体6安装：横向连接体包括横向支撑柱20和连接体承载板21；横向支撑柱20采用直径20cm、高50cm的工字钢柱，连接体承载板21采用厚5mm、长40cm、宽40cm的Q345B钢板预制而成；在反力横梁7面向建筑基础9侧设置连接体承载板21和横向支撑柱20，连接体承载板21和横向支撑柱20通过焊接连接；

10）设置横向变形调节结构5：横向变形调节结构5包括横向反力千斤顶16、横向支墩17、横向支撑板18、横向压力扩散板19。其中横向反力千斤顶16的型号尺寸与竖向顶升千斤顶13相同，横向支墩17的形状尺寸与竖向支墩14相同，横向压力扩散板19的形状尺寸与竖向压力扩散板15相同。施工时，在基础外侧沿纵向布设横向支撑板18和横向反力千斤顶16，使横向反力千斤顶16的一端与“﹂”形上部顶升板11的竖向侧壁接触，另一端与横向支撑板18接触。

11）斜向锚固体8预应力施加：借助张拉装置向斜向锚固体8施加预应力，并将斜向锚固体8先锚固于反力横梁7上。

12）基坑开挖：待结构混凝形成强度后，打设基坑支护桩30，开挖基坑内土体；基坑支护桩30采用水泥搅拌桩，桩径为0.6m，桩长10m，桩间距0.6m，与侧向变形支挡桩3平行设置。

13）变形观测：基坑开挖过程中随时观测建筑物32的横向、竖向变形、斜向锚固体8应力、竖向变形调节结构4和横向变形调节结构5的压力情况，通过调整竖向顶升千斤顶13和横向反力千斤顶16的伸出量，控制建筑变形。

14）后注浆填充体31施工：待基坑开挖完成、基坑外侧土体变形稳定后，先沿建筑基础9纵向间隔取出竖向变形调节结构4的竖向顶升千斤顶13和横向变形调节结构5的横向反力千斤顶16，再向建筑基础9周边空隙内浇筑自密实混凝土，形成后注浆填充体31；自密实混凝土采用自密实水泥砂浆材料，水泥采用P.O32.5级普通硅酸盐水泥，骨料最大粒径20mm；

15）锚杆回收：松开斜向锚固体8的连接螺栓26，将锚杆回收段22与自由段前部锚固端23断开，随后将锚杆回收段22拔出，并填充孔洞。

在进行竖向变形调节结构和横向变形调节结构变形调节时，先采用超薄千斤顶同步进行建筑基础竖向、横向调整，并监测建筑变形情况，再向间隙内插入竖向支墩14或横向支墩18承载。