专利名称：一种地下连续沉井式空腹墙体与施工方法
技术领域：
本发明涉及一种地下建筑工程外墙和支护挡墙结构，尤其是一种地下连续空腹墙沉井式设计及其施工技术。
背景技术：
目前高层建筑基坑支护的结构形式可分为两大类一是临时支护结构；二是桩墙合一的地下连续墙。前者是在永久性地下结构的外侧，实施临时性支护，待主体结构施工完成后(至少是地下室出地面后)，必须在临时性支护结构与地下室外墙之间回填土(要满足一定的密实度要求)，以满足高层建筑塔楼的埋深要求和地震时水平力的可靠传递。此时，临时支护结构的作用将完全终止，并将在主体结构外周边留下永久性的废弃物，这些废弃物有时还会超出建筑项目用地红线，给社会带来永久性的后遗症，甚至由此导致相邻建筑项目开发商之间的矛盾纠纷也时有发生。这类临时性支护结构的选型，要根据建筑场地工程与水文地质情况和相关场地土的物理力学性质以及建筑物地下室的埋深等资料综合分析比较后确定，常用的临时性支护结构有如下几种类型(1)钢筋混凝土排桩；(2)土层锚杆加钢筋混凝土排桩；(3)内支撑加钢筋混凝土排桩；(4)逆作法钢筋混凝土拱墙；(5)内支撑加钢板桩；(6)水泥土墙；(7)SMW工法(在水泥土墙中放置型钢)；(8)土钉墙；(9)放坡(仅适用于安全等级为三级的基坑)。
第二类基坑支护是钢筋混凝土地下连续墙，它采用专门的机械设备挖槽，泥浆护壁，放入钢筋网片，水下浇注混凝土，形成地下连续钢筋混凝土墙。在基坑土方开挖和地下室内部结构施工时，它作为临时基坑支护使用，挡住基坑外侧的水土压力，而当地下室施工出地面后，它又是地下室的永久性外墙。因此，相当于把深基坑的支护结构与地下室外墙二者合而为一的结构，如果结合“逆作法”施工，还可缩短工程总工期。在一定条件下，地下连续墙可大幅度降低工程总造价，缩短工期，获得较好的经济效益。
然而，传统的地下连续墙的施工也有一定的局限性和缺点，如(1)对于岩溶地区含承压水头很高的砂砾层或很软的粘土(尤其是地下水位很高时)，尚难于采用；(2)地下连续墙施工现场比较潮湿和泥泞，其废弃泥浆会带来环境污染；(3)容易出现不规则超挖和槽壁坍塌；(4)需要专门的施工机械设备和具有一定专业水平的施工队伍；(5)地下连续墙的墙面通常较粗糙，甚至会出现夹泥现象，常常需要再做一道内衬墙来防水，从而增加工期和造价。
现今，当地下工程基坑采用围护桩支护时，首先是在地下室外围设置一圈围护桩。桩基的间距由土质的好坏决定，土质好时围护桩间距可以大些，土质较差时，围护桩间距要小，桩数则要相对增多，以防止基坑外围泥土向基坑内部涌入。当基坑较深或地下层数较多的时候，往往还需要在围护桩上设置拉锚或者内支撑，用来加固围护桩，在围护桩加固好以后，才能在围护桩所圈定的范围内进行地下层面的施工建设。共要设置几道拉锚或者内支撑，这均要由计算确定，甚至要进行多方案的技术经济比较。
在进行围护桩施工的时候，往往是利用人工挖孔的方法，逐步以一定深度为单位往下挖掘。并以一定深度为单位制作钢筋混凝土护壁，支挡周边水土压力。在做好基坑支护桩后，往往还得做止水帷幕，才开始基坑内土的开挖，并修建地下室。修建好地下室后，围护桩的作用就结束了，并永久地遗留在地下，形成地下障碍物。
在地下工程施工过程中，有时也采用悬臂式混凝土桩围护结构。但由于悬臂式围护结构受力性能较差，工程事故发生率较高，仅适用于土质较好和基坑较浅的地下工程。而带拉锚或内支撑的围护结构，施工较麻烦，支护结构费用昂贵，拉锚往往还会超出用地红线，而钢筋混凝土内支撑的拆除，危险性较大，费时又费力。总之，在地下室外侧先做围护结构，再进行地下室的施工，会造成人力财力和时间上的浪费。
发明内容
为了克服现有的地下工程围护结构的缺点和不足以及现有的地下工程围护结构施工的缺点和不足，本发明提供一种地下连续空腹墙沉井式设计及其施工方法，使地下工程基坑围护结构和地下工程主体结构的外墙合二为一，节省用地空间、节约工程造价、缩短工期，并大大增加地下室外墙的抗侧移能力和抗弯刚度以及更方便于地下室内部的施工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种地下连续沉井式空腹墙体，是由若干空腹墙段相互连接所构成的连续的闭合墙体，所述空腹墙段是由两纵向墙壁和两端壁围成的水平空腹结构；其内部设有若干横向支撑；在空腹墙段的墙壁底部设有刃脚。
一种地下连续沉井式空腹墙的施工方法，包括(1)预制若干钢筋混凝土空腹墙段；(2)人工在空腹墙段内挖土下沉到位并封底；(3)两空腹墙段之间用钢筋通过端壁的预留连接孔连接，并在两空腹墙段相邻端部一定空间范围内制作钢筋笼和支模浇注钢筋混凝土形成暗(端)柱；(4)依次进行施工，直到形成封闭的地下连续空腹墙体。
本发明的有益效果是，(1)不需要专门的机械设备，对施工人员的技术水平要求也不高；(2)空腹墙的抗侧移和抗弯刚度较大，可大大增加悬臂长度，减少拉锚或内支撑的工作量，因此既可采用“逆作法”施工，也可采用正作法施工；(3)工作面大，可像人工挖孔桩一样实行大兵团作战，施工速度快，工期短；(4)不需要临时支护结构，地下工程围护结构和地下工程主体结构的外墙合二为一，可大大节省工程总造价，尤其适用于多层地下室的设计与施工；(5)可充分利用建筑项目红线内土地，把地下室面积做大做足，而且不留永久性废弃物，对周边环境无不良影响；(6)施工过程安全性较高，工程质量有比较可靠的保证。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的空腹墙段结构示意图。
图2是本发明的空腹墙段的另一结构示意图。
图3是本发明的空腹墙段的连接结构示意图。
图4是本发明空腹墙段的地下连续空腹墙的平面布置图。
图5是本发明的地下室内部施工结构示意图。
具体实施例方式
在施工过程中，如果地下室外墙根据计算，需要采用400mm厚的墙体，则把它一分为二，两纵向墙壁厚各200mm，中间形成空腹腔宽在1米左右，方便于人在里面的挖土操作，两端部墙厚及内隔墙壁厚均由计算确定，所有墙体的配筋也由计算确定。这种空腹墙体会比400mm厚的实体墙的受力更好，具有更强的抗侧移和抗弯能力。
如图1所示，空腹墙段10是由两纵向墙壁14、15、两端壁16、17和内部设置的若干横向支撑18、19所围成的水平空腹结构；在空腹墙壁底部设有刃脚20，刃脚20为钝底刀削面结构(参见图5)。横向支撑18、19均匀地把空腹墙段10分成3个腔体11、12、13。横向支撑18、19可以是混凝土墙也可以是混凝土梁，且它们的底并不与空腹墙段10的底齐平。在空腹墙段10的两端壁16、17上设有连接孔24。
如图2为空腹墙段10另一实施例，其基本结构与图1相同，不同的是，在两端壁16、17的底部开出土槽28。
为人工挖土时出土方便和易于下沉时的纠偏，建议按楼层分层制作空腹墙，如多层地下室，可多次制作和下沉。分层制作的空腹墙段，如同一个小沉井。当空腹墙段10分为四层时，如图1所示，分别为层21、31、41、51，刃脚20根据需要做成一定斜度的平底面。施工时，层51先制作并在空腹腔体11、12、13内进行挖土下沉；当51层沉入地面后，通过纵向墙壁14、15和两端壁16、17的竖向外伸钢筋与上层衔接并制作层41，再次在空腹腔体11、12、13内挖土下沉，当41层沉入地面后，再以相同的方法衔接层31、21、直到整个空腹墙段沉入地面，实现沉井式设计和施工为止。
空腹墙段下沉到位后，要采用钢筋混凝土封底，然后将各空腹墙段连接起来。如图3所示，空腹墙段的两端壁16、17均设有若干预留连接孔24。相邻两个空腹墙段通过连接孔24用钢筋连接起来。施工时，可任选三段相邻空腹墙段10，先把左、右段空腹墙段人工挖土下沉到位并封底，再施工中间段空腹墙段，人工挖土下沉到位并封底。下沉过程中，除了要把空腹墙段内部腹槽中的土挖掉，还要挖掉空腹墙段之间端槽25、26内的土。下沉中，左、右段空腹墙段采用图1所示空腹墙段，可以防止四周的土涌入空腹墙内；中间段空腹墙采用如图2所示的空腹墙段，以方便挖去空腹墙段之间的土。当空腹墙段之间的槽25、26挖土时，由于段与段之间预留的间隙仅100mm，间隙外侧的土会形成自然拱，使得土体不会涌进空腹墙的端槽内。万一碰到软粘土，形不成拱的作用时，可在地面或地下用预制混凝土板插入间隙挡土，也可采用局部喷射细石混凝土的办法阻止间隙外水土的进入。这样，当中间空腹墙段下沉到位时，其两侧空腹墙段之间的槽25、26内的土也已经挖完，我们可在此槽内和相连接空腔内放置实心柱的钢筋笼，并沿墙体纵向用钢筋与提前下沉的空腹墙段相连接，再支模浇注混凝土，形成实心柱45，作为支撑地下主体结构楼面梁和地梁的端柱。这样，空腹墙段之间就相互连接起来了，按照同样的方法，各段逐个连接形成一种封闭的地下连续空腹墙体。在浇注柱45的混凝土之前，还要把垂直于墙方向的钢筋预埋好，并伸出墙外，以便日后与地下室内部墙或者内部梁形成刚性连接。这些实心柱相当于地下连续墙的暗柱，它们起到两方面的作用一是把离散的空腹墙段连接成刚度很大的地下连续空腹墙；二是可作为地下室内部结构的端柱。
如图4所示，为空腹墙体平面布置图，空腹墙段10选取可以是任意的，也可以同时选择若干个不同位置开始下沉空腹墙段10，然后再逐渐围合起来，形成一定形状的封闭式墙体。
如图5所示，为两层地下室内部正作法施工过程示意图。施工有两种方法，一种是临时内支撑法，先挖土至负一层楼面标高，这时地下连续空腹墙是处于悬臂状态(由于空腹墙抗弯刚度大，具有足够的承载力)，在此标高上做钢筋混凝土内支撑(或拉锚)。然后再向下挖土，至底板下面标高，先做桩基的承台和地梁，再做地下室的底板。等到负二层内部墙、柱和负一层梁(板)形成后，可去除内支撑，继续施工负一层内部墙、柱和±0.00标高处梁(板)，以完成地下室主体结构的施工。另一种是采用中心岛法，先挖土至负一层楼面标高，这时地下连续墙也是处于悬臂状态，然后沿地下连续空腹墙四周放坡挖土，把基坑中间部位的土一次挖到底，并施工中间部位的承台、地梁与底板，然后施工框架柱和楼面梁，并把梁向四周延伸，以形成地下连续空腹墙的内支撑，最后再挖掉墙侧边放坡的土，并把中间部位的承台、地梁和底板向周边地下连续墙延伸，以便完成主体结构的施工。图4和图5所表示的是第二种方法，图4中32、33、34、35为放坡区域，36为中心岛区域。
本实施例采用第二种方法，如图5所示，当地下连续空腹墙连接封闭后，先进行第一次机械挖土，即图5中40部分，如果土质较差，需要加固空腹墙，则在机械挖土到中间层43标高处时，可采用短锚杆加固。第二次机械挖土为图4中放坡以上部分和中心岛36部分，倾斜地向下挖掘形成放坡区32、33、34、35。当中间部位挖土到位后，就施工中间部位的承台、地梁与底板，然后施工框架柱和楼面梁，在此过程中，有时要采用人工挖孔的办法来浇注放坡部位的框架柱，以便形成框架梁的支撑系统。并把框架梁向四周延伸，以形成地下连续空腹墙的内支撑，最后再人工挖掉空腹墙侧边放坡的土，并把中心岛部位的承台、地梁和底板向周边地下连续空腹墙延伸，以便完成主体结构的施工。
不管是临时内支撑法还是中心岛法，大部分的基坑土都是采用机械开挖的，因此施工速度均比较快。
不论是底板下的工程桩还是地下连续空腹墙的支撑桩，均要在地下连续空腹墙实施之前施工完成。如果工程桩采用在基坑底面的人工挖孔桩，那对沉井式地下连续空腹墙要采取多道内支撑，才能确保其安全。
在地下室结构施工完后，地下连续空腹墙的腹腔，还可用来布设水平设备管道，不回填；也可回填密实的砂土，进一步加大墙体的抗弯能力。若不回填，不但对于日后地下室使用中出现的外侧墙质量问题，如开裂渗水，可在空腹槽中进行修补处理，十分方便，而且也便于外墙腹腔中设备管道的日常维护。这也是地下连续空腹墙的优点之一。
采用本发明的设计与施工技术，节省了地下工程围护结构费用，直接利用地下室外墙支挡水土压力，可最大化地利用建筑红线内的空间，且对周边场地及工程设施不产生任何影响。利用水平空腹结构，增加了外墙的抗弯刚度，减少内支撑，桩墙合一，大大降低工程造价和工期，具有很好的市场前景。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种地下连续沉井式空腹墙体，其特征在于是由若干空腹墙段相互连接所构成的地下连续的封闭墙体；空腹墙段是由两纵向墙壁和两端壁所围成的空腹结构，空腹墙段间通过钢筋混凝土连接。
2.根据权利要求1所述的一种地下连续沉井式空腹墙体，其特征在于所述的空腹墙段内还设有若干横向支撑结构，横向支撑结构与两纵向墙壁连接并把空腹腔等份成两个或者两个以上的腔体。
3.根据权利要求1所述的一种地下连续沉井式空腹墙体，其特征在于所述的空腹墙段的墙壁底部设有刃脚。
4.根据权利要求1所述的一种地下连续沉井式空腹墙体，其特征在于所述的空腹墙段的端壁上设有预留连接孔。
5.根据权利要求1所述的一种地下连续沉井式空腹墙体，其特征在于所述的空腹墙段可分为若干层。
6.根据权利要求1所述的一种地下连续沉井式空腹墙体，其特征在于所述的空腹墙段的墙壁内设有水平与竖向的钢筋。
7.根据权利要求1或3所述的一种地下连续沉井式空腹墙体，其特征在于所述的空腹墙段底部的刃脚为钝底刀削面结构。
8.一种地下连续沉井式空腹墙的施工方法，包括(1)制作若干混凝土空腹墙段，包括空腹墙壁和刃脚；空腹墙壁是由两纵向墙壁和两端壁所围成的空腹结构；空腹墙段内设有若干横向支撑；(2)人工在空腹墙段内挖土下沉到位后封底；(3)两空腹墙段之间用钢筋通过端壁上的预留连接孔连接，并制作钢筋笼和支摸浇注钢筋混凝土形成暗(端)柱；(4)依次进行施工，直到形成封闭的地下连续空腹墙体。
9.如权利要求8所述的一种地下连续沉井式空腹墙的施工方法，其特征在于所述空腹墙段可以分层制作，分次下沉；也可以整体制作，一次下沉。
10.如权利要求8和9所述的一种地下连续沉井式空腹墙施工方法，其特征在于，所述沉井方法包括(a)将空腹墙段分成若干层；(b)从最底层开始制作并挖土下沉，直到沉入地面；(c)在已下沉的空腹墙上面重合制作上一层空腹墙并进行挖土下沉；(d)依次施工各层，直到空腹墙段下沉到预定的位置。
全文摘要
本发明公开了一种地下连续沉井式空腹墙体与施工方法，空腹墙体是由若干空腹墙段相互连接所构成的地下连续封闭墙体，其相互连接的施工方法包括预制若干混凝土空腹墙段；在任意位置选取三段连续空腹墙段；把左、右段空腹墙先人工挖土下沉到位并封底；再把中间空腹墙段人工挖土下沉到位并封底；在中间空腹墙段的下沉过程中，把空腹墙段与段之间隙中的土一起挖掉；两空腹墙段之间用钢筋通过端壁上的预留孔相互连接，并在相邻墙段端部一定范围内绑扎钢筋笼，支模浇注钢筋砼形成暗(端)柱；依次循环进行施工，直到形成封闭的地下连续空腹墙体。本发明采用空腹墙结构，增加了抗弯刚度，能简单快速地施工并能最大化地利用空间和节省工程造价。
文档编号E02D29/02GK1958966SQ20061004557
公开日2007年5月9日 申请日期2006年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者廖河山 申请人:廖河山