CN118153484B - 一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，包括以下步骤：构建多孔介质渗流数值模型，基于多孔介质渗流数值模型获取止水帷幕的技术参数；构建三维流固耦合数值模型，基于三维流固耦合数值模型获取锚注支护的支护参数；基于止水帷幕的技术参数以及锚注支护的支护参数，构建锚注支护‑止水帷幕一体化防水体系；基于锚注支护‑止水帷幕一体化防水体系，构建模糊层次评价模型，对超大深基坑施工风险进行评价。本发明提出的防水体系构建方法绿色环保，让原有生态得以保留，运用的化学注浆材料也具有环保特征，减少了对原有地区的破坏，建立的锚注支护‑止水帷幕一体化防水体系，能够有力保障基坑施工安全。

Description

一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法

技术领域

本发明属于土建施工技术领域，尤其涉及一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法。

背景技术

基坑施工是一项综合性很强的系统工程，支护体系在基坑施工中需要承受土压力，具有很强的时空效益。

止水帷幕指的是用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。目前，在基坑槽底处于地下水位线以下时，常常存在降水困难的问题，基本都需要设置止水帷幕，以防止地下水渗漏进入基坑内而影响工程施工。

传统的超大深基坑施工在稳定性和防渗漏水方面存在一些挑战和困难。较为明显的是稳定性欠缺和防渗漏水困难。深基坑工程涉及挖掘深度较大的地下空间，因此土体的稳定性是一个重要考虑因素。传统的施工方法会遇到土体塌方、地表沉陷等问题，尤其是在土质较松软、地下水位较高或者周围环境复杂的情况下。地下水位降低可能导致土体失水收缩，从而引发地下空间的塌陷。而土体的填充和加固需要考虑时间和成本，可能会对施工进度造成影响。

超大深基坑周围地下水的渗透也是一个常见问题。地下水的流动可能会导致基坑墙壁和底部的渗漏，进而影响基坑工程的安全性和稳定性。传统的防渗漏方法包括使用混凝土墙壁和地下防水层等，但这些方法在长期使用中可能会受到地下水位变化、土体变形等因素的影响，从而导致防渗效果减弱。

针对传统的超大深基坑施工稳定性欠缺以及防渗漏水困难的问题，亟需提出一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，建立锚注支护-止水帷幕一体化防水体系，保障基坑施工安全。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，以解决传统的超大深基坑施工稳定性欠缺以及防渗漏水困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，包括以下步骤：

构建多孔介质渗流数值模型，基于所述多孔介质渗流数值模型获取止水帷幕的技术参数；

构建三维流固耦合数值模型，基于所述三维流固耦合数值模型获取锚注支护的支护参数；

基于所述止水帷幕的技术参数以及锚注支护的支护参数，构建锚注支护-止水帷幕一体化防水体系；

基于所述锚注支护-止水帷幕一体化防水体系，构建模糊层次评价模型，对超大深基坑施工风险进行评价。

可选地，所述多孔介质渗流数值模型的构建过程包括：基于旋喷桩止水帷幕下方导流沟疏水力学机制及快速降水技术，建立止水帷幕下方导流沟疏水过程中的多孔介质渗流数值模型。

可选地，所述多孔介质渗流数值模型的表达式为：

H(x,y,z,0)＝H₀，(x,y,z)∈Ω

(x,y,z)∈S₂，t≥0

式中，Ω为地下水渗流区域；H₀为初始地下水位；S₂为第二类边界；μ_S为单位储水系数；K_xx、K_yy、K_zz分别为x、y、z主方向的渗透系数；ω为源汇项；q(x,y,z,t)为在边界不同位置上不同时间的流量；为水力梯度在边界法线上的分量。

可选地，所述三维流固耦合数值模型的构建过程包括：基于泉水动力作用下超大深基坑施工全过程稳定性评价方法，建立考虑稳态渗流效应的超大深基坑施工全过程的三维流固耦合数值模型。

可选地，止水帷幕的技术参数的获取过程包括：基于所述多孔介质渗流数值模型，获取地下泉水渗流场的流网形态及空间分布特征，基于所述流网形态及空间分布特征，获得地下泉水的动力迁移力学机制，然后结合旋喷桩止水帷幕的止水机理，获得止水帷幕对基坑降水的影响规律，基于所述影响规律，获得止水帷幕的技术参数。

可选地，所述锚注支护的注浆材料采用树脂与硅酸盐杂化机理塑造。

可选地，所述锚注支护的注浆限制条件至少包括：旋喷桩止水帷幕的深度、厚度、搭接宽度、桩体的水泥掺入比以及成桩工艺质量要求的技术参数。

可选地，所述模糊层次评价模型的构建过程包括：基于现场监测和数值模拟结果，构建模糊层次评价模型。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

(1)绿色环保，止水帷幕下方导流沟实现了施工过程的地下泉水保护，让原有生态得以保留，运用的化学注浆材料也具有环保特征，减少了对原有地区的破坏。

(2)科学设计止水帷幕技术参数，对不同的止水帷幕作出安全评估，不断比对，得出合适的止水帷幕。

(3)建立锚注支护-止水帷幕一体化防水体系，有力保障基坑施工安全。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的演示情况示意图；

图2为本发明实施例的防水帷幕构建实施流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

为了确保深基坑顺利施工、保证高层建筑整体施工质量和安全性，在深基坑施工前一定要对建筑施工区域周边的水文地质条件实施勘察，重点集中在建筑周围交通情况、施工范围周边建筑情况等。若是由于施工范围内存在着较为特殊的区域，施工时一定要对这些问题进行重点考量。除了地上具有建筑、河流等影响因素外，施工区域地下存在着大量地下水流域，这些情况都会对深基坑开挖造成较大影响。

如图1所示，为本实施例的演示情况示意图，在施工过程中，设立止水帷幕在基坑侧壁，对施工起到支撑侧壁和阻止地下水渗漏的作用；在止水帷幕下方设立导流沟，在不破坏原有生态的情况下引导地下水的流动。为解决传统的超大深基坑施工稳定性欠缺以及防渗漏水困难问题，本实施例中提供一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，包括以下步骤：

建立止水帷幕下方导流沟疏水过程多孔介质渗流数值模型，明晰地下泉水渗流场流网形态及空间分布特征，揭示泉域环境导流沟地下水动力迁移力学机制，实现施工过程的泉水保护；基于旋喷桩止水帷幕的止水机理，研究不同止水帷幕布置对基坑降水效果的影响规律，确定旋喷桩止水帷幕的技术参数。

具体的，建立止水帷幕下方导流沟疏水过程多孔介质渗流数值模型，通过对水文地质概念模型的分析，依据渗流连续性方程和达西定律，建立评价区地下水系统水文地质概念模型相对应的多孔介质渗流数值模型为：

H(x,y,z,0)＝H₀，(x,y,z)∈Ω

(x,y,z)∈S₂，t≥0

式中，Ω为地下水渗流区域；H₀为初始地下水位；S₂为第二类边界；μ_S为单位储水系数；K_xx、K_yy、K_zz分别为x、y、z主方向的渗透系数；ω为源汇项，包括蒸发、降雨入渗补给；q(x,y,z,t)为在边界不同位置上不同时间的流量；为水力梯度在边界法线上的分量。

FEFLOW是基于有限单元法建立地下水多孔介质渗流数值模型的常用软件，能够灵活地概化处理复杂的地质边界条件，对复杂的非稳定地下水流场演变规律和溶质迁移进行模拟。采用地下水数值模拟软件FEFLOW为平台，可以构建开挖区三维模型，模拟地下水流场，明晰地下泉水渗流场流网形态及空间分布特征，揭示泉域环境导流沟地下水动力迁移力学机制，实现施工过程的泉水保护，让原有生态得以保留，以减少对原有地区的破坏。

进一步的，运用泉水动力作用下超大深基坑施工全过程稳定性评价方法，建立考虑稳态渗流效应的超大深基坑施工全过程三维流固耦合数值模型，确定满足基坑支护体系变形控制标准的最优支护参数组合。

进一步的，在现场监测的基础上，根据收集的参数带入多孔介质渗流数值模型获取止水帷幕的技术参数，构建三维流固耦合数值模型，根据数值模拟得出的支护参数，建立基于泉区敏感环境的超大深基坑施工风险模糊层次评价模型，形成泉水动力作用下超大深基坑支护体系的施工过程稳定性评价方法。

本实施例分析外界因素对泉水保护区超大深基坑渗漏水的影响规律，研究喷锚技术与止水帷幕联合加固机理。研发化学注浆渗漏水防治功能材料，运用树脂与硅酸盐杂化机理塑造材料，并提出针对锚注支护-止水帷幕一体化防水体系，综合运用多孔介质渗流数值模型和三维流固耦合数值模型的新型锚注支护施工工艺及分层多次高压注浆预应力锚固技术，建立锚注支护-止水帷幕一体化防水体系。

本实施例基于树脂与硅酸盐杂化机理制备化学注浆渗漏水防治功能材料，其粘度低，与水接近。与混凝土、岩层、砂层、泥土层均有极佳的亲和力，并表现出良好的渗透性，是一种可灌性很好的环保型化学灌浆材料。并且具有优异的抗渗耐久性，兼具快速堵水与加固的功能，适用于地下基础的防渗止水灌浆，特别是基坑帷幕防渗。

如图2所示，为本实施例的防水帷幕构建实施流程示意图，实施流程包括：步骤1.在施工前，到达施工处进行测量定位，收集相关参数，从而调整施工方法；步骤2.钻机就位，预备施工；步骤3.根据步骤1所测参数，调整钻杆垂直度，保证钻机垂直施工；步骤4.制备新型水泥浆，预备灌浆；步骤5.正式开始施工，进行钻孔；步骤6.利用注浆锚杆，在挖掘过程中进行试喷；步骤7.确认试喷无误后，正式开始喷射作业，建立防水帷幕；步骤8.在喷射结束后拔管并对其彻底清洗。

进一步的，图2所述步骤4中，在制备水泥浆时，应注意确定旋喷桩止水帷幕的深度、厚度、搭接宽度、桩体的水泥掺入比及成桩工艺质量要求等技术参数。

图2所述步骤7中，在进行喷射作业时，建立基于泉区敏感环境的超大深基坑施工风险模糊层次评价模型，形成泉水动力作用下超大深基坑支护体系的施工过程稳定性评价方法。

本实施例的施工原理：本发明运用旋喷桩止水帷幕下方导流沟疏水力学机制及快速降水技术，建立止水帷幕下方导流沟疏水过程多孔介质渗流数值模型；运用泉水动力作用下超大深基坑施工全过程稳定性评价方法，建立考虑稳态渗流效应的超大深基坑施工全过程三维流固耦合数值模型；在现场监测与数值模拟结果的基础上，建立基于泉区敏感环境的超大深基坑施工风险模糊层次评价模型，形成泉水动力作用下超大深基坑支护体系的施工过程稳定性评价方法；泉水保护区超大深基坑渗漏水防治功能材料研发与防水体系建立，明确泉水保护区超大深基坑渗漏水的影响规律的基础上，明晰研究喷锚技术与止水帷幕联合加固机理，研发渗漏水防治功能材料，建立锚注支护-止水帷幕一体化防水体系，确保施工安全。

本发明能够明晰地下泉水渗流场流网形态及空间分布特征，揭示泉域环境导流沟地下水动力迁移力学机制，提出车站两侧水系连通的导流通道施工技术，实现施工过程的泉水保护，最大程度上保留原有的水文特征，让水流顺利通过，同时导流沟留足空隙，允许原有水生生物的通过，保护了原有的生态环境。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建多孔介质渗流数值模型，基于所述多孔介质渗流数值模型获取止水帷幕的技术参数；

构建三维流固耦合数值模型，基于所述三维流固耦合数值模型获取锚注支护的支护参数；

基于所述止水帷幕的技术参数以及锚注支护的支护参数，构建锚注支护-止水帷幕一体化防水体系；

基于所述锚注支护-止水帷幕一体化防水体系，构建模糊层次评价模型，对超大深基坑施工风险进行评价；

所述多孔介质渗流数值模型的表达式为：

H(x,y,z,0)＝H0，(x,y,z)∈Ω

式中，Ω为地下水渗流区域；H₀为初始地下水位；S₂为第二类边界；μ_S为单位储水系数；K_xx、K_yy、K_zz分别为x、y、z主方向的渗透系数；ω为源汇项；q(x,y,z,t)为在边界不同位置上不同时间的流量；为水力梯度在边界法线上的分量。

2.根据权利要求1所述的超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，其特征在于，

所述多孔介质渗流数值模型的构建过程包括：基于旋喷桩止水帷幕下方导流沟疏水力学机制及快速降水技术，建立止水帷幕下方导流沟疏水过程中的多孔介质渗流数值模型。

3.根据权利要求1所述的超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，其特征在于，

所述三维流固耦合数值模型的构建过程包括：基于泉水动力作用下超大深基坑施工全过程稳定性评价方法，建立考虑稳态渗流效应的超大深基坑施工全过程的三维流固耦合数值模型。

4.根据权利要求1所述的超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，其特征在于，

止水帷幕的技术参数的获取过程包括：基于所述多孔介质渗流数值模型，获取地下泉水渗流场的流网形态及空间分布特征，基于所述流网形态及空间分布特征，获得地下泉水的动力迁移力学机制，然后结合旋喷桩止水帷幕的止水机理，获得止水帷幕对基坑降水的影响规律，基于所述影响规律，获得止水帷幕的技术参数。

5.根据权利要求1所述的超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，其特征在于，

所述锚注支护的注浆材料采用树脂与硅酸盐杂化机理塑造。

6.根据权利要求5所述的超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，其特征在于，

所述锚注支护的注浆限制条件至少包括：旋喷桩止水帷幕的深度、厚度、搭接宽度、桩体的水泥掺入比以及成桩工艺质量要求的技术参数。

7.根据权利要求1所述的超大深基坑施工稳定评价和防水体系构建方法，其特征在于，

所述模糊层次评价模型的构建过程包括：基于现场监测和数值模拟结果，构建模糊层次评价模型。