專利名稱：分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型涉及深大基坑施工領域，尤其涉及一種分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)。
背景技術：
[0002]隨著上海城市建設的快速發(fā)展，市中心土地資源的緊張、交通的擁擠、人口密度的過高等因素制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。而大力開發(fā)利用地下空間則是建設節(jié)約型城市，走可持續(xù)發(fā)展道路的一個重要方面。在大力開發(fā)城市地下空間的同時又遇到了大量的深大基坑工程。這些位于城市中心的深大基坑四周密布各類地下管線，鄰近各類建筑及地鐵隧道等設施。由于城市中心深大基坑施工場地狹小、施工工期緊、基坑開挖深(深度一般為15^25m),基坑開挖面積大，施工條件復雜；加之工程所處的地層基本為飽和含水流塑或軟塑粘土層，孔隙比及壓縮性大、抗剪強度低、靈敏度高等特點。因此，深大基坑的卸荷將對其位移場、應力場產(chǎn)生較大的變化并對周邊環(huán)境設施帶來影響。[0003]請參閱圖1，圖1所示是基坑開挖卸載后的變形特征示意圖。由圖1可見，深基坑的卸荷導致基坑及周圍土體的應力場、位移場發(fā)生變化，基坑及基坑周圍土體地層移動的結果，直觀地表現(xiàn)為:基坑內(nèi)的土體隆起bl、圍護結構的側向變形b2以及坑周的地表沉降b3。[0004]而在軟土地區(qū)的城市中開挖深基坑，除了滿足深基坑本身的強度和安全穩(wěn)定外，更主要的是控制深基坑開挖所帶來的變形以及產(chǎn)生的坑外地層沉降，以滿足周邊環(huán)境的保護要求。[0005]坑周的地表沉降及影響范圍除了與工程所處的土層特性有關外，在基坑不發(fā)生大面積的滲漏水、漏泥、流砂的情況下，則其主要影響因素是圍護結構的側向位移和坑內(nèi)的土體隆起。而坑內(nèi)的土體隆起又主要與基坑的寬度、開挖面積和開挖深度大小有關?？觾?nèi)土體的隆起主要由:卸荷后的土體回彈和卸荷后坑外土體向坑內(nèi)滑移而產(chǎn)生坑底土體的向上隆起這兩部分組成。[0006]《基坑工程手冊》(劉建航，侯學淵，中國建筑工業(yè)出版社，1997.4:10-16)及實測數(shù)據(jù)表明窄條基坑的坑周地表沉降與圍護結構側向變形的相關性較強。窄條基坑受兩側圍護結構遮擋作用，圍護結 構底以下的深層土體滑移影響較小。其坑內(nèi)隆起主要為基坑卸荷的土體回彈和被動區(qū)的擠壓隆起。因此，窄條基坑坑外地表沉降范圍一般為1.5^2.0倍開挖深度，在基坑圍護結構不滲漏的情況下，地表沉降最大值δ vs為圍護結構最大側向變形δ hs 的 0.7 倍左右，即 δ vs=0.7 δ hs。[0007]對于深大基坑而言，由于基坑寬大、開挖深、一次性卸荷量大、工期長，基坑變形除了產(chǎn)生圖2所示的I區(qū)朗金被動狀態(tài)區(qū)和II區(qū)朗金主動狀態(tài)區(qū)的變形影響外，還會產(chǎn)生III區(qū)、IV區(qū)的深層土體滑移變形影響。同時，坑底土體存在強回彈區(qū)(V區(qū))，其影響深度范圍為坑底以下0.3倍開挖深度。V區(qū)產(chǎn)生的坑底土體回彈量為總卸荷回彈量的70%。[0008]另通過室內(nèi)Ktl試驗、數(shù)值分析和工程實測得出上海軟土地區(qū)深基坑卸荷其坑底以下的影響深度范圍為開挖深度的2.5倍。當深大基坑寬度達到5倍開挖深度時，在圍護結構底部至坑底以下2.5倍開挖深度范圍內(nèi)，存在深層土體滑移帶。從而引起坑外地表沉降增大，并且地表沉降影響范圍也擴大至3.5倍開挖深度以上。地表沉降最大值是圍護結構側向變形的廣2倍。與窄條深基坑相比，深大基坑卸荷引起的坑內(nèi)土體隆起和坑周地表沉降影響越來越大。[0009]從前述的軟土深大基坑變形機理及特征分析可知，控制深大基坑坑外地表沉降變形，主要是控制圍護結構的側向變形和坑內(nèi)的土體隆起。針對圍護結構的側向變形，可以通過圍護結構的剛度、插入深度和支撐的道數(shù)及剛度的加強等措施來控制其側向變形。但因基坑開挖深、面積大、一次性卸荷量多而產(chǎn)生深層土體滑移變形和坑底土體回彈而帶來的地層沉降，則難以有效控制。[0010]針對周邊環(huán)境的保護要求，《基坑工程手冊》(劉建航，侯學淵，中國建筑工業(yè)出版社，1997.4:10-16)根據(jù)周邊建筑、設施、管線以及地鐵隧道等在不同沉降差下的影響和變形控制要求，提出了基坑變形控制的保護等級標準。但由于一些深大基坑毗鄰重要保護建筑和緊鄰地鐵隧道，基坑開挖過深、距離保護對象過近，而保護對象允許的變形又極其嚴格。因此，如何控制基坑變形，保護地鐵隧道運營的安全和保護性建筑物的完好，已成為深基坑工程中迫切需要研究和解決的難題。實用新型內(nèi)容[0011]本實用新型的目的在于提供一種分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，通過增設一道臨時分隔墻，將深大基坑分成遠離保護對象的大基坑和鄰近保護對象的窄條基坑兩個區(qū)域分區(qū)卸荷，從而使深大基坑相對遠離保護對象，先開挖遠離保護對象的大基坑，通過快速施工完成大基坑底板澆筑，控制大坑卸荷產(chǎn)生的坑內(nèi)隆起和坑外沉降。同時由于鄰近保護對象的基坑為窄條基坑，坑內(nèi)回彈及深層土體滑移較小，因此，窄條坑開挖時可以通過重點控制窄條基坑的側向變形以控制保護緊鄰窄條基坑的保護對象，從而達到減小和控制深大基坑開挖對保護對象變形影響的目標。[0012]為了達到上述的目的，本實用新型采用如下技術方案:[0013]一種分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，用于保護鄰近深大基坑的保護對象，包括深大基坑圍護結構和臨時分隔墻，所述深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)設置所述臨時分隔墻，所述臨時分隔墻將所述深大基坑分成遠離保護對象的大基坑和鄰近保護對象的窄條基坑兩個區(qū)域。[0014]優(yōu)先地，在上述的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)中，還包括用于控制深基坑的圍護結構側向變形的鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)。[0015]優(yōu)先地，在上述的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)中，所述窄條基坑的寬度大于等于20米。[0016]本實用新型的有益效果如下:[0017]本實用新型提供的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，通過在深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)設置一道臨時分隔墻，將深大基坑分成遠離保護對象的大基坑和鄰近保護對象的窄條基坑兩個區(qū)域，從而使深大基坑相對遠離保護對象，先開挖遠離保護對象的大基坑，通過快速施工完成大基坑底板澆筑，控制大坑卸荷產(chǎn)生的坑內(nèi)隆起和坑外沉降，同時由于鄰近保護對象的基坑為窄條基坑，坑內(nèi)回彈及深層土體滑移較小，開挖時可以重點控制窄條基坑的圍護結構的側向變形。在開挖鄰近保護對象的窄條基坑時，采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)對窄條基坑的圍護結構進行變形控制，自動化程度高，可根據(jù)圍護結構的實際變形情況實時調(diào)整鋼支撐的軸力，分級控制深大基坑的圍護結構的側向變形，從而保護鄰近深大基坑的保護對象的安全。


[0018]本實用新型的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)由以下的實施例及附圖給出。[0019]圖1是基坑開挖卸載后的變形特征示意圖；[0020]圖2是深大基坑土層位移和影響范圍不意圖；[0021]圖3是本實用新型一實施例的深大基坑工程總平面圖；[0022]圖4是本實用新型一實施例的深大基坑工程剖面圖；[0023]圖5是深大基坑一次性整體卸荷位移場變化云圖；[0024]圖6是深大基坑分區(qū)卸荷位移場變化云圖。
具體實施方式
[0025]以下將對本實用新型的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)作進一步的詳細描述。[0026]下面將參照附圖對本實用新型進行更詳細的描述，其中表示了本實用新型的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本實用新型而仍然實現(xiàn)本實用新型的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本實用新型的限制。[0027]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本實用新型由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須作出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。[0028]為使本實用新型的目的、特征更明顯易懂，
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。[0029]請參閱圖3和圖4,其中，圖3所不是本實用新型一實施例的深大基坑工程總平面圖，圖4所示是本實用新型一實施例的深大基坑工程剖面圖。該深大基坑的北側平行于一地鐵隧道，該地鐵隧道包括地鐵隧道上行線I和地鐵隧道下行線2。本工程基坑擬建一幢地面57層，地下4層，總高280m的甲級辦公樓。本工程基坑東西向約93m，南北向約110m，基坑占地面積IOOOOm2,基坑開挖深度17.5m 25.4m。[0030]本工程基坑由圍護結構3圍成，其圍護結構3與地鐵隧道上行線I的凈距為5.4m。地鐵隧道頂部埋深為8.5m,該地鐵隧道采用盾構法建造，地鐵隧道內(nèi)徑5.5m,外徑6.2m。環(huán)向通過12根螺栓將6片350mm厚的鋼筋砼管片聯(lián)接成一環(huán)。管片寬InTl.2m，環(huán)與環(huán)縱向通過17根螺栓聯(lián)接。地鐵隧道管片采用通縫拼裝。管片間的接縫防水采用彈性密封條。因此，環(huán)縫、縱縫的張開變形量只允許為3 5mm ;地鐵隧道結構設施絕對沉降量及水平變形控制要求< 20mm (包括各種加載和卸載的最終位移量)，基坑施工期間運營隧道的允許變形按IOmm控制；地鐵隧道變形曲線的曲率半徑R ^ 15000m ;地鐵隧道變形的相對彎曲(1/2500，運營地鐵隧道兩軌道橫向高差<4mm。[0031]由于本工程緊鄰地鐵隧道側的基坑開挖深度達17.5m,開挖深度已超過地鐵隧道底部2.Sm,因此鄰地鐵隧道側深基坑開挖的穩(wěn)定及產(chǎn)生的變形對地鐵隧道安全造成威脅。為保證運營中的地鐵隧道的安全，需要通過分區(qū)卸荷嚴格控制地鐵隧道側的深基坑變形，以將地鐵隧道變形控制在允許的范圍內(nèi)。[0032]本實施例的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，用于保護鄰近深大基坑的保護對象(本實施例中是地鐵隧道)，該系統(tǒng)包括由圍護結構3圍成的深大基坑和臨時分隔墻6，所述深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)設置所述臨時分隔墻6，所述臨時分隔墻6將所述深大基坑分成遠離保護對象的大基坑4和鄰近保護對象的窄條基坑5兩個區(qū)域。[0033]較佳地，在上述的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)中，還包括用于控制深基坑的圍護結構3側向變形的鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)。[0034]請繼續(xù)參閱圖3和圖4，本實施例的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的方法，包括如下步驟:[0035]第一步、先在深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)增設一道臨時分隔墻6，將深大基坑一分為二，分成遠離保護對象的大基坑4和鄰近保護對象的窄條基坑5兩個區(qū)域。具體地，可以根據(jù)擬建工程的塔樓和裙房布置，在鄰地鐵隧道側的裙房區(qū)基坑內(nèi)增設該臨時分隔墻6，將深大基坑一分為二。分為臨地鐵隧道的窄條基坑(北坑)5和遠離地鐵隧道的大基坑(南坑)4。[0036]第二步、開挖遠離保護對象的大基坑4，即先開挖遠離地鐵隧道的南坑。在大基坑4大開挖過程中，根據(jù)時空效應法設定挖土支撐的施工參數(shù)，快速施工以減少軟土基坑的土體流變變形。盆式對稱開挖，嚴格實行“分層分塊、限時開挖支撐”原則，邊坡留土每分塊土方開挖與支撐澆筑完成時間要求不超過36小時，從而可以實現(xiàn)快速施工，以減少軟土基坑的土體流變變形。[0037]第三步、待大基坑4開挖完成及時回筑底板和地下室后開挖鄰近保護對象的窄條基坑5，即南坑地下室完成后再開挖臨地鐵隧道側的窄條北坑，從而將深大基坑卸荷產(chǎn)生的圍護結構側向變形以及坑 內(nèi)土體隆起而帶來的坑外地鐵隧道變形，通過基坑的分區(qū)卸荷予以減弱和控制。在窄條基坑5開挖過程中，同樣根據(jù)時空效應法設定挖土支撐的施工參數(shù)，快速施工以減少軟土基坑的土體流變變形。抽條開挖，嚴格實行“分層分塊、限時開挖支撐”原則，每分塊土方開挖與支撐安裝完成時間要求不超過12小時，從而實現(xiàn)快速施工以減少軟土基坑的土體流變變形。具體為挖土 8小時，支撐安裝4小時。[0038]第四步、待窄條基坑5的地下室完成至地面后，再鑿除臨時分隔墻6，將地下室連成整體。[0039]較佳地，在開挖遠離保護對象的大基坑4前，先對窄條基坑5內(nèi)土體進行預加固。通過對窄條基坑5內(nèi)土體的預加固，可以改善窄條基坑5內(nèi)土體的土性，減少基坑開挖過程中圍護結構3的下部變形，有效控制基坑開挖面下的土體變形，以保護緊鄰的地鐵隧道。本實施例中，所述的對窄條基坑5內(nèi)土體進行預加固是通過對窄條基坑內(nèi)土體采用三軸攪拌和/或高壓旋噴方法進行水泥土預加固[0040]較佳地，在開挖鄰近保護對象的窄條基坑5時，采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)對窄條基坑5的圍護結構進行變形控制。通過先期開挖的大基坑4變形實測數(shù)據(jù)反分析，根據(jù)地鐵隧道變形的控制要求，預估計算分析窄條基坑5開挖的圍護結構3變形。并將計算分析的圍護結構3變形與支撐軸力予以耦合，確定每步序變形控制量和支撐軸力的初始設定值。通過信息化施工，及時調(diào)整支撐軸力，分級控制變形，從而達到最終的變形控制目標。[0041]請繼續(xù)參閱圖3和圖4，采用分區(qū)卸荷來控制深大基坑變形，保護鄰近運營地鐵隧道和重要保護性建筑設施的原理和作用在于:[0042](I)在深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)設置臨時分隔墻6，將基坑一分為二。分出一個寬度為20m左右的窄條基坑5，以便設置鋼支撐滿足快速開挖要求。同時也使得一分為二后先開挖的大基坑距離保護對象有20m以上。此外，在保護對象和大基坑4間所相隔的窄條基坑5因坑內(nèi)的加固和前后二道插入較深的地墻(即圍護結構3和臨時分隔墻6)作用，從而在大基坑4開挖時，后開挖的窄條基坑5起到了大剛度的擋土壩作用。大基坑4開挖采用針對上海軟弱土流變控制的“時空效應”開挖支撐施工技術。分層分塊、留土擋墻、快速開挖、限時支撐，及時澆筑墊層形成底板。通過縮短坑底土體在卸荷狀態(tài)下的暴露時間，從而可有效控制坑底土體隆起和坑外的地層沉降。因此，遠離保護對象的大基坑4開挖時對保護對象的變形影響較小。[0043](2)遠離保護對象的大基坑4內(nèi)的地下室完成施工后，再開挖窄條基坑5時，由于窄條基坑5內(nèi)土體的加固作用，坑內(nèi)土體的回彈較小，加上窄條基坑5兩側較深地墻的遮擋作用，窄條基坑5卸荷狀態(tài)下其深層土體滑移影響也較小。因此，窄條基坑5開挖卸荷對鄰近保護對象的影響主要來之于窄條基坑5的側向變形。而對于窄條基坑5的側向變形控制，施工實施中可采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)，自動實時調(diào)整鋼支撐的軸力，控制變形，同時，支撐體系不設圍檁，一幅地墻兩根鋼支撐，省卻砼支撐的養(yǎng)護時間，運用“時空效應”原理，快速開挖、限時支撐，盡早完成底板穩(wěn)定基坑。從而控制和減少窄條基坑5的側向變形，滿足鄰近保護對象的正常安全使用要求。[0044](3)待窄條基坑5的地下室完成至地面后，再鑿除臨時分隔墻6，將地下室連成整體。通常臨時分隔墻6位置的設置結合主體結構后澆帶，而大基坑4內(nèi)塔樓區(qū)的土建結構封頂是工程的主要控制節(jié)點，裙房區(qū)的窄條基坑5施工工期基本不影響塔樓的關鍵工期。因此深大基坑通過分區(qū)卸荷可較好地控制和解決鄰近保護對象的變形影響控制的工程難題，同對也保證了工程建設的順利實施。[0045]請參閱圖圖5和圖6，其中，圖5所示是深大基坑一次性整體卸荷位移場變化云圖，圖6所示是深大基坑分區(qū)卸荷位移場變化云圖。由圖5和圖6可見，深大基坑分區(qū)卸荷可有效控制對鄰近深大基坑的保護對象的變形影響。[0046]綜上所述，本實用新型提供的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，通過在深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)設置一道臨時分隔墻，將深大基坑分成遠離保護對象的大基坑和鄰近保護對象的窄條基坑兩個區(qū)域，從而使深大基坑相對遠離保護對象，先開挖遠離保護對象的大基坑，通過快速施工完成大基坑底板澆筑，控制大坑卸荷產(chǎn)生的坑內(nèi)隆起和坑外沉降。同時由于鄰近保護對象的基坑為窄條基坑，坑內(nèi)回彈及深層土體滑移較小，開挖時可以重點控制窄條基坑的圍護結構的側向變形。在開挖鄰近保護對象的窄條基坑時，采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)對窄條基坑的圍護結構進行變形控制，自動化程度高，可根據(jù)圍護結構的實際變形情況實時調(diào)整鋼支撐的軸力，分級控制深大基坑的圍護結構的側向變形，從而保護鄰近深大基坑的保護對象的安全。[0047]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求1.一種分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，用于保護鄰近深大基坑的保護對象，其特征在于，包括深大基坑圍護結構和一臨時分隔墻，所述深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)設置所述臨時分隔墻，所述臨時分隔墻將所述深大基坑分成遠離保護對象的大基坑和鄰近保護對象的窄條基坑兩個區(qū)域。
2.根據(jù)權利要求1所述的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于控制深基坑的圍護結構側向變形的鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求1所述的分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，其特征在于，所述窄條基坑的寬度大于等于20米。
專利摘要本實用新型公開了一種分區(qū)卸荷控制深大基坑變形的系統(tǒng)，包括深大基坑圍護結構和一臨時分隔墻，深大基坑鄰近保護對象側的坑內(nèi)設置臨時分隔墻，所述臨時分隔墻將深大基坑分成遠離保護對象的大基坑和鄰近保護對象的窄條基坑兩個區(qū)域。采用臨時分隔墻將深大基坑分成遠離保護對象的大基坑和鄰近保護對象的窄條基坑兩個區(qū)域分區(qū)卸荷，從而使深大基坑相對遠離保護對象，先開挖遠離保護對象的大基坑，通過快速施工完成大基坑底板澆筑，控制大坑卸荷產(chǎn)生的坑內(nèi)隆起和坑外沉降，在窄條坑開挖時，可以通過重點控制窄條基坑的側向變形以控制保護緊鄰窄條基坑的保護對象，從而達到減小和控制深大基坑開挖對保護對象變形影響的目標。
文檔編號E02D17/02GK202954367SQ201220682598
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者賈堅, 謝小林, 翟杰群, 張羽, 劉傳平, 羅發(fā)揚, 施佩文 申請人:同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司