專利名稱：深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑施工領(lǐng)域，尤其涉及一種在深基坑開挖過程中控制基坑變 形的施工方法。技術(shù)背景隨著城市高層建筑和地下建筑的大量興起，從而產(chǎn)生了大量的深基坑工程。在國外，基坑的深度已經(jīng)達到74m。在國內(nèi)，基坑的平面尺寸與深度也在 不斷增加，如上海的金貿(mào)大廈，其基坑平面尺寸有170mX150m，基坑開挖深度 達到19.5m。隨著深基坑的不斷變深、變大，技術(shù)人員也越來越重視由于深基 坑開挖過程中的變形而產(chǎn)生的影響。在深基坑開挖的過程中，由于土壓力和水 壓力的作用，基坑往往會產(chǎn)生一定的變形，這種變形不論是對于基坑本身、還 是對于基坑的鄰近建筑物及地下管線都會產(chǎn)生不利的影響，如果處理不當(dāng)，會 引起不可估量的損失。要控制深基坑的變形，最直接的辦法就是對基坑支撐系統(tǒng)采取一定的措 施。如今，深基坑工程中，所采用的支撐材料大致有兩類 一類是鋼支撐，其 優(yōu)點是安裝、拆除方便，可通過施加預(yù)應(yīng)力控制基坑變形，但缺點是剛度小， 變形較大，支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性差；另一類是鋼筋混凝土支撐，其優(yōu)點是剛度 大、變形小，整體穩(wěn)定性好，但缺點是混凝土支撐達到強度需要時間，拆除需 要爆破，且不能預(yù)加應(yīng)力。兩類支撐材料各有其優(yōu)點，但也有缺點。隨著深基坑的開挖深度不斷加大，側(cè)壓力也隨之增大。根據(jù)工程經(jīng)驗，為 了抵抗較大的側(cè)壓力，并控制變形，深基坑的下部支撐傾向于采用鋼筋混凝土 支撐。但是混凝土支撐達到強度需要較長的時間，對于控制基坑變形不利，雖 然有部分工程會選用加固土體措施來保證土體穩(wěn)定，但是成本較高。故若能對 上述兩類支撐材料取長補短，對基坑的變形控制定有不小幫助。發(fā)明內(nèi)容有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可預(yù) 加應(yīng)力又具有足夠剛度的控制基坑變形的方法為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制 基坑變形的方法，包括以下步驟步驟一、首先建造地下圍護結(jié)構(gòu)；
步驟二、地下圍護結(jié)構(gòu)完成后，在所述地下圍護結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)開始開挖基坑； 隨著所述基坑深度的增大，在所述基坑內(nèi)所述地下圍護結(jié)構(gòu)之間建造鋼結(jié)構(gòu)支 撐以抵抗所述基坑側(cè)壁的側(cè)壓力；并對所述鋼結(jié)構(gòu)支撐施加預(yù)應(yīng)力；步驟三、隨著開挖加深，在所述施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐不足以抵抗隨 著所述基坑深度同步增加的側(cè)壓力時，在所述施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐上澆 筑混凝土，并暫停開挖所述基坑；步驟四、待所述施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐上的所述混凝土固結(jié)達到設(shè)計 強度后，繼續(xù)開挖所述基坑。較佳地，在步驟一中，所述地下圍護結(jié)構(gòu)為混凝土連續(xù)墻或深層攪拌樁或 鉆孔灌注樁。較佳地，在步驟二之后，根據(jù)所述基坑開挖深度，重復(fù)步驟二，建造保持 間距的一個以上的所述鋼結(jié)構(gòu)支撐。較佳地，在步驟三中，所述鋼結(jié)構(gòu)支撐的截面形狀為"工"字形或"口" 字形或"II"字形。較佳地，在步驟四之后，根據(jù)開挖深度，依次重復(fù)步驟三、步驟四，至開挖結(jié)束o本發(fā)明的控制基坑變形的方法，由于合理利用了鋼結(jié)構(gòu)支撐與鋼筋混凝土 支撐在形成時間上的時差效應(yīng)，將鋼結(jié)構(gòu)支撐可預(yù)加應(yīng)力和鋼筋混凝土支撐具 有足夠強度的優(yōu)點合為一體，并在對基坑土起支撐作用的時間段上先后互補， 實現(xiàn)了對深基坑變形的有效控制。上述時差效應(yīng)在本方法中具體地是當(dāng)基坑開挖處于較淺深度時，由于此 時基坑底部的側(cè)壓力還不大，所以在基坑底部先設(shè)普通的鋼結(jié)構(gòu)支撐，并且可 以同時施加預(yù)應(yīng)力，此時鋼結(jié)構(gòu)支撐的剛度已經(jīng)可以滿足控制較淺基坑變形的 要求，并且上述工藝成本低，時間短；當(dāng)基坑繼續(xù)向下開挖時，基坑處于較深階段，基坑底部的側(cè)壓力明顯增大， 此時在繼續(xù)開挖前，在鋼結(jié)構(gòu)支撐的周圍澆筑混凝土，待混凝土達到預(yù)定強度 后才繼續(xù)開挖。由于此時，施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)與澆筑在其上的混凝土形成 一共同受力構(gòu)件，具有混凝土的剛度較大的特性，因此這個共同受力構(gòu)件具有 足夠的剛度抵抗深基坑底部較大的側(cè)壓力，以滿足控制較深基坑變形的要求。和傳統(tǒng)的支撐材料相比，利用了時差效應(yīng)的上述共同受力構(gòu)件的優(yōu)點在 于和鋼結(jié)構(gòu)支撐相比，剛度比鋼結(jié)構(gòu)支撐要大，抵抗側(cè)壓力和控制位移的能 力比鋼結(jié)構(gòu)支撐要強。和鋼筋混凝土支撐相比，由于共同受力構(gòu)件可以施加預(yù) 應(yīng)力，并且基坑開挖以后，可以馬上提供側(cè)向抵抗力控制位移，而不需要等到 混凝土支撐達到強度以后，所以大大彌補了鋼筋混凝土支撐在形成初期剛性不 足的缺點。
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說 明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1是本發(fā)明的一較佳實施例的施工狀態(tài)示意圖； 圖2是圖1中A-A處的截面示意圖；圖3是圖1所示實施例澆筑混凝土后的施工狀態(tài)示意圖； 圖4是圖3中B-B處的截面示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖3所示，本發(fā)明的深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變 形的方法，依次包括以下的步驟步驟一，首先在施工區(qū)域建造筑地下圍護結(jié)構(gòu)1;建造地下圍護結(jié)構(gòu)1是 本領(lǐng)域常用施工手段，本實施例中，地下圍護結(jié)構(gòu)1為混凝土連續(xù)墻。顯然， 地下圍護結(jié)構(gòu)1也可以是本領(lǐng)域常見的其他結(jié)構(gòu)，如深層攪拌樁或鉆孔灌注樁， 并起到同樣的作用。然后步驟二，地下圍護結(jié)構(gòu)l完成后，在地下圍護結(jié)構(gòu)l范圍內(nèi)開始開挖 基坑2;隨著基坑2深度的增大，在基坑2區(qū)域內(nèi)地下圍護結(jié)構(gòu)1之間建造鋼 結(jié)構(gòu)支撐3以抵抗基坑2側(cè)壁的側(cè)壓力。 一般地，根據(jù)地基條件的不同，本領(lǐng) 域通常認(rèn)為的基坑開挖的較淺階段是在開挖到七至十米以內(nèi)。在此階段，由于 基坑2較淺，基坑2底部的側(cè)壓力還不大，所以只需要在基坑2底部先設(shè)普通 的鋼結(jié)構(gòu)支撐3即可。為獲得更佳的效果，本領(lǐng)域中也常在此階段對鋼結(jié)構(gòu)支 撐3同時施加預(yù)應(yīng)力。此時鋼結(jié)構(gòu)支撐3的剛度已經(jīng)可以滿足控制較淺基坑變 形的要求，并且上述工藝成本低，時間短。在步驟二之后，根據(jù)基坑2開挖深度，重復(fù)步驟二，建造保持間距的一 個以上的鋼結(jié)構(gòu)支撐3，本實施例重復(fù)步驟二兩次，建造了三個鋼結(jié)構(gòu)支撐3。本發(fā)明的特別之處在于，步驟三中，隨著開挖加深，在施加了預(yù)應(yīng)力的鋼 結(jié)構(gòu)支撐3不足以抵抗隨著基坑2深度同步增加的側(cè)壓力時，在施加了預(yù)應(yīng)力 的鋼結(jié)構(gòu)支撐3上澆筑混凝土4，并暫停開挖基坑2;上述步驟三的原理在于，利用了鋼結(jié)構(gòu)支撐3與混凝土 4在形成時間上的 先后差別，使兩者結(jié)合形成一共同受力構(gòu)件5，即鋼結(jié)構(gòu)支撐3與混凝土4的 混合體。在共同受力構(gòu)件5中，鋼結(jié)構(gòu)支撐3的特性在于可對基坑2起到及時支撐 的作用，并且由于鋼結(jié)構(gòu)支撐3可預(yù)加應(yīng)力，這種對基坑2的支撐作用的及時 性更為明顯，進一步彌補了混凝土4在固結(jié)過程中剛度不夠、暫時不能起支撐 作用的缺陷，使基坑2在混凝土 4處于固結(jié)過程的這一時間段得到足夠的支撐。 當(dāng)共同受力構(gòu)件5中的混凝土4固結(jié)后，由于混凝土具有足夠剛性的特性，在 混凝土4固結(jié)過程完成后，對基坑2起到足夠強度的支撐。上述的鋼結(jié)構(gòu)支撐 3與混凝土 4在共同受力構(gòu)件5中形成支撐時間段上的互補，使得共同受力構(gòu) 件5兼有多種優(yōu)點和鋼結(jié)構(gòu)支撐相比，剛度比鋼結(jié)構(gòu)支撐要大，抵抗側(cè)壓力 和控制位移的能力比鋼結(jié)構(gòu)支撐要強；和混凝土支撐相比，由于共同受力構(gòu)件 5可以施加預(yù)應(yīng)力，并且基坑開挖以后，可以馬上提供側(cè)向抵抗力控制位移， 而不需要等到混凝土支撐達到強度以后，所以大大彌補了鋼筋混凝土支撐在形 成初期剛性不足的缺點。為獲得良好剛性，如圖2所示，本實施例中，鋼結(jié)構(gòu)支撐3的截面選取為 "口"字形，澆筑混凝土4后，共同受力構(gòu)件5的截面見圖4所示。其后，步驟四，待施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐3上的混凝土4固結(jié)達到設(shè) 計強度后，繼續(xù)開挖基坑2，至工程要求深度。由于此時，施加了預(yù)應(yīng)力的鋼 結(jié)構(gòu)支撐3與澆筑在其上的混凝土 4形成的共同受力構(gòu)件5，具有混凝土的剛 度較大的特性，因此這個共同受力構(gòu)件5具有足夠的剛度抵抗基坑2底部較大 的側(cè)壓力，以滿足控制較深基坑變形的要求。本發(fā)明的控制基坑變形的方法，由于合理利用了鋼結(jié)構(gòu)支撐與鋼筋混凝土 支撐在形成時間上的先后差別，結(jié)合了鋼結(jié)構(gòu)支撐可預(yù)加應(yīng)力和混凝土支撐具 有足夠強度的優(yōu)點，并在起支撐作用的時間段上形成互補，實現(xiàn)了對深基坑變 形的有效控制。作為對本實施例的一種改進，在完成步驟四之后，根據(jù)對基坑2在開挖深 度上的要求，依次重復(fù)上述步驟三、步驟四，有間距地向下多次設(shè)置同樣的共 同受力構(gòu)件5，以對基坑2形成延伸的支撐作用，至達到工程要求，開挖結(jié)束。作為又一種改進，在步驟三中，為獲得良好的受力效果或結(jié)合實際選材， 鋼結(jié)構(gòu)支撐3的截面形狀還可以選擇為"工"字形或"II"字形等。綜上所述，本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實施例。凡本技 術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或 者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變形的方法，包括以下步驟步驟一、首先建造地下圍護結(jié)構(gòu)；步驟二、地下圍護結(jié)構(gòu)完成后，在所述地下圍護結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)開始開挖基坑；隨著所述基坑深度的增大，在所述基坑內(nèi)所述地下圍護結(jié)構(gòu)之間建造鋼結(jié)構(gòu)支撐以抵抗所述基坑土的側(cè)壓力；并對所述鋼結(jié)構(gòu)支撐施加預(yù)應(yīng)力；其特征在于還包括步驟三、隨著開挖加深，在所述施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐不足以抵抗隨著所述基坑深度同步增加的側(cè)壓力時，在所述施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐上澆筑混凝土，并暫停開挖所述基坑；步驟四、待所述施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐上的所述混凝土固結(jié)達到設(shè)計強度后，繼續(xù)開挖所述基坑。
2、 如權(quán)利要求l所述的深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變形 的方法，其特征在于在步驟一中，所述地下圍護結(jié)構(gòu)為混凝土連續(xù)墻 或深層攪拌樁或鉆孔灌注樁。
3、 如權(quán)利要求l所述的深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變形 的方法，其特征在于在步驟二之后，根據(jù)所述基坑開挖深度，重復(fù)步 驟二，建造保持間距的一個以上的所述鋼結(jié)構(gòu)支撐。
4、 如權(quán)利要求l所述的深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變形的方法，其特征在于在步驟三中，所述鋼結(jié)構(gòu)支撐的截面形狀為"工" 字形或"口"字形或"II"字形。
5、 如權(quán)利要求l所述的深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變形的方法，其特征在于在步驟四之后，根據(jù)開挖深度，依次重復(fù)步驟三、 步驟四，至開挖結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明提供一種深基坑開挖過程中利用時差效應(yīng)控制基坑變形的方法，依次包括首先建造地下圍護結(jié)構(gòu)；然后在地下圍護結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)開始開挖基坑；隨著基坑深度的增大，在基坑內(nèi)地下圍護結(jié)構(gòu)之間建造鋼結(jié)構(gòu)支撐以抵抗基坑土的側(cè)壓力；并對鋼結(jié)構(gòu)支撐施加預(yù)應(yīng)力控制基坑變形；隨著開挖加深，在施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐不足以抵抗隨著基坑深度同步增加的側(cè)壓力時，在施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐上澆筑混凝土，并暫停開挖基坑；待施加了預(yù)應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)支撐上的混凝土固結(jié)達到設(shè)計強度后，繼續(xù)開挖基坑。本發(fā)明的方法，合理利用了鋼結(jié)構(gòu)支撐與鋼筋混凝土支撐在形成時間上的時差效應(yīng)，在滿足支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的前提下，實現(xiàn)了對深基坑變形的有效控制。
文檔編號E02D5/20GK101126240SQ20061003013
公開日2008年2月20日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者周金海, 昀 孟 申請人:上海電力設(shè)計院有限公司