專利名稱：基坑開挖的時(shí)空效應(yīng)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木建筑中基坑工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)。
基坑工程，特別是處于房屋和生命線工程集中的城市高層建筑的深大基坑工程，若采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工方法，極難準(zhǔn)確地控制變形，因而將極易導(dǎo)致基坑及周圍建筑物、構(gòu)筑物和地下生命線工程的破壞。為此，許多國家和地區(qū)如新加坡、臺灣、埃及和墨西哥等都采用對基坑及周圍土體進(jìn)行大面積的整體加固的方法，以此改變土體的力學(xué)性能，再輔以較剛性的支護(hù)系統(tǒng)來控制基坑變形。該方法雖然在一定的程度上達(dá)到了減小基坑變形的目的，但對于要求較高的基坑工程仍得不到滿足，且無法根據(jù)基坑的變形允許值采取相對應(yīng)的加固措施，所以造成了巨大的浪費(fèi)。國內(nèi)大多采用設(shè)計(jì)剛性較大的支撐和擋土墻體系輔以地基土體的加固處理來解決基坑變形大的問題，這種方法雖然收到了一定的效果，但是用于附近有地鐵、共同溝等對變形要求極為嚴(yán)格的重要建筑的基坑就難以成功，且費(fèi)用較大，因?yàn)橹两駷橹梗瑖鴥?nèi)外的基坑施工都是每層支撐一次架設(shè)，每層支撐之間的土體也是一次開挖的，且基坑的開挖和支撐的架設(shè)先后次序和時(shí)間差異有很大的隨意性?？傊壳暗姆椒╝.將設(shè)計(jì)和施工分開考慮，計(jì)算工況與實(shí)際不符；b.為了控制變形被迫采用保守的設(shè)計(jì)造成浪費(fèi)，基坑變形控制缺乏準(zhǔn)確性和可控性，變形過大環(huán)境不容許，過小增加費(fèi)用造成浪費(fèi)，因此，現(xiàn)有的方法既難以保證基坑工程的控制變形的要求，而且缺乏科學(xué)準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)合理性，安全性較差。
本發(fā)明的目的在于有效而精確地控制基坑及周圍土體的變形，保證基坑及周圍建筑的安全穩(wěn)定，并保證經(jīng)濟(jì)、合理、快速地完成基坑工程。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的方法是按照時(shí)空效應(yīng)規(guī)律及地質(zhì)環(huán)境資料等首先采用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算設(shè)計(jì)基坑的分層、分條、分段和分塊開挖的空間位置和尺寸大小，每塊開挖和支撐時(shí)間；接著按設(shè)計(jì)要求開挖和支撐，充分調(diào)動(dòng)未開挖土體的承載力，減少基坑的暴露時(shí)間；設(shè)置現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施信息化施工，精確地控制基坑的變形。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.按基坑工程的時(shí)空效應(yīng)規(guī)律，即周圍地層的位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力都是隨時(shí)間和空間的變化而變化的原理而進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，尤其是在設(shè)計(jì)中不但考慮了傳統(tǒng)的塑性變形而且考慮了土體的粘性變形，從而精確地控制了基坑的變形。
2.采用分層、分條、分塊等方式開挖和支撐，將大基坑化整為零，變成小型或微型基坑，使安全性大大地提高。
3.本發(fā)明的方法能根據(jù)基坑具體的大小、深淺、形狀、用途、控制目標(biāo)和地質(zhì)條件加以調(diào)整，應(yīng)用廣泛，具有很好的適應(yīng)性。
4.本發(fā)明的方法充分地調(diào)動(dòng)并發(fā)揮了地基土的自身潛力，同時(shí)充分利用了支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度，避免了基坑內(nèi)大面積的地基加固費(fèi)用和施工時(shí)間，如上海地鐵1號線車站施工平均每個(gè)車站節(jié)省加固費(fèi)100-200萬元，工期縮短3-6個(gè)月。
附

圖1.長條形開挖支撐工藝示意圖附圖2.長條形開挖支撐A向示意圖附圖3.盆式開挖示意圖附圖4.盆式開挖B向示意圖附圖5.島式開挖示意圖附圖6.島式開挖C向示意圖結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述采用本發(fā)明的方法實(shí)施基坑開挖工程，首先按基坑周圍的環(huán)境條件允許變形限度計(jì)算確定基坑圍護(hù)墻允許的水平位移值作為基坑變形控制的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，接著按控制變形的要求制定基坑圍護(hù)擋土墻1、支撐2、3...結(jié)構(gòu)方案和決定是否需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼗翆蛹庸蹋?jì)算基坑開挖和支撐層、條、塊數(shù)和所需時(shí)間，同時(shí)按上述支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性、地基加固強(qiáng)度和剛度、以及地質(zhì)和施工條件驗(yàn)算圍護(hù)擋土墻1及支撐內(nèi)力和變形、位移，基坑抗隆起安全系數(shù)等；整個(gè)基坑按對稱平衡原則分成幾個(gè)開挖段或開挖塊，每個(gè)開挖段或塊分層分小段開挖，隨挖隨撐，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成；最后按規(guī)定時(shí)限施加預(yù)應(yīng)力，并作好基坑的排水，減少基坑暴露時(shí)間。
實(shí)施例1.長條形基坑在樓板或底板澆筑前的基坑開挖中，先計(jì)算確定縱向的分段坑底長度(一般不超過25米)，而在每個(gè)開挖段、開挖層中又分幾個(gè)小段，每一小段(一般不超過12米)在計(jì)算開挖的時(shí)間內(nèi)完成開挖，挖好一小段就直接在設(shè)計(jì)位置上架設(shè)第一道支撐2，并施加一定的支撐預(yù)應(yīng)力。在逆筑法施工中，頂板和樓板以下的第二層支撐3還可以隨下面土層的開挖將上道支撐逐根地拆下安裝于下道支撐。
實(shí)施例2.不規(guī)則基坑可按盆式或島式開挖，先按地質(zhì)、環(huán)境等計(jì)算出開挖段、塊、條尺寸及支撐要求，然后，盆式開挖是每層開挖中先開挖中間部分的土體，至該層支撐底面，留下周邊的土體形成盆狀，盆式開挖由此得來，盆中間澆筑好鋼筋混凝土支撐或架設(shè)鋼支撐后按照對稱、平衡原則開挖其余土體，接著連結(jié)周邊的支撐和中間的支撐，這是“先挖后撐”，此外，還可“掏槽支撐”即在周邊的土體開挖之前，先掏槽開挖支撐處的土體I，用以澆筑同中間部分連結(jié)的鋼筋混凝土支撐2或架設(shè)鋼支撐2，待支撐達(dá)到一定的強(qiáng)度或施加了預(yù)應(yīng)力后再開挖支撐間的土體II，然后再挖III并作第二道支撐3和IV及V和VI...依次類推。支撐是通過圍檁4撐在擋土墻1上的?！疤筒壑巍睂τ谧冃蔚目刂菩Ч麅?yōu)于“先挖后撐”，但施工難度較大。島式開挖順序與盆式相反，先開挖周邊的土體I到支撐底面深度，然后澆筑鋼筋混凝土支撐2或架設(shè)鋼支撐2，待支撐達(dá)到一定的強(qiáng)度或施加了預(yù)應(yīng)力后再開挖支撐間的土體II，然后再挖III并作第二道支撐3和IV及V和VI、VII...依次類推。
支撐是通過圍檁4撐在擋土墻1上的。在開挖過程中也同樣可以“先挖后撐”或“掏槽支撐”。
實(shí)施例3.上海市最繁華地段之一的某商廈深基坑工程，其主軸線長90米，寬54-80米，樓高95米，總面積7萬多平方米，其中地下為9千多平方米。該工程的地下室中部被已建的地鐵一號線上下行隧道南北向貫穿，隧道上方為一層地下室，其兩側(cè)深度達(dá)12.05米(局部深15.90米)的二層地下室，四周布滿各種管道，基坑?xùn)|西兩側(cè)離隧道側(cè)面僅2.9米，中坑離隧道頂部僅2.7米。地鐵隧道要求施工期的位移不大于10mm，曲率小于1/15000，這一要求非常高。該工程的地質(zhì)條件較差，地下36米深度范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)粘土等軟弱地基。根據(jù)本發(fā)明的方法將該工程分東、西、中三個(gè)部分利用時(shí)空效應(yīng)原理依次為東坑→西坑→中坑，先挖兩側(cè)再挖中間，這樣就充分調(diào)動(dòng)了未開挖土體的強(qiáng)度，東西坑分四層開挖并限時(shí)48小時(shí)完成，中坑采用分段、分四塊開挖并限時(shí)24小時(shí)完成先挖后撐工藝，每層開挖結(jié)束后立即用支撐2和圍檁4固定，該工程施工結(jié)束后，地鐵隧道的水平位移小于9毫米，垂直沉降僅5毫米，回彈累計(jì)小于10毫米，坑外側(cè)地面沉降小于5毫米，地鐵一側(cè)地下連續(xù)墻最大位移僅9毫米，垂直沉降僅5毫米，達(dá)到了保護(hù)地鐵隧道的要求，如按國外類似基坑的施工方法，可節(jié)省約1000萬的投資，工期節(jié)省約6個(gè)月，比原設(shè)計(jì)節(jié)省約300萬元人民幣，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.基坑開挖的時(shí)空效應(yīng)法，其特征在于首先按照時(shí)空效應(yīng)規(guī)律及地質(zhì)環(huán)境資料等采用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算設(shè)計(jì)基坑的分層、分條、分段和分塊開挖的空間位置和尺寸大小，每塊開挖和支撐時(shí)間；接著按設(shè)計(jì)要求開挖和支撐，充分調(diào)動(dòng)未開挖土體的承載力，減少基坑的暴露時(shí)間；設(shè)置現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施信息化施工，精確地控制基坑的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的開挖和支撐過程可以分按規(guī)則的長條開挖或不規(guī)則的盆式和島式開挖。
全文摘要
本發(fā)明涉及土木建筑中基坑工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)。首先按照時(shí)空效應(yīng)規(guī)律及地質(zhì)環(huán)境資料等采用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算設(shè)計(jì)基坑的分層、分條、分段和分塊開挖的空間位置和尺寸大小,每塊開挖和支撐時(shí)間;接著按設(shè)計(jì)要求并限定時(shí)間邊開挖邊支撐,充分調(diào)動(dòng)未開挖土體的承載力,減少基坑的暴露時(shí)間;設(shè)置現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)施信息化施工,精確地控制基坑的變形。具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號E02D17/04GK1191258SQ9710628
公開日1998年8月26日 申請日期1997年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月21日
發(fā)明者劉建航, 侯學(xué)淵, 劉國彬 申請人:同濟(jì)大學(xué), 上海市地鐵總公司