专利名称：基坑开挖的时空效应法的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木建筑中基坑工程设计及施工技术。
基坑工程，特别是处于房屋和生命线工程集中的城市高层建筑的深大基坑工程，若采用传统的设计和施工方法，极难准确地控制变形，因而将极易导致基坑及周围建筑物、构筑物和地下生命线工程的破坏。为此，许多国家和地区如新加坡、台湾、埃及和墨西哥等都采用对基坑及周围土体进行大面积的整体加固的方法，以此改变土体的力学性能，再辅以较刚性的支护系统来控制基坑变形。该方法虽然在一定的程度上达到了减小基坑变形的目的，但对于要求较高的基坑工程仍得不到满足，且无法根据基坑的变形允许值采取相对应的加固措施，所以造成了巨大的浪费。国内大多采用设计刚性较大的支撑和挡土墙体系辅以地基土体的加固处理来解决基坑变形大的问题，这种方法虽然收到了一定的效果，但是用于附近有地铁、共同沟等对变形要求极为严格的重要建筑的基坑就难以成功，且费用较大，因为至今为止，国内外的基坑施工都是每层支撑一次架设，每层支撑之间的土体也是一次开挖的，且基坑的开挖和支撑的架设先后次序和时间差异有很大的随意性。总之目前的方法a.将设计和施工分开考虑，计算工况与实际不符；b.为了控制变形被迫采用保守的设计造成浪费，基坑变形控制缺乏准确性和可控性，变形过大环境不容许，过小增加费用造成浪费，因此，现有的方法既难以保证基坑工程的控制变形的要求，而且缺乏科学准确性和经济合理性，安全性较差。
本发明的目的在于有效而精确地控制基坑及周围土体的变形，保证基坑及周围建筑的安全稳定，并保证经济、合理、快速地完成基坑工程。
为了达到上述目的，本发明的方法是按照时空效应规律及地质环境资料等首先采用计算机软件计算设计基坑的分层、分条、分段和分块开挖的空间位置和尺寸大小，每块开挖和支撑时间；接着按设计要求开挖和支撑，充分调动未开挖土体的承载力，减少基坑的暴露时间；设置现场监控系统，实施信息化施工，精确地控制基坑的变形。
本发明的优点是1.按基坑工程的时空效应规律，即周围地层的位移和支护结构的变形及内力都是随时间和空间的变化而变化的原理而进行设计和施工，尤其是在设计中不但考虑了传统的塑性变形而且考虑了土体的粘性变形，从而精确地控制了基坑的变形。
2.采用分层、分条、分块等方式开挖和支撑，将大基坑化整为零，变成小型或微型基坑，使安全性大大地提高。
3.本发明的方法能根据基坑具体的大小、深浅、形状、用途、控制目标和地质条件加以调整，应用广泛，具有很好的适应性。
4.本发明的方法充分地调动并发挥了地基土的自身潜力，同时充分利用了支护结构的刚度，避免了基坑内大面积的地基加固费用和施工时间，如上海地铁1号线车站施工平均每个车站节省加固费100-200万元，工期缩短3-6个月。
附
图1.长条形开挖支撑工艺示意图附图2.长条形开挖支撑A向示意图附图3.盆式开挖示意图附图4.盆式开挖B向示意图附图5.岛式开挖示意图附图6.岛式开挖C向示意图结合附图对本发明作进一步的描述采用本发明的方法实施基坑开挖工程，首先按基坑周围的环境条件允许变形限度计算确定基坑围护墙允许的水平位移值作为基坑变形控制的设计标准，接着按控制变形的要求制定基坑围护挡土墙1、支撑2、3...结构方案和决定是否需要进行适当的地基土层加固，计算基坑开挖和支撑层、条、块数和所需时间，同时按上述支护结构力学特性、地基加固强度和刚度、以及地质和施工条件验算围护挡土墙1及支撑内力和变形、位移，基坑抗隆起安全系数等；整个基坑按对称平衡原则分成几个开挖段或开挖块，每个开挖段或块分层分小段开挖，随挖随撑，在规定的时间内完成；最后按规定时限施加预应力，并作好基坑的排水，减少基坑暴露时间。
实施例1.长条形基坑在楼板或底板浇筑前的基坑开挖中，先计算确定纵向的分段坑底长度(一般不超过25米)，而在每个开挖段、开挖层中又分几个小段，每一小段(一般不超过12米)在计算开挖的时间内完成开挖，挖好一小段就直接在设计位置上架设第一道支撑2，并施加一定的支撑预应力。在逆筑法施工中，顶板和楼板以下的第二层支撑3还可以随下面土层的开挖将上道支撑逐根地拆下安装于下道支撑。
实施例2.不规则基坑可按盆式或岛式开挖，先按地质、环境等计算出开挖段、块、条尺寸及支撑要求，然后，盆式开挖是每层开挖中先开挖中间部分的土体，至该层支撑底面，留下周边的土体形成盆状，盆式开挖由此得来，盆中间浇筑好钢筋混凝土支撑或架设钢支撑后按照对称、平衡原则开挖其余土体，接着连结周边的支撑和中间的支撑，这是“先挖后撑”，此外，还可“掏槽支撑”即在周边的土体开挖之前，先掏槽开挖支撑处的土体I，用以浇筑同中间部分连结的钢筋混凝土支撑2或架设钢支撑2，待支撑达到一定的强度或施加了预应力后再开挖支撑间的土体II，然后再挖III并作第二道支撑3和IV及V和VI...依次类推。支撑是通过围檩4撑在挡土墙1上的。“掏槽支撑”对于变形的控制效果优于“先挖后撑”，但施工难度较大。岛式开挖顺序与盆式相反，先开挖周边的土体I到支撑底面深度，然后浇筑钢筋混凝土支撑2或架设钢支撑2，待支撑达到一定的强度或施加了预应力后再开挖支撑间的土体II，然后再挖III并作第二道支撑3和IV及V和VI、VII...依次类推。
支撑是通过围檩4撑在挡土墙1上的。在开挖过程中也同样可以“先挖后撑”或“掏槽支撑”。
实施例3.上海市最繁华地段之一的某商厦深基坑工程，其主轴线长90米，宽54-80米，楼高95米，总面积7万多平方米，其中地下为9千多平方米。该工程的地下室中部被已建的地铁一号线上下行隧道南北向贯穿，隧道上方为一层地下室，其两侧深度达12.05米(局部深15.90米)的二层地下室，四周布满各种管道，基坑东西两侧离隧道侧面仅2.9米，中坑离隧道顶部仅2.7米。地铁隧道要求施工期的位移不大于10mm，曲率小于1/15000，这一要求非常高。该工程的地质条件较差，地下36米深度范围内为淤泥质粘土等软弱地基。根据本发明的方法将该工程分东、西、中三个部分利用时空效应原理依次为东坑→西坑→中坑，先挖两侧再挖中间，这样就充分调动了未开挖土体的强度，东西坑分四层开挖并限时48小时完成，中坑采用分段、分四块开挖并限时24小时完成先挖后撑工艺，每层开挖结束后立即用支撑2和围檩4固定，该工程施工结束后，地铁隧道的水平位移小于9毫米，垂直沉降仅5毫米，回弹累计小于10毫米，坑外侧地面沉降小于5毫米，地铁一侧地下连续墙最大位移仅9毫米，垂直沉降仅5毫米，达到了保护地铁隧道的要求，如按国外类似基坑的施工方法，可节省约1000万的投资，工期节省约6个月，比原设计节省约300万元人民币，具有很大的经济效益和社会效益。
权利要求
1.基坑开挖的时空效应法，其特征在于首先按照时空效应规律及地质环境资料等采用计算机软件计算设计基坑的分层、分条、分段和分块开挖的空间位置和尺寸大小，每块开挖和支撑时间；接着按设计要求开挖和支撑，充分调动未开挖土体的承载力，减少基坑的暴露时间；设置现场监控系统，实施信息化施工，精确地控制基坑的变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的开挖和支撑过程可以分按规则的长条开挖或不规则的盆式和岛式开挖。
全文摘要
本发明涉及土木建筑中基坑工程设计及施工技术。首先按照时空效应规律及地质环境资料等采用计算机软件计算设计基坑的分层、分条、分段和分块开挖的空间位置和尺寸大小,每块开挖和支撑时间;接着按设计要求并限定时间边开挖边支撑,充分调动未开挖土体的承载力,减少基坑的暴露时间;设置现场监控系统,实施信息化施工,精确地控制基坑的变形。具有很大的经济效益和社会效益。
文档编号E02D17/04GK1191258SQ9710628
公开日1998年8月26日 申请日期1997年2月21日 优先权日1997年2月21日
发明者刘建航, 侯学渊, 刘国彬 申请人:同济大学, 上海市地铁总公司