专利名称：软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法
技术领域：
本发明涉及深基坑施工领域，尤其涉及一种软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法。
背景技术：
与方形或多边形基坑相比，圆形基坑有以下几个优点(1)圆形基坑能够将水土压力转换为环向压力，充分利用围护结构混凝土的抗压性能，达到节省支撑用量降低造价的目的；(2)另外圆形基坑可以不设内支撑，有利于加快开挖以及回筑的施工；(3)由于圆形基坑的空间效应，圆形基坑在适当减少地墙插入比的情况下也可以达到较高的土体抗隆起稳定系数，可以减少围护结构深度减少工程造价。对于软土地区的明挖顺作大直径超深圆形基坑，随着直径和挖深的增加，圆形基坑的“圆拱效应”逐渐减弱，因此控制圆形基坑在开挖阶段的受力均匀、保证圆形基坑的“真圆度”是保证其安全稳定的关键，因此，如何安全、稳定地实施基坑开挖过程是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，针对上海软土“时空效应”特点，圆形基坑采用岛式开挖，分层、分块、对称、均衡开挖，并严格控制环边土体的开挖时间及环箍形成时间，可以减少了基坑无环箍暴露时间，保证了基坑开挖的安全稳定和变形的控制。为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案一种软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，包括如下步骤第一步，施工圆形基坑的各地墙幅段，连接相邻的地墙幅段，围成圆形基坑的围护结构；第二步，按照“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则，边开挖土方边施工环箍。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，所述围护结构采用内接正多边形槽幅，每幅地墙幅段为折线型，每幅地墙幅段的外侧转折点位于地墙幅段的1/3处。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，在第一步中，以每幅地墙幅段的外侧转折点到圆形基坑圆心的距离为量测控制值，分别将相邻两幅地墙幅段的半径控制值偏差、最大半径与最小半径之差控制在允许的范围内。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，部分相邻的地墙幅段之间采用柔性锁扣管接头连接，在锁口管钢筋笼端部设置V形薄钢板并在钢筋笼外包止浆帆布。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，所述第二步的具体措施为
(I)采用岛式开挖，先限时对称开挖坑边的小块土方以迅速形成环箍，通过中部的留土压载控制基坑的变形；(2)坑边土方的必须对称均衡开挖，确保圆形基坑均匀卸载，同时应严格控制坑边土方的开挖量和开挖时间，减少基坑的无环箍暴露时间；(3)实时分析监测数据，必要时调整坑边土方的开挖流程，通过调整卸载顺序控制圆形基坑的“真圆度”。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，在第二步中，以每幅地墙幅段的外侧转折点到圆形基坑圆心的距离为量测控制值，将每道环箍的水平平整度误差控制在允许的范围内。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，所述第一步和第二步中进行全过程跟踪监测，对圆形基坑本身的安全稳定及坑周地层变形，相邻保护对象的变形及受力情况进行实时监测，对内力和变形及变形速率设置报警值，并将监测数据及时与计算预测值相比较，及时调整和优化下一步的施工参数。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，所述全过程跟踪监测包括围护结构测斜；围护结构墙顶位移、沉降；土体测斜；坑内土体回弹；立柱隆沉；立柱桩桩身应力；坑外土体分层沉降；坑外地表沉降；地墙竖向应力，所述地墙竖向应力包括混凝土应力及钢筋应力；地墙环向应力，所述地墙环向应力包括混凝土应力及钢筋应力；环形支撑环向应力，所述环形支撑环向应力包括混凝土应力及钢筋应力；坑外潜水水位；坑外承压水位；坑内潜水水位；坑内承压水位；墙侧水压力；墙侧土压力。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，还设置远程信息化监测监控平台，使工程有关方可通过网络现场视频实时了解现场施工状态远程信息化监测监控平台，利用平台程序对监测数据进行历史发展分析和各类对比以及三维动态演示施工状态。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，在第二步中，在每层土方开挖前设计与施工密切配合、现场交底，对上一层土方开挖情况，变形及内力发展情况进行小结，并在此基础上确定下一层土方开挖及环箍施工的详细方案及控制目标。优先地，在上述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中，在第二步中，细化每层土方的环边土分块、对称、限时开挖计划；确定详细的每日出土量、环边土方开挖完成时间节点、环箍形成时间节点和中部岛式土方开挖时间节点。本发明的有益效果如下本发明提供的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，针对上海软土“时空效应”特点，圆形基坑采用岛式开挖，分层、分块、对称、均衡开挖，并严格控制环边土体的开挖时间及环箍形成时间，从而减少了基坑无环箍暴露时间，保证了基坑开挖的安全稳定和变形的控制。另外，所述围护结构采用内接正多边形槽幅，每幅地墙幅段为折线型，并合理安排地墙幅段的外侧转折点位置，以使围护结构分幅处为平接头，实现可靠传力。为保证地墙幅段及接头的施工质量和减少围护结构的渗漏水，在部分相邻的地墙幅段之间采用柔性锁扣管接头连接，在锁口管钢筋笼端部设置V形薄钢板并在钢筋笼外包止浆帆布，以降低锁口管的起拔难度，并防止混凝土绕流现象，进一步确保圆形基坑地墙间的轴力有效传递，以充分发挥圆拱结构的受力优点。
本发明的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法由以下的实施例及附图给出。图I是本发明一实施例的基坑的平面图；图2是本发明一实施例的圆形基坑的围护结构剖面图；图3是标准地墙幅段连接示意图；图4是岛式挖土平面示意图；图5是岛式挖土剖面示意具体实施例方式以下将对本发明的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。请参阅图I和图2，图I所示为一实施例的基坑的平面图，图2所示基坑的围护结构剖面图。本项目基坑I总面积约34960平方米，基坑I呈四边形，边长约200m，共设5层地下室，塔楼区(即圆形基坑)2开挖深度为31. 2m，局部33. 2m，裙房区基坑开挖深度为26. 7m。由于对于圆形基坑2，受力的均匀性和对称性对围护结构3内力将产生较大影响。为达到受力的均匀对称，需要控制围护结构3的真圆度和土方开挖的均衡以及圆形围护结构3周边的施工荷载。请结合参阅图I、图2和图3,其中，图3所示是标准地墙幅段连接示意图。本实施例的软土地区深大圆形基坑2明挖顺作控制施工变形的设计方法，包括如下步骤第一步，施工圆形基坑2的各地墙幅段，连接相邻的地墙幅段31，围成圆形基坑的围护结构3。为提高地墙幅段31拼接后围护结构3的真圆度，以及使得地墙幅段31接口平接受力。因此，所述围护结构采用内接正多边形槽幅，每幅地墙幅段为折线型，并合理安排地墙幅段31的外侧转折点311位置，以使围护结构3分幅处为平接头，实现可靠传力。本实施例中，每幅地墙幅段31的外侧转折点311位于地墙幅段的1/3处，可以实现更加可靠的传力。较佳地，在第一步中，为确保塔楼区基坑即圆形基坑2的真圆度和圆形基坑2受力均衡，以每幅地墙幅段31外侧转折点311到圆形基坑2圆心的距离为量测控制值，分别将相邻两幅地墙幅段31的半径控制值偏差、最大半径与最小半径之差控制在允许的范围内。较佳地，为保证地墙幅段及接头的施工质量和减少围护结构3的渗漏水，在部分相邻的地墙幅段31之间采用柔性锁扣管接头连接，在锁口管钢筋笼端部设置V形薄钢板并在钢筋笼外包止浆帆布，以降低锁口管的起拔难度，并防止混凝土绕流现象，进一步确保圆形基坑地墙间的轴力有效传递，以充分发挥圆拱结构的受力优点。第二步，按照“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则，边开挖土方边施工环箍4。请结合参阅图2、图3、图4和图5,其中，图4是岛式挖土平面不意图；图5是岛式挖土剖面示意图。所述第二步的具体措施为(I)采用岛式开挖，先限时对称开挖坑边的小块土方以迅速形成环箍4，通过中部的留土压载控制基坑的变形；(2)坑边土方必须对称均衡开挖，确保圆形基坑2均匀卸载；同时应严格控制坑边土方的开挖量和开挖时间，减少基坑的无环箍4暴露时间；(3)实时分析监测数据，必要时调整坑边土方的开挖流程，通过调整卸载顺序控制圆形基坑2的“真圆度”。为便于开挖作业，结合场地出土安排，在圆形基坑内设置了四个挖土平台。较佳地，在第二步中，为确保圆形基坑2的真圆度和圆形基坑2受力均衡，以每幅地墙幅段31的外侧转折点311到圆形基坑2圆心的距离为量测控制值，将每道环箍4的水平平整度误差控制在允许的范围内。另外，为保证圆形基坑2开挖的安全稳定，在第一步和第二步中(即圆形基坑2施工过程中)进行全过程跟踪监测，对圆形基坑2本身的安全稳定及坑周地层变形，相邻保护对象(包括道路设施、地下管线和周边建筑等)的变形及受力情况进行实时监测，对内力和变形及变形速率设置报警值，并将监测数据及时与计算预测值相比较，及时调整和优化下一步的施工参数。因此，在本圆形基坑中布置了信息化施工的监测、监控措施。全过程跟踪监测具体包括围护结构测斜；围护结构墙顶位移、沉降；土体测斜；坑内土体回弹；立柱隆沉；立柱桩桩身应力；坑外土体分层沉降；坑外地表沉降；地墙竖向应力，所述地墙竖向应力包括混凝土应力及钢筋应力；地墙环向应力，所述地墙环向应力包括混凝土应力及钢筋应力；环形支撑环向应力，所述环形支撑环向应力包括混凝土应力及钢筋应力；坑外潜水水位；坑外承压水位；坑内潜水水位；坑内承压水位；墙侧水压力；墙侧土压力。通过这些监测，可以实时掌握和监控圆形基坑2的围护结构3的变形、内力及周边环境变化情况，进行信息化施工和动态设计，保证圆形基坑2稳定和周边环境的安全。同时，为确保监测数据及时反馈，实时掌握现场情况，软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中还设置远程信息化监测监控平台，使工程有关方可通过网络现场视频实时了解现场施工状态远程信息化监测监控平台，利用平台程序对监测数据进行历史发展分析和各类对比以及三维动态演示施工状态。另外，在第二步的圆形基坑2开挖过程中，在每层土方开挖前设计与施工密切配合、现场交底，对上一层土方开挖情况，变形及内力发展情况进行小结，并在此基础上确定下一层土方开挖及环箍施工的详细方案及控制目标。在岛式挖土的指导原则下，细化每层土方的环边土分块、对称、限时开挖计划；确定详细的每日出土量、环边土方开挖完成时间节点、环箍形成时间节点和中部岛式土方开挖时间节点。通过科学严格的管理和分阶段控制，圆形基坑每层环边土方开挖至环箍形成可控制在10天左右完成。快速高效的挖土及环箍形成缩短了基坑无环箍暴露时间，为基坑安全稳定和变形控制起到了重要作用。另外，在基坑实施过程中的内力监控和反分析也比较重要。虽然，基坑围护结构变形监测设备及手段已较为成熟，监测数据较为准确。但由于圆形基坑地下墙受力状态复杂，围护结构3的内力(应力)监测和监控对基坑开挖的安全稳定尤为重要。由于监测手段的局限性以及钢筋混凝土结构复杂受力状态通常会引起内力监测数据的离散和偏差。考虑到以上情况，为更加准确的掌握本工程围护结构的内力发展情况，在基坑开挖过程中根据围护结构变形和内力监测数据，阶段性的对圆形围护内力情况进行反分析。将实测变形数据作为已知目标结果，调整三维有限元模型的计算参数，反算围护结构内力并进行对比分析，从而提高了信息化监测、监控的精确度，控制基坑安全。综上所述，本发明提供的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，针对上海软土“时空效应”特点，圆形基坑采用岛式开挖，分层、分块、对称、均衡开挖，并严格控制环边土体的开挖时间及环箍形成时间，从而减少了基坑无环箍暴露时间，保证了基坑开挖的安全稳定和变形的控制。另外，所述围护结构采用内接正多边形槽幅，每幅地墙幅段为折线型，并合理安排地墙幅段的外侧转折点位置，以使围护结构分幅处为平接头，实现可靠传力。为保证地墙幅段及接头的施工质量和减少围护结构的渗漏水，在部分相邻的地墙幅段之间采用柔性锁扣管接头连接，在锁口管钢筋笼端部设置V形薄钢板并在钢筋笼外包止浆帆布，以降低锁口管的起拔难度，并防止混凝土绕流现象，以提高围护结构整体性，进一步确保圆形基坑地墙间的轴力有效传递，以充分发挥圆拱结构的受力优点。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，包括如下步骤 第一步，施工圆形基坑的各地墙幅段，连接相邻的地墙幅段，围成圆形基坑的围护结构； 第二步，按照“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则，边开挖土方边施工环箍。
2.根据权利要求I所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，所述围护结构采用内接正多边形槽幅，每幅地墙幅段为折线型，每幅地墙幅段的外侧转折点位于地墙幅段的1/3处。
3.根据权利要求2所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，在第一步中，以每幅地墙幅段的外侧转折点到圆形基坑圆心的距离为量测控制值，分别将相邻两幅地墙幅段的半径控制值偏差、最大半径与最小半径之差控制在允许的范围内。
4.根据权利要求2所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，部分相邻的地墙幅段之间采用柔性锁扣管接头连接，在锁口管钢筋笼端部设置V形薄钢板并在钢筋笼外包止浆帆布。
5.根据权利要求2所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，所述第二步的具体措施为 (1)采用岛式开挖，先限时对称开挖坑边的小块土方以迅速形成环箍，通过中部的留土压载控制基坑的变形； (2)坑边土方必须对称均衡开挖，确保圆形基坑均匀卸载；同时应严格控制坑边土方的开挖量和开挖时间，减少基坑的无环箍暴露时间； (3)实时分析监测数据，必要时调整坑边土方的开挖流程，通过调整卸载顺序控制圆形基坑的“真圆度”。
6.根据权利要求2所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，在第二步中，以每幅地墙幅段的外侧转折点到圆形基坑圆心的距离为量测控制值，将每道环箍的水平平整度误差控制在允许的范围内。
7.根据权利要求I所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，所述第一步和第二步进行全过程跟踪监测，对圆形基坑本身的安全稳定及坑周地层变形，相邻保护对象的变形及受力情况进行实时监测，对内力和变形及变形速率设置报警值，并将监测数据及时与计算预测值相比较，及时调整和优化下一步的施工参数。
8.根据权利要求7所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，所述全过程跟踪监测包括围护结构测斜；围护结构墙顶位移、沉降；土体测斜；坑内土体回弹；立柱隆沉；立柱桩桩身应力；坑外土体分层沉降；坑外地表沉降；地墙竖向应力，所述地墙竖向应力包括混凝土应力及钢筋应力；地墙环向应力，所述地墙环向应力包括混凝土应力及钢筋应力；环形支撑环向应力，所述环形支撑环向应力包括混凝土应力及钢筋应力；坑外潜水水位；坑外承压水位；坑内潜水水位；坑内承压水位；墙侧水压力；墙侧土压力。
9.根据权利要求7所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，所述软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法中还设置远程信息化监测监控平台，使工程有关方可通过网络现场视频实时了解现场施工状态远程信息化监测监控平台，利用平台程序对监测数据进行历史发展分析和各类对比以及三维动态演示施工状态。
10.根据权利要求I所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，在第二步中，在每层土方开挖前设计与施工密切配合、现场交底，对上一层土方开挖情况，变形及内力发展情况进行小结，并在此基础上确定下一层土方开挖及环箍施工的详细方案及控制目标。
11.根据权利要求I所述的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，其特征在于，在第二步中，细化每层土方的环边土分块、对称、限时开挖计划；确定详细的每日出土量、环边土方开挖完成时间节点、环箍形成时间节点和中部岛式土方开挖时间节点。
全文摘要
本发明公开了一种软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，包括如下步骤第一步，施工圆形基坑的各地墙幅段，连接相邻的地墙幅段，围成圆形基坑的围护结构；第二步，按照“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则，边开挖土方边施工环箍。本发明提供的软土地区深大圆形基坑明挖顺作控制变形的设计方法，针对上海软土“时空效应”特点，圆形基坑采用岛式开挖，分层、分块、对称、均衡开挖，并严格控制环边土体的开挖时间及环箍形成时间，从而减少了圆形基坑无环箍暴露时间，保证了圆形基坑开挖的安全稳定，减少了施工阶段的变形。
文档编号E02D17/02GK102979102SQ20121053376
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者贾坚, 谢小林, 翟杰群, 张羽, 刘传平 申请人:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司