深基坑开挖过程中利用时差效应控制基坑变形的方法

摘要

本发明提供一种深基坑开挖过程中利用时差效应控制基坑变形的方法，依次包括：首先建造地下围护结构；然后在地下围护结构范围内开始开挖基坑；随着基坑深度的增大，在基坑内地下围护结构之间建造钢结构支撑以抵抗基坑土的侧压力；并对钢结构支撑施加预应力控制基坑变形；随着开挖加深，在施加了预应力的钢结构支撑不足以抵抗随着基坑深度同步增加的侧压力时，在施加了预应力的钢结构支撑上浇筑混凝土，并暂停开挖基坑；待施加了预应力的钢结构支撑上的混凝土固结达到设计强度后，继续开挖基坑。本发明的方法，合理利用了钢结构支撑与钢筋混凝土支撑在形成时间上的时差效应，在满足支护结构整体稳定性的前提下，实现了对深基坑变形的有效控制。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种在深基坑开挖过程中控制基坑变形的施工方法。

技术背景

随着城市高层建筑和地下建筑的大量兴起，从而产生了大量的深基坑工程。在国外，基坑的深度已经达到74m。在国内，基坑的平面尺寸与深度也在不断增加，如上海的金贸大厦，其基坑平面尺寸有170m×150m，基坑开挖深度达到19.5m。随着深基坑的不断变深、变大，技术人员也越来越重视由于深基坑开挖过程中的变形而产生的影响。在深基坑开挖的过程中，由于土压力和水压力的作用，基坑往往会产生一定的变形，这种变形不论是对于基坑本身、还是对于基坑的邻近建筑物及地下管线都会产生不利的影响，如果处理不当，会引起不可估量的损失。

要控制深基坑的变形，最直接的办法就是对基坑支撑系统采取一定的措施。如今，深基坑工程中，所采用的支撑材料大致有两类：一类是钢支撑，其优点是安装、拆除方便，可通过施加预应力控制基坑变形，但缺点是刚度小，变形较大，支护结构整体稳定性差；另一类是钢筋混凝土支撑，其优点是刚度大、变形小，整体稳定性好，但缺点是混凝土支撑达到强度需要时间，拆除需要爆破，且不能预加应力。两类支撑材料各有其优点，但也有缺点。

随着深基坑的开挖深度不断加大，侧压力也随之增大。根据工程经验，为了抵抗较大的侧压力，并控制变形，深基坑的下部支撑倾向于采用钢筋混凝土支撑。但是混凝土支撑达到强度需要较长的时间，对于控制基坑变形不利，虽然有部分工程会选用加固土体措施来保证土体稳定，但是成本较高。故若能对上述两类支撑材料取长补短，对基坑的变形控制定有不小帮助。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可预加应力又具有足够刚度的控制基坑变形的方法

为实现上述目的，本发明提供了一种深基坑开挖过程中利用时差效应控制基坑变形的方法，包括以下步骤：

步骤一、首先建造地下围护结构；

步骤二、地下围护结构完成后，在所述地下围护结构范围内开始开挖基坑；随着所述基坑深度的增大，在所述基坑内所述地下围护结构之间建造钢结构支撑以抵抗所述基坑侧壁的侧压力；并对所述钢结构支撑施加预应力；

步骤三、随着开挖加深，在所述施加了预应力的钢结构支撑不足以抵抗随着所述基坑深度同步增加的侧压力时，在所述施加了预应力的钢结构支撑上浇筑混凝土，并暂停开挖所述基坑；

步骤四、待所述施加了预应力的钢结构支撑上的所述混凝土固结达到设计强度后，继续开挖所述基坑。

较佳地，在步骤一中，所述地下围护结构为混凝土连续墙或深层搅拌桩或钻孔灌注桩。

较佳地，在步骤二之后，根据所述基坑开挖深度，重复步骤二，建造保持间距的一个以上的所述钢结构支撑。

较佳地，在步骤三中，所述钢结构支撑的截面形状为“工”字形或“口”字形或“II”字形。

较佳地，在步骤四之后，根据开挖深度，依次重复步骤三、步骤四，至开挖结束。

本发明的控制基坑变形的方法，由于合理利用了钢结构支撑与钢筋混凝土支撑在形成时间上的时差效应，将钢结构支撑可预加应力和钢筋混凝土支撑具有足够强度的优点合为一体，并在对基坑土起支撑作用的时间段上先后互补，实现了对深基坑变形的有效控制。

上述时差效应在本方法中具体地是：当基坑开挖处于较浅深度时，由于此时基坑底部的侧压力还不大，所以在基坑底部先设普通的钢结构支撑，并且可以同时施加预应力，此时钢结构支撑的刚度已经可以满足控制较浅基坑变形的要求，并且上述工艺成本低，时间短；

当基坑继续向下开挖时，基坑处于较深阶段，基坑底部的侧压力明显增大，此时在继续开挖前，在钢结构支撑的周围浇筑混凝土，待混凝土达到预定强度后才继续开挖。由于此时，施加了预应力的钢结构与浇筑在其上的混凝土形成一共同受力构件，具有混凝土的刚度较大的特性，因此这个共同受力构件具有足够的刚度抵抗深基坑底部较大的侧压力，以满足控制较深基坑变形的要求。

和传统的支撑材料相比，利用了时差效应的上述共同受力构件的优点在于：和钢结构支撑相比，刚度比钢结构支撑要大，抵抗侧压力和控制位移的能力比钢结构支撑要强。和钢筋混凝土支撑相比，由于共同受力构件可以施加预应力，并且基坑开挖以后，可以马上提供侧向抵抗力控制位移，而不需要等到混凝土支撑达到强度以后，所以大大弥补了钢筋混凝土支撑在形成初期刚性不足的缺点。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一较佳实施例的施工状态示意图；

图2是图1中A-A处的截面示意图；

图3是图1所示实施例浇筑混凝土后的施工状态示意图；

图4是图3中B-B处的截面示意图。

具体实施方式

如图1、图3所示，本发明的深基坑开挖过程中利用时差效应控制基坑变形的方法，依次包括以下的步骤：

步骤一，首先在施工区域建造筑地下围护结构1；建造地下围护结构1是本领域常用施工手段，本实施例中，地下围护结构1为混凝土连续墙。显然，地下围护结构1也可以是本领域常见的其他结构，如深层搅拌桩或钻孔灌注桩，并起到同样的作用。

然后步骤二，地下围护结构1完成后，在地下围护结构1范围内开始开挖基坑2；随着基坑2深度的增大，在基坑2区域内地下围护结构1之间建造钢结构支撑3以抵抗基坑2侧壁的侧压力。一般地，根据地基条件的不同，本领域通常认为的基坑开挖的较浅阶段是在开挖到七至十米以内。在此阶段，由于基坑2较浅，基坑2底部的侧压力还不大，所以只需要在基坑2底部先设普通的钢结构支撑3即可。为获得更佳的效果，本领域中也常在此阶段对钢结构支撑3同时施加预应力。此时钢结构支撑3的刚度已经可以满足控制较浅基坑变形的要求，并且上述工艺成本低，时间短。

在步骤二之后，根据基坑2开挖深度，重复步骤二，建造保持间距的一个以上的钢结构支撑3，本实施例重复步骤二两次，建造了三个钢结构支撑3。

本发明的特别之处在于，步骤三中，随着开挖加深，在施加了预应力的钢结构支撑3不足以抵抗随着基坑2深度同步增加的侧压力时，在施加了预应力的钢结构支撑3上浇筑混凝土4，并暂停开挖基坑2；

上述步骤三的原理在于，利用了钢结构支撑3与混凝土4在形成时间上的先后差别，使两者结合形成一共同受力构件5，即钢结构支撑3与混凝土4的混合体。

在共同受力构件5中，钢结构支撑3的特性在于可对基坑2起到及时支撑的作用，并且由于钢结构支撑3可预加应力，这种对基坑2的支撑作用的及时性更为明显，进一步弥补了混凝土4在固结过程中刚度不够、暂时不能起支撑作用的缺陷，使基坑2在混凝土4处于固结过程的这一时间段得到足够的支撑。当共同受力构件5中的混凝土4固结后，由于混凝土具有足够刚性的特性，在混凝土4固结过程完成后，对基坑2起到足够强度的支撑。上述的钢结构支撑3与混凝土4在共同受力构件5中形成支撑时间段上的互补，使得共同受力构件5兼有多种优点：和钢结构支撑相比，刚度比钢结构支撑要大，抵抗侧压力和控制位移的能力比钢结构支撑要强；和混凝土支撑相比，由于共同受力构件5可以施加预应力，并且基坑开挖以后，可以马上提供侧向抵抗力控制位移，而不需要等到混凝土支撑达到强度以后，所以大大弥补了钢筋混凝土支撑在形成初期刚性不足的缺点。

为获得良好刚性，如图2所示，本实施例中，钢结构支撑3的截面选取为“口”字形，浇筑混凝土4后，共同受力构件5的截面见图4所示。

其后，步骤四，待施加了预应力的钢结构支撑3上的混凝土4固结达到设计强度后，继续开挖基坑2，至工程要求深度。由于此时，施加了预应力的钢结构支撑3与浇筑在其上的混凝土4形成的共同受力构件5，具有混凝土的刚度较大的特性，因此这个共同受力构件5具有足够的刚度抵抗基坑2底部较大的侧压力，以满足控制较深基坑变形的要求。

本发明的控制基坑变形的方法，由于合理利用了钢结构支撑与钢筋混凝土支撑在形成时间上的先后差别，结合了钢结构支撑可预加应力和混凝土支撑具有足够强度的优点，并在起支撑作用的时间段上形成互补，实现了对深基坑变形的有效控制。

作为对本实施例的一种改进，在完成步骤四之后，根据对基坑2在开挖深度上的要求，依次重复上述步骤三、步骤四，有间距地向下多次设置同样的共同受力构件5，以对基坑2形成延伸的支撑作用，至达到工程要求，开挖结束。

作为又一种改进，在步骤三中，为获得良好的受力效果或结合实际选材，钢结构支撑3的截面形状还可以选择为“工”字形或“II”字形等。

综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。