CN103541364A

CN103541364A - 一种大面积基坑环岛法变形控制设计施工方法

Info

Publication number: CN103541364A
Application number: CN201310467325.6A
Authority: CN
Inventors: 梁志荣; 魏祥; 李伟; 赵军; 陈颍; 王建君; 李成巍
Original assignee: SHANGHAI SHENYUAN GEOTECHNICAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SHENYUAN GEOTECHNICAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-01-29

Abstract

本发明涉及建筑工程领域中基坑围护设计施工方法，尤其涉及超大面积的基坑围护设计施工方法。分别设置基坑的外圈围护结构和内圈围护结构，在两圈围护结构之间设置水平支撑，先进行两圈围护结构之间的环形区域的基坑施工，再进行内圈围护结构内的中心岛区域的基坑施工。本发明施工操作方便，施工速度快，能够有效控制基坑外环境的变形，节约大量资源，具有较大的社会及经济效益。

Description

一种大面积基坑环岛法变形控制设计施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程领域中基坑围护设计施工方法，尤其涉及超大面积的基坑围护设计施工方法。

背景技术

ZL03141810.4 号中国发明专利，公开了一种控制基坑变形化整为零方法，在基坑中设置封堵墙的方式，将整个长大基坑化整为零，即将长大基坑化为小基坑，并且各小基坑施工时间相互错开，采取跳隔施工方法，也就是分若干个阶段施工。该方法的进一步描述：1）根据整个基坑的具体尺寸，将整个基坑划分为N个小基坑，各小基坑间隔施工，即相邻的小基坑施工时间错开；2）小基坑的空间尺寸的确定，长宽比控制在1-3：1，小基坑的数量N则主要根据这一原则确定，并考虑整个基坑的形状；3）分别在基坑内垂直基坑纵轴设置N-1道封堵墙，封堵墙厚度与深度与围护结构相同或者略小；4）封堵墙的施工采用连续墙施工工艺或者采用加筋水泥土地下连续墙工法。

该方法主要适用于市政工程中较为常见的长条形的基坑，即沿基坑纵轴设置N-1道封堵墙将长条形基坑分为N个小基坑后分块跳挖，变形控制较整个基坑同时开挖有利，但设置N-1道封堵墙经济性较差，围护结构施工工期及后期开挖工期均相对延长，更重要的是对于民用建筑工程中长度及宽度均较大的超大面积基坑并不适用。

随着城市地下空间大规模的开发利用，单体基坑的规模越来越大，基坑工程设计、施工不仅需要考虑基坑工程自身的安全还需考虑对周边建筑、管线等环境的保护。随着基坑工程往深、大方向不断的突破，在基坑工程设计、施工经验积累了一些重要的工程实践经验，即在一定的地质条件下，基坑工程的面积、深度直接决定了对周边环境的影响范围及程度。根据目前软土地区大面积基坑工程实践经验，当基坑开挖深度超过10m时，单次开挖的面积不宜过大，一方面基坑面积较大时，坑中的土体由于上部土体开挖卸载引起的回弹量明显增大，带动围护结构体系上浮明显，对围护体系安全不利，同时引起坑外地面沉降且影响范围也相对较大。另一方面基坑面积较大时，内支撑杆件的长度较大，整体刚度削弱，对变形控制不利，同时支撑杆件过长时受混凝土的收缩及温度应力影响显著，对围护体系安全不利。因此，在目前的基坑工程实践中一般通过控制单次基坑开挖面积来确保基坑本身及周边环境的安全，如上海地区对周边环境保护要求较高的深基坑工程单次开挖控制面积为3万平方。此外，目前控制单次基坑开挖面积的方案需要设置较多的临时分隔墙，且支撑量较大，造价相对较高，分期开挖施工工期也较长。

发明内容

本发明的目的是为了解决软土地区超大面积基坑工程坑底隆起控制、水平支撑受力安全控制等上述问题，提供一种“环岛法”基坑围护设计施工方法。以确保基坑本身及周边环境的安全，同时由于可不控制单次基坑开挖面积，整个项目的工期得到缩短并节约了部分支撑等围护体系造价。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基坑围护设计施工方法，分别设置基坑的外圈围护结构和内圈围护结构，在两圈围护结构之间设置水平支撑，先进行两圈围护结构之间的环形区域的基坑施工，再进行内圈围护结构内的中心岛区域的基坑施工。

具体方法步骤为：

（1）根据基坑的深度和基坑周边环境的保护要求，在基坑外设置外圈围护结构；

（2）在基坑内设置内圈围护结构，根据基坑的深度和基坑内部场地的使用情况对内圈围护结构进行变形控制设计；

（3）在外圈围护结构和内圈围护结构之间设置水平支撑；

（4）进行外圈围护结构和内圈围护结构之间的环形区域的基坑施工；

（5）待环形区域施工完成，对应区域的地下室结构完成，将外圈围护结构与地下室外墙之间回填，进行内圈围护结构内的中心岛区域基坑的施工。

优选地，具体方法步骤为：

（1）根据基坑的深度和基坑周边环境的保护要求，在基坑外设置外圈围护结构；外圈围护结构根据周边环境的变形控制要求及基坑本身的安全、稳定要求进行计算分析。

（2）在基坑内设置内圈围护结构，根据基坑的深度和内圈围护结构所围的场地使用情况对内圈围护结构进行变形控制及安全、稳定计算分析；考虑内圈围护结构所围场地一般作为临时施工场地，保护要求相对较低，内圈围护结构可较外圈围护结构降低安全等级及环境保护等级，使内圈围护结构在安全的基础上具有经济性；内圈围护结构与外圈围护结构之间的距离应考虑支撑长度、周边环形区域基坑开挖面积控制、中心区域基坑。

（3）在外圈围护结构和内圈围护结构之间设置水平支撑；大面积基坑直接设置水平支撑时，支撑过长，刚度较小且受温度、混凝土收缩影响大，影响基坑本身及周边环境的安全。

（4）进行外圈围护结构和内圈围护结构之间的环形区域的基坑施工；以控制基坑的隆起量，减少了基坑周边环境的下沉量。

（5）待环形区域施工完成，对应区域的地下室结构完成，将外圈围护结构与地下室外墙之间回填，进行内圈围护结构内的中心岛区域基坑的施工；根据对主体结构抗不平衡土压力的复算，中心区域可以考虑无支撑开挖或者疏布支撑开挖，以节约临时支撑工程量，控制基坑工程造价。

优选地，在进行内圈围护结构内的中心区域的基坑施工时，根据施工情况，对变形控制有要求处局部设置支撑。

优选地，对内圈围护结构内的中心区域的基坑进行施工时，进行无支撑或者疏布支撑开挖施工，对两侧受不平衡的土压力的周边已经完成地下室结构进行复核计算，根据计算情况，对周边地下室结构进行加强或者局部设置支撑。

优选地，所述外圈围护结构采用型钢水泥土搅拌桩挡墙、钻孔灌注桩结合止水帷幕或者地下连续墙。

优选地，所述内圈围护结构采用型钢水泥土搅拌桩挡墙、钻孔灌注桩结合止水帷幕或者地下连续墙。

优选地，所述水平支撑根据计算受力要求采用钢支撑或者钢筋混凝土支撑。

有益效果

由于空间效应，大面积基坑的中心区域隆起量较大，亦是造成坑外影响范围及影响程度增大的主要原因。本发明先进行周边两圈围护所围的环形区域的基坑施工，中心区域土方暂时保留，大大减小了基坑开挖的隆起量，减小了对坑外环境的影响范围及程度。

设置两圈围护结构，支撑长度大大减小，受混凝土收缩及温度应力影响可忽略，支撑平面内刚度较大，变形控制更有利，有利于控制基坑外环境的变形。

设置两圈围护结构将周边环形区域的基坑及地下室结构完成后，利用主体结构本身的侧向刚度，开挖中心区域基坑时则可不设置支撑。节约了大量的临时支撑、立柱等，经济性能明显。

本发明施工操作方便，施工速度快，能够有效控制基坑外环境的变形，节约大量资源，具有较大的社会及经济效益。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的基坑示意图；

图2为本发明具体实施方式的“环岛法”基坑围护示意图；

图3为本发明具体实施方式的“环岛法”环形区域支撑布置示意图；

图4为与本发明具体实施方式相比较的常规基坑围护示意图；

图5为整体开挖支撑布置示意图。

具体实施方式

1、工程简介与周围环境

东方万国企业中心项目，位于上海浦东金桥开发区，由10幢小高层建筑及多层裙房组成，均设2层地下室，基坑面积约71000m²，东西方向近320m，南北方向也达到170-250m普遍开挖深度11m，基坑周边分布有道路、管线及建筑等，保护要求相对较高（如图1所示）。

2、施工方法与施工工艺

（1）在基坑外围设置外圈围护结构。外圈围护结构采用型钢水泥土搅拌桩挡墙、钻孔灌注桩结合止水帷幕或者地下连续墙。本工程采用的直径900mm的钻孔灌注桩挡土、直径850mm三轴水泥土搅拌桩止水。根据周边道路、管线及建筑的变形控制要求及基坑本身的稳定要求采用常规方法进行外圈围护结构的设计、计算。

（2）在基坑内设置内圈围护结构，根据基坑的深度和基坑内部场地的使用情况（如是否设置施工临时用房、布置材料堆场及加工场等）对内圈围护结构进行变形控制设计。内圈围护结构采用型钢水泥土搅拌桩挡墙、钻孔灌注桩结合止水帷幕或者地下连续墙。内圈围护结构主要考虑基坑本身的稳定要求，对临时设施变形控制要求可稍低，本工程采用的直径稍小的850mm钻孔灌注桩挡土，考虑外圈围护结构中三轴水泥土搅拌桩止水已经封闭，内圈围护结构可不另设止水帷幕以节约造价。

（3）在外圈围护结构和内圈围护结构之间设置水平支撑，使得支撑长度得到控制，受混凝土收缩及徐变因素影响较小，支撑刚度及安全性得到大大提高。本工程周边环形区域主要为主楼分布区域，开挖深度达到11m，共设置2道钢筋混凝土支撑。

（4）进行外圈围护结构和内圈围护结构之间的环形区域的基坑施工，约5.9万平方。逐层开挖土方、逐层施工支撑开挖至底，随着底板及地下一层楼板的浇注，逐层拆除支撑，施工周边环形区域的地下室结构。中心岛区域的留土大大控制了坑底隆起量。

（5）待环形区域的基坑及地下室结构完成，外圈围护结构与地下室外墙之间回填密实后，无支撑或者疏布支撑开挖中心岛区域（约1.2万平方）的土方。本工程采用的无支撑开挖中心区域的基坑，需要对周边已经完成的地下室结构承受内外不平衡的土压力进行有限元计算分析，确保不平衡水平力产生的附加应力在结构承受范围内，亦可提前对周边地下室结构进行加固，以达到无支撑开挖中心区域基坑的目的。中心区域无支撑开挖，大大加快了工期，节约了大量的支撑。

3、施工效果

根据基坑施工期间周边环境的监测数据来看，整个施工过程中，围护结构水平变形普遍控制在3-5cm，周边地面沉降2-3cm，立柱隆起最大值35mm，整个基坑施工过程中未发生基坑变形过大的现象，更未发生渗漏水等安全事故。是一个成功的基坑围护设计施工案例。

本实施例所述工程若采用整体开挖，基坑开挖引起的坑底隆起较大，空间效应明显，基坑开挖引起的周边环境的变形程度及影响范围均为较常规基坑大；另一方面，直接采用水平支撑时，采用对撑时支撑长度长度将达到320m，支撑体系刚度较弱，且受温度及混凝土徐变影响明显。采用圆环支撑时，圆环直径将超过200m，如此大直径的圆环对周边土方开挖顺序、圆环均衡受力要求较难控制。直径超大，利用圆环的轴心抗压性能效果将大打折扣。

若采用分块顺作开挖，一般至少需要设置3块进行开挖施工，将每一块基坑面积控制在2-2.5万平方。分别设置围护桩、内支撑体系先后开挖施工。考虑本工程项目进度要求比较高，分块施工不能满足项目开发进度要求。且围护体系尤其是支撑体系造价较高。分三块先后施工，分隔围护桩相对较多，内支撑体系工程量较大，且工期较长（如图3所示）。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种大面积基坑变形控制设计施工方法，其特征在于，分别设置基坑的外圈围护结构和内圈围护结构，在两圈围护结构之间设置水平支撑，先进行两圈围护结构之间的环形区域的基坑施工，再进行内圈围护结构内的中心岛区域的基坑施工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体方法步骤为：

（3）在外圈围护结构和内圈围护结构之间设置水平支撑；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体方法步骤为：

（1）根据基坑的深度和基坑周边环境的保护要求，在基坑外设置外圈围护结构；外圈围护结构根据周边环境的变形控制要求及基坑本身的安全、稳定要求进行计算分析；

（2）在基坑内设置内圈围护结构，根据基坑的深度和内圈围护结构所围的场地使用情况对内圈围护结构进行变形控制及安全、稳定计算分析；考虑内圈围护结构所围场地一般作为临时施工场地，保护要求相对较低，内圈围护结构可较外圈围护结构降低安全等级及环境保护等级，使内圈围护结构在安全的基础上具有经济性；内圈围护结构与外圈围护结构之间的距离应考虑支撑长度、周边环形区域基坑开挖面积控制、中心区域基坑；

（3）在外圈围护结构和内圈围护结构之间设置水平支撑；大面积基坑直接设置水平支撑时，支撑过长，刚度较小且受温度、混凝土收缩影响大，影响基坑本身及周边环境的安全；

（4）进行外圈围护结构和内圈围护结构之间的环形区域的基坑施工；以控制基坑的隆起量，减少基坑周边环境的下沉量；

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，在进行内圈围护结构内的中心区域的基坑施工时，根据施工情况，对变形控制有要求处局部设置支撑。

5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，对内圈围护结构内的中心区域的基坑进行施工时，进行无支撑或疏布支撑开挖施工，对两侧受不平衡的土压力的周边已经完成地下室结构进行复核计算，根据计算结果，对周边地下室结构进行加强或者局部布置支撑。

6.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述外圈围护结构采用型钢水泥土搅拌桩挡墙、钻孔灌注桩结合止水帷幕或者地下连续墙。

7.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述内圈围护结构采用型钢水泥土搅拌桩挡墙、钻孔灌注桩结合止水帷幕或者地下连续墙。

8.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述水平支撑根据计算受力要求采用钢支撑或者钢筋混凝土支撑。