CN108239982B - 超大基坑分区隔断施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大基坑分区隔断施工方法，无需满足同时开挖基坑之间的间距要求不少于2倍基坑深度的常规基坑分区条件，可以直接在街坊地块与内部道路的分界处设置分隔墙对整体基坑进行分区。附地上建筑的地块基坑先期施工，待其地下室结构完成后，道路下方的基坑开始施工。地块基坑施工期间，道路区域地面可作为地块基坑的施工场地使用；待地块地下室完成后，其地下室顶板(无塔楼部分)可为后续道路下方基坑的施工场地使用；道路下方基坑与地块上部结构同期施工。这样，本分区方法保证了整体项目的施工周期与周期最长的塔楼一致，不受超大面积基坑施工的附加影响；同时，分区方法也为内部子基坑的施工创造了宽松的场地条件，不增加建设费用。

Description

超大基坑分区隔断施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种超大基坑分区隔断施工方法。

背景技术

目前，我国城市规划建设正向着小路网、大空间的趋势发展，多个街坊地块和合围市政道路同步开发超大地下空间的情况逐渐增多，由此带来了较多的超大基坑同步施工的难题。在软土地区进行超大基坑同步施工，为保证基坑安全与施工场地要求，首先就必须对整个基坑进行分区筹划。典型的基坑群平面布置如图1所示。道路(一)和道路(二)区划出四个地块：地块A、地块B、地块C和地块D。

根据目前的常规经验，单独基坑的面积不宜超过3万m²，相邻基坑必须待先期开挖基坑的地下室结构完成后方可进行挖土施工，同时开挖基坑之间的间距要求不少于2倍基坑深度。因此，在进行基坑分区筹划时，根据地块间道路宽度与基坑深度的关系，将出现如下几种分区方案。

如图2所示，假定道路(一)和道路(二)的宽度均为b；地块A的开挖深度h1、地块B的开挖深度h2、地块C的开挖深度h3、和地块D的开挖深度h4均为h。当地块间道路的宽度不小于2倍的基坑开挖深度时，即道路(一)和道路(二)的宽度b≥2h，按图2所示设置分隔墙位置，分隔墙边线与道路边线重合。施工顺序上先期同步施工各地块基坑，待地块地下室完成后，道路下方基坑与地块上部结构同期施工，这样，整个项目施工并未因基坑分区而受到影响。

然而，实际项目中为实现小路网、大空间的目标，道路宽度一般控制在20m左右，竖向空间则普遍设置三～五层地下室，基坑深度一般12～20m，不能满足道路宽度不小于2倍基坑深度的条件。在这样的条件下，将无法按照图2所示的基坑分区方案来对项目进行分区施工。只能采取如图3所示的分区方案，图3所示分区方案中，分隔墙的边线要超出道路边线的范围，以使分隔墙的宽度不小于2倍基坑深度。图3所示分区方案的施工顺序和图2中的施工顺序基本一致，但是由于后期施工的道路下方基坑包括了一部分地块所在范围，该部分地块范围上的上部结构完成时间将晚于地块普遍区域的完成时间，拖慢整个项目的总工期。

本技术领域的技术人员致力于解决上述技术缺陷。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的技术目的在于提供一种超大基坑分区隔断施工方法，使软土地区多街坊地块组成的超大基坑的施工周期最优化，同时保证宽松的施工场地。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种超大基坑分区隔断施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A.相邻街坊地块之间为道路，在街坊地块与道路之间的分界处设置分隔墙对整体超大基坑进行分区，所述分隔墙的边界与街坊地块之间所述道路的边界重合，将整体的所述超大基坑划分为所述街坊地块下的地块基坑和所述道路下的道路基坑；

步骤B.首先进行地块基坑开挖，将道路两侧的地块基坑同步开挖，道路下方的土体形成有限土体分隔带；

步骤C.计算侧向土压力系数后获得有限土体分隔带的土体压力；

步骤D.根据步骤C得出的有限土体分隔带的土体压力来设计、安装地块基坑的围护墙配筋；

步骤E.根据步骤C得出的有限土体分隔带的土体压力来设计、安装地块基坑的支撑；

步骤F.地块基坑施工至地块地下室结构完成；

步骤G.地块地下室结构施工完成后，同时进行街坊地块上部结构施工和道路基坑的开挖施工。

进一步地，所述步骤C中任意深度位置围护墙所受的侧向土压力系数：

式中，K为侧向土压力系数，

δ为墙土摩擦角，

为土体内摩擦角。

在侧向土压力系数确定之后，本领域技术人员就可以通过数学积分求相应部位的侧向土压力。

上述公式的推导过程如下：

当采用本方法施工时，道路两侧的地块基坑将同步施工，此时，道路下方土体形成了有限土体分隔带，而有限土体的受力变形性状是随土体的宽深比λ而变化的，因此必须针对λ数值的不同进行区别设计。

式中，b为分隔带土体的宽度；h为同步开挖基坑的深度。

假定有限土体破坏的滑裂面角度不随宽深比变化，即在任意宽深比时，滑动面与水平面夹角为库伦主动土压力滑裂面角度θ_a，如图6所示。主动土压力计算时，滑裂面角度可以由土体内摩擦角和墙土摩擦角表示为

式中：δ为墙土摩擦角，

为土体内摩擦角。

h＝H-B tanθ_a

1)土压力分布求解

当理论计算模型确定后，为得到水平主动土压力的分布，采用水平薄层单元法对土楔体进行受力分析，根据土楔体的形状和受力，可以将其分为两类单元，如图7所示，其中，b点以上的水平薄层单元为矩形，b以下的水平薄层单元为梯形单元。

(1)矩形单元受力分析

假定两片地连墙的深度相同，均为H，墙间的土为砂土，土体宽度为B，土体内摩擦角为

墙土之间的摩擦角为δ。在深度z处取厚度为dz的有限宽度土体水平单元为研究对象，土体水平矩形单元受力如图8所示。作用于矩形单元上的力有：两片墙上的水平反作用力p_z，两片墙与有限宽度土体之间的摩擦力p_z tanδ，单元顶面的竖向平均压力q_z，单元地面的竖向平均反力q_z+dq_z以及片体单元的自重dG。

由单元竖向平衡条件可得，

dG＝Bdq_z+2p_z tanδdz (2)

其中水平薄层单元自重为dG＝Bγdz (3)

其中：γ为土体重度。

因此，式(3)可以改写为

Bγdz＝Bdq_z+2p_z tanδdz (4)

令p_z＝kq_z，其中k为侧向主动土压力侧压力系数。代入式(3)，整理可得微分控制方程

根据边界条件z＝0时，q_z＝0，求解微分方程(6)，可得当0≤z≤h₂时，墙背后土体竖向应力和水平侧压力分别为

(2)梯形单元受力分析

如图7所示，滑裂面范围内受力单元为梯形单元，假定距离土楔的表面深度为z(h₂≤z<h₁)，如图9所示，作用于梯形单元上的力有：围护墙的水平反作用力p_z，围护墙与有限土体之间的摩擦力p_z tanδ，单元顶面的竖向平均压力q_z，单元地面的竖向平均反力q_z+dq_z，滑动土体与稳定土体之间的反力r和摩擦力

片体单元的自重dG。

由水平方向平衡条件可得

由竖直方向平衡条件可得

式中：

同样令p_z＝kq_z，代入式(9)、(10)，忽略两次微分量dq_zdz、dzdz项可得，

式中：常数

根据边界条件：当z＝h时，p_z应与式(8)求得结果相同，即

求解微分方程(11)，可得当h≤z<H时，

式中：k为主动土压力侧压力系数，积分常数

根据式(8)和(14)式可以得到有限宽度土体主动土压力分布

将p_z沿墙高积分即可得到水平主动土压力合力，

将p_z(H-z)沿墙高积分即可得到水平主动土压力合力对挡土墙底的力矩M，

合力作用点距墙趾高度l_c为

l_c＝M/P (17)

2)侧压力系数

Paik和Salgado假定墙后土体的小主应力迹线为圆形，推导出了距墙体任意位置处薄层单元的竖向应力微分表达式，通过积分得到了薄层单元的竖向合力，进而可以求得薄层单元的竖向应力的平均值以及相应的侧压力系数，

其中：

采用Paik和Salgado提出的侧压力系数计算方法，将侧压力系数式(19)带入式(15)和式(16)，即可得出有限宽度土体主动土压力沿墙深的分布和主动土压力合力。

进一步地，所述步骤D中，位于有限土体分隔带一侧的所述围护墙配筋按照步骤C得出的土体压力进行配筋，位于其他各侧的围护墙配筋按照常规方法进行配筋。

进一步地，所述步骤E中，与有限土体分隔带垂直的支撑按照步骤C得出的土体压力进行设计，其余的支撑按照常规方法设计。

本发明的有益效果：本发明方法在街坊地块与内部道路的分界处设置分隔墙对整体基坑进行分区。工期安排上，附地上建筑的地块基坑先期施工，待其地下室结构完成后，道路下方的基坑开始施工。地块基坑施工期间，道路区域地面可作为地块基坑的施工场地使用；待地块地下室完成后，其地下室顶板(无塔楼部分)可为后续道路下方基坑的施工场地使用；道路下方基坑与地块上部结构同期施工。这样，本分区方法保证了整体项目的施工周期与周期最长的塔楼一致，不受超大面积基坑施工的附加影响；同时，分区方法也为内部子基坑的施工创造了宽松的场地条件，不增加建设费用。

附图说明

图1为超大基坑群平面示意图。

图2为现有技术中，当地块间道路的宽度不小于2倍的基坑开挖深度时，超大基坑分区隔断方案示意图。

图3为现有技术中，当地块间道路的宽度小于2倍的基坑开挖深度时，超大基坑分区隔断方案示意图。

图4为本专利超大基坑分区隔断方案示意图。

图5为本专利超大基坑分区施工顺序示意图。

图6为有限土体主动土压力滑裂面示意图。

图7为薄层单元分类示意图。

图8为矩形单元受力分析示意图。

图9为梯形单元受力分析示意图。

图10为本专利一较佳实施例的基坑总平面图。

图中，1街坊地块(其下为地块基坑)；2地块间道路(其下为道路基坑)；3地块间道路(其下无道路基坑)。

具体实施方式

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。

实施例：

本发明公开了一种超大基坑分区隔断施工方法，包括以下步骤：

如图4所示，步骤一，相邻街坊地块之间为道路，在街坊地块与道路之间的分界处设置分隔墙对整体超大基坑进行分区，分隔墙的边界与街坊地块之间道路的边界重合，将整体的所述超大基坑划分为街坊地块下的地块基坑和道路下的道路基坑；

如图5所示，步骤二，首先进行地块基坑开挖，将道路两侧的地块基坑同步开挖，道路下方的土体形成有限土体分隔带；图5中标示为施工步骤①的地块基坑为先期施工基坑，图5中标示为施工步骤②的道路基坑为第二阶段施工的基坑，先期施工时，道路下方的土体保留形成有限宽度的土体分隔带。

步骤三，计算侧向土压力系数后获得有限土体分隔带的土体压力；任意深度位置围护墙所受的侧向土压力系数：

式中，K为侧向土压力系数，

δ为墙土摩擦角，

为土体内摩擦角。

上述公式的推导过程，详见前文所述，在此不再赘述。

步骤四，根据上一步骤得出的有限土体分隔带的土体压力来设计、安装地块基坑的围护墙配筋；位于有限土体分隔带一侧的围护墙配筋按照上一步骤得出的土体压力进行配筋，位于其他各侧的围护墙配筋按照常规方法进行配筋。

步骤五，根据步骤三得出的有限土体分隔带的土体压力来设计、安装地块基坑的支撑；与有限土体分隔带垂直的支撑按照步骤三得出的土体压力进行设计，其余的支撑按照常规方法设计。

步骤六，地块基坑施工至地块地下室结构完成；

步骤七，地块地下室结构施工完成后，同时进行街坊地块上部结构施工和道路基坑的开挖施工。此时，进行图5所标示为施工步骤②的有限土体分隔带开始开挖施工形成道路基坑，与地块上部结构同时开始施工。

如图10所示，本发明一具体实施例，上海某基地项目位于世博园区一轴四馆西侧，基地由六个街坊地块1及合围的两条规划道路(2、3)组成，规划用地面积约18.72公顷。基地地块内共分布了28栋建筑，分属15家企业，地上建筑面积为594184m²；整个基地地下室互联互通，包括道路下方的地下空间均设置三～四层地下室，地下总建筑面积为409800m²。

本实施例中的基坑为一超大基坑，在基坑设计施工过程中，采用本专利方法进行了基坑分区设计与施工。所有内部分隔墙均设置于地块与道路分界线位置。施工安排上，先期施工各地块1下的地块基坑，待地块地下室完成后，道路2的下方道路基坑与地块上部建筑同期实施。由于地块间道路宽度不满足2倍基坑开挖深度的要求，有关分隔墙的及基坑支撑设计均按前述薄层单元法进行计算确定。

该项目建设施工时，地块基坑施工期间，道路区域地面可作为地块基坑的施工场地使用；待地块地下室完成后，其地下室顶板(无塔楼部分)可为后续道路下方基坑的施工场地使用；道路下方基坑与地块上部结构同期施工。这样，本分区方法保证了整体项目的施工周期与周期最长的塔楼一致，不受超大面积基坑施工的附加影响；同时，分区方法也为内部子基坑的施工创造了宽松的场地条件，不增加建设费用。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，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，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种超大基坑分区隔断施工方法，包括以下步骤：

步骤A.相邻街坊地块之间为道路，在街坊地块与道路之间的分界处设置分隔墙对整体超大基坑进行分区，所述分隔墙的边界与所述街坊地块之间所述道路的边界重合，将整体的所述超大基坑划分为所述街坊地块下的地块基坑和所述道路下的道路基坑；

步骤B.首先进行地块基坑开挖，将道路两侧的地块基坑同步开挖，道路下方的土体形成有限土体分隔带；

步骤C.计算侧向土压力系数后获得有限土体分隔带的土体压力；

任意深度位置围护墙所受的侧向土压力系数：

式中，K为侧向土压力系数，

δ为墙土摩擦角，

为土体内摩擦角；

步骤D.根据步骤C得出的有限土体分隔带的土体压力来设计、安装地块基坑的围护墙配筋；

步骤E.根据步骤C得出的有限土体分隔带的土体压力来设计、安装地块基坑的支撑；

步骤F.地块基坑施工至地块地下室结构完成；

步骤G.地块地下室结构施工完成后，同时进行街坊地块上部结构施工和道路基坑的开挖施工。

2.根据权利要求1所述的超大基坑分区隔断施工方法，其特征在于，所述步骤D中，位于有限土体分隔带一侧的所述围护墙配筋按照步骤C得出的土体压力进行配筋，位于其他各侧的围护墙配筋按照常规方法进行配筋。

3.根据权利要求1所述的超大基坑分区隔断施工方法，其特征在于，所述步骤E中，与有限土体分隔带垂直的支撑按照步骤C得出的土体压力进行设计，其余的支撑按照常规方法设计。

Images