CN110185044B - 一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其包括内层围护结构、二层支护板、内支撑以及若干应力调整阀；所述内支撑的两端顶撑在所述内层围护结构的内表面，以控制所述内层围护结构的变形量；所述二层支护板并行设置在所述内层围护结构的外侧；所述应力调整阀设置在所述内层围护结构和所述二层支护板之间，所述应力调整阀通过顶推所述二层支护板以控制所述二层支护板外侧的土体的移位量。内支撑与应力调整阀相配合，在有效控制厚层不稳定地层变形的情况下，最大限度的维持围护结构的原有空间状态，保证了内层围护结构不因控制不稳定土层变形而产生过大位移。

Description

一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统

技术领域

本发明涉及地下结构施工领域，尤其是一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统。

背景技术

在高铁车站、地铁车站及单体建筑建设过程中，基坑开挖为普遍采用的施工工艺，随着上部结构建设技术的提升及地下空间应用需求的增大，基坑开挖深度也越来越深。受建筑场地地形地貌的影响，基坑开挖往往需要再厚层填土、软土、淤泥质土、膨胀土等地层中进行，上述地层土体稳定性较差，受周围环境及天气的影响，易发生较大的位移变形，对基坑周边既有建筑的稳定性产生影响。

根据工作现状，既有建筑及基坑周边土体的稳定性，主要通过在基坑周边建立沉降位移监测系统测得。当基坑周边土体位移过大，既有建筑沉降变形达到预警值时，多采用两种处理措施。一是调整基坑围护结构内支撑轴力，通过支撑轴力的增大或减少，带动围护结构发生位移，从而控制基坑周边土体的位移量。另外一种是在周边变形土体内注浆，通过浆液固结等实现基坑周边土体的稳定性控制。既有方法应用普遍，但因围护结构多是作为基坑内拟建结构的一部分永久使用的，针对不稳定地层厚度较大、土体变形过大的情况，当支撑轴力较大时，围护结构也会发生较大位移方能满足土体变形的控制需求，容易对围护结构的自身完整性或安全性造成破坏，影响其后期实用，为地下结构的安全运营埋下隐患。注浆法对地基土的原有结构进行改变，一方面不便于基坑周边土体后期的二次开发利用，另一方面其处理效果是不可逆的，若后期需逆向调整处理效果，则较难实现。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，通过在原有的内层围护结构的外侧设置二层支护板以及应力调整阀，在防止基坑周边土体位移过大同时，控制内层维护结构的变形程度。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其包括内层围护结构、二层支护板、内支撑以及若干应力调整阀；所述内支撑的两端顶撑在所述内层围护结构的内表面，以控制所述内层围护结构的变形量；所述二层支护板并行设置在所述内层围护结构的外侧；所述应力调整阀设置在所述内层围护结构和所述二层支护板之间，所述应力调整阀通过顶推所述二层支护板以控制所述二层支护板外侧的土体的移位量。

所述内层围护结构为地下连续墙；所述内层围护结构的外表面设置有一层支护板；所述一层支护板的内表面与所述内层围护结构的钢筋笼连接，所述应力调整阀顶撑在所述一层支护板的外表面。

所述内支撑包括支撑杆以及支撑轴力调整阀，所述支撑杆与所述支撑轴力调整阀同轴连接，以调整所述内支撑的支撑轴力；所述支撑轴力调整阀连接有支撑轴力读数表。

所述内层围护结构的竖向高度大于所述二层支护板的竖向高度；所述内层围护结构的顶部边沿与所述二层支护板的顶部边沿平齐。

所述二层支护板与所述内层围护结构之间设置有至少三个所述应力调整阀。

所述应力调整阀连接有应力读数表。

所述内层围护结构包括相互咬合在一起的排桩；所述内层围护结构的内表面设置有环状的围护钢板；所述内支撑的两端分别抵靠在所述围护钢板的内侧。

本发明的优点是：通过设置二层支护板以及应力调整阀，将厚层不稳定土层对基坑围护结构的作用力进行缓冲。内支撑与应力调整阀相配合，在有效控制厚层不稳定地层变形的情况下，最大限度的维持围护结构的原有空间状态，保证了内层围护结构不因控制不稳定土层变形而产生过大位移，使其发挥好围护结构的本质功能，使得内层围护结构可作为拟建工程永久地下结构的一部分而长期使用的。此外，基坑开挖过程中，内层围护结构的变形较小，可避免内层维护结构垮塌，保证了作业人员的生命安全。

附图说明

图1为用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统的示意图；

图2为钢筋笼的侧视图；

图3为钢筋笼的俯视图；

图4为钢筋笼的正视图；

图5为基槽的截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5所示，图中标记1-16分别表示为：基坑1、内层围护结构2、二层支护板3、应力调整阀4、内支撑5、一层支护板6、应力读数表7、支撑杆8、支撑轴力调整阀9、支撑轴力读数表10、深厚不稳定地层11、相对稳定地层12、基槽13、钢筋笼14、顶部区间15、底部区间16。

实施例一：如图1所示，本实施例的用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统包括内层围护结构2、二层支护板3、内支撑5以及若干应力调整阀4。本实施例中，内层围护结构2与现有技术中的地下连续墙墙类似，围护在地下基坑1的侧边。内层围护结构2的主体为钢筋混凝土结构。内层围护结构2的内侧设置有多道内支撑5,内支撑5的两端顶撑在内层围护结构2的内表面，以控制内层围护结构2的变形量。二层支护板3并行设置在内层围护结构2的外侧；应力调整阀4设置在内层围护结构2和二层支护板之间，应力调整阀4通过顶推二层支护板3以控制二层支护板3外侧的土体的移位量。内支撑5与应力调整阀4相配合，在防止内层围护结构2变形的同时，还可防止基坑1外部的土层发生沉降位移。

如图1、2所示，内层围护结构2的外表面设置有一层支护板6。一层支护板6的内表面贴合设置在内层围护结构2的外表面，一层支护板6的内表面与内层围护结构2的钢筋笼连接。应力调整阀4顶撑在一层支护板6的外表面，一层支护板6采用钢板制成，可防止应力调整阀4直接抵靠在内层围护结构2的混凝土结构上，从而防止内层围护结构2的外表面局部压力过大导致的结构损坏。此外，一层支护板6还可在浇筑内层围护结构的混凝土的过程中起到模板的作用。

二层支护板3与内层围护结构2之间设置有至少三个应力调整阀4。各应力调整阀4连接有应力读数表7。通过各应力调整阀4可调整二层支护板3对其外侧的土层的顶推力。通过应力读数表7可检测各应力调整阀4的应力。

内支撑5包括支撑杆8以及支撑轴力调整阀9，支撑杆8与支撑轴力调整阀9同轴连接，以调整内支撑5的支撑轴力；支撑轴力调整阀9连接有支撑轴力读数表10。各内支撑5的支撑杆8沿水平方向设置，支撑杆8的一端顶撑在内层围护结构2的内表面，其另一端通过支撑轴力调整阀9顶撑在内层围护结构2的内表面。通过支撑轴力调整阀9可调整内支撑5对内层围护结构2的支撑力，以防止内层围护结构2产生变形。通过支撑轴力读数表10可检测各内支撑5的支撑轴力。

应力调整阀4以及支撑轴力调整阀9均采用液压技术产生顶推力，二者均内置有油压调整口及顶力装置。应力调整阀4以及支撑轴力调整阀9可采用市场既有技术及产品。

在基坑1开挖过程中，内支撑5逐层安装，开挖过程中监测基坑1周边的土层的沉降、各内支撑5的支撑轴力以及各应力调整阀4应力。内支撑5、内层围护结构2、应力调整阀4以及二层支护板3构成双层应力调整系统。基坑1开挖过程中，根据基坑1周边的土层的沉降、各内支撑5的支撑轴力以及各应力调整阀4应力调节各内支撑5的支撑轴力以及应力调整阀4的应力，以使得基坑1周边的土层具有较小的沉降位移，同时使得内层围护结构2处于最小位移状态，保证了内层围护结构2的稳定性，避免了内层围护结构2因变形过大导致的结构损坏，使得内层围护结构2可在施工完成后作为地下结构永久使用的一部分。

本实施例中，内层围护结构2的竖向高度大于二层支护板3的竖向高度；内层围护结构2的顶部边沿与二层支护板3的顶部边沿平齐。本实施例最适用的土层结构为上层为深厚不稳定地层11，且下部为相对稳定地层12。深厚不稳定地层11是指软土、膨胀土、杂填土、湿陷性黄土等一些列性质不稳定的地层，此类地层受降雨等外部环境的影响，及易发生形变等不稳定位移。深厚不稳定地层11容易发生沉降位移，为了避免其沉降位移，二层支护板3需要采用较大的压力对其进行顶推。为了对深厚不稳定地层11施加足够的压力，二层支护板3可在应力调整阀4的推动下进行较大的位移，二层支护板3可承受的位移范围远远大于内层围护结构2可承受的位移。

本实施例的技术方案不仅适用于上层为深厚不稳定地层11，且下部为相对稳定地层12的地质环境，对于其他的地质环境，本实施例的深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统同样可以起到良好的支护作用。

如图1至5所示，使用本实施例的深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统进行基坑施工具体包括以下步骤：

（1）在基坑1预设位置的边缘施工内层围护结构2，并在内层围护结构2的外侧设置二层支护板3；在内层围护结构2以及二层支护板3之间设置应力调整阀4。

具体的，在施工之前，需要根据施工现场的勘探资料，确定深厚不稳定地层11以及相对稳定地层12的位置，从而确定二层支护板3以及内层围护结构2的竖向高度，并确定各种设计参数。

施工内层围护结构2以及设置二层支护板3的过程具体包括以下步骤：制作内层围护结构2的钢筋笼14，并在钢筋笼14的外侧安装一层支护板6；在一层支护板6的外侧依次安装所述应力调整阀4以及二层支护板3。在基坑预设位置的边缘开挖基槽13，将钢筋笼14连同一层支护板6、二层支护板3以及应力调整阀4一同置于基槽中，并浇注混凝土以形成内层围护结构2。

基槽13自上向下包括顶部区间15以及底部区间16，顶部区间15的宽度大于底部区间16的宽度，顶部区间15基槽宽度略大于二层支护板3、应力调整阀4以及内层围护结构2的总厚度，顶部区间15的深度等于二层支护板3的竖向高度，顶部区间15与底部区间16的总深度等于内层围护结构2的竖向高度。钢筋笼14外侧的一层支护板6将顶部区间15分隔为两部分，顶部区间15的一侧设置有钢筋笼14，另一侧设置有应力调整阀4以及二层支护板3。向基槽13内浇筑混凝土的过程中，混凝土填充在底部区间16以及顶部区间15包含钢筋笼14的一侧。混凝土包裹钢筋笼14形成内层围护结构。

（2）开挖基坑，在开挖过程中在基坑1内部安装内支撑，内支撑5的两端分别顶撑在内层围护结构2的内表面；在开挖基坑1的过程中，通过调整内支撑5的支撑轴力以控制内层围护结构2的变形量，同时通过控制应力调整阀4的应力使得二层支护板3支撑其外侧的土体，以控制二层支护板3外侧的土体的移位量。

内支撑5随着基坑的开挖过程逐层安装。安装内支撑5的过程中，将支撑轴力调整阀9安装在支撑杆8的第一端；将支撑轴力调整阀9抵靠在内层围护结构2的内表面，并将支撑杆8的第二端抵靠在内层围护结构2的内表面。

支撑轴力调整阀9连接有支撑轴力读数表10，应力调整阀4连接有应力读数表7。在开挖基坑1的过程中，通过支撑轴力读数表10测量各个内支撑5的支撑轴力，通过应力读数表7测量应力调整阀4的应力，同时检测基坑1周边的土体的位移量。开挖过程中，根据支撑轴力以及基坑周边土层的沉降位移控制所述支撑轴力调整阀9的顶推力，以控制内层围护结构2的变形量，同时根据检测到的应力以及位移量控制应力调整阀4顶推所述二层支护板3，以控制二层支护板3外侧的土体的移位量。

（3）基坑开挖完成后，将内层围护结构2作为永久地下结构的一部分。

实施例二：本实施例与实施例一的主要区别在于内层围护结构2不同，本实施例中，内层围护结构2为相互咬合在一起的排桩；内层围护结构2的内表面设置有环状的围护钢板；围护钢板的外表面抵靠在排桩的侧面，内支撑5的两端分别抵靠在围护钢板的内侧。内层围护结构2的外侧设置有与实施例一相同的应力调整阀4以及二层支护板。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (6)

1.一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其特征在于，包括内层围护结构、二层支护板、内支撑以及若干应力调整阀；所述内支撑的两端顶撑在所述内层围护结构的内表面，以控制所述内层围护结构的变形量；所述二层支护板并行设置在所述内层围护结构的外侧；所述应力调整阀设置在所述内层围护结构和所述二层支护板之间，所述应力调整阀通过顶推所述二层支护板以控制所述二层支护板外侧的土体的移位量；

所述内支撑包括支撑杆以及支撑轴力调整阀，所述支撑杆与所述支撑轴力调整阀同轴连接，以调整所述内支撑的支撑轴力；所述支撑轴力调整阀连接有支撑轴力读数表。

2.根据权利要求1所述的一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其特征在于，所述内层围护结构为地下连续墙；所述内层围护结构的外表面设置有一层支护板；所述一层支护板的内表面与所述内层围护结构的钢筋笼连接，所述应力调整阀顶撑在所述一层支护板的外表面。

3.根据权利要求1所述的一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其特征在于，所述内层围护结构的竖向高度大于所述二层支护板的竖向高度；所述内层围护结构的顶部边沿与所述二层支护板的顶部边沿平齐。

4.根据权利要求1所述的一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其特征在于，所述二层支护板与所述内层围护结构之间设置有至少三个所述应力调整阀。

5.根据权利要求1所述的一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其特征在于，所述应力调整阀连接有应力读数表。

6.根据权利要求1所述的一种用于深厚不稳定地层的基坑侧壁应力调整系统，其特征在于，所述内层围护结构包括相互咬合在一起的排桩；所述内层围护结构的内表面设置有环状的围护钢板；所述内支撑的两端分别抵靠在所述围护钢板的内侧。