CN1155028A - 一种基坑开挖对环境损害的预测和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明首先采用随机介质理论法和有限元法结合施工过程中位移进行反分析，对基坑周围地表及挡土墙作任意剖面任意时间的沉降和位移的预测，然后通过配置有液压泵站的液压柱与由装配式钢管或钢筋混凝土预制件组成的支撑系统顶住挡土墙，并随时按计算结果作相应的增压调节，从而保证基坑周围的建筑物和地下管线处于安全状态，安装、拆除方便，能反复使用，工程造价低，使施工达到信息化，广泛应用于高层建筑深基坑开挖和地铁、隧道、车站等工程施工。
Description
一种基坑开挖对环境损害的预测和控制方法，涉及土建基础工程和施工方法。
在地基基础工程中，现有的基坑开挖对环境损害的控制方法是：采用PECK于1969年通过工程实测统计及日本道路工程规范计算模式，在估算出基坑开挖引起周围的地表沉降后，在设计阶段，通过增大钢支撑预加轴向压力或缩小现浇钢筋混凝土支撑间距加以控制。然而，上述的计算方法只能取一个剖面作平面应变问题处理来计算地表沉降，不能对建筑物及地下管线是否因基坑开挖产生破坏进行全方位预测，同时，钢筋混凝土支撑体系是不能施加预应力的，在基坑开挖完成后，钢筋混凝土支撑的拆除还需爆破与清除，造成材料和人工的浪费，提高了造价；钢结构支撑上是可以施加预应力的，但支撑安装后不能调节支撑轴向压力。由于目前采用应变式钢筋应力计测量支撑压力，该应力计对环境温度很敏感，因此，测出的压力值精度很差，测挡土墙位移的测斜仪精度也不高，不能有效地进行信息化施工。无论是钢管还是现浇钢筋混凝土，一旦支撑安装完毕，就不能根据现场情况的变化作相应的调整。总之，现有的方法难以解决基坑开挖施工中遇到的各种复杂情况，对开挖造成的环境影响不能有效地控制在允许范围内，从而可能造成了无法估量的严重损失。
本发明的目的在于提供一种能够调节支撑轴向压力，保证基坑开挖时建筑物和地下管线不受到损害，工艺简单、操作方便、能达到信息化施工的方法。
本发明主要采用随机介质理论法和有限元法结合施工过程中位移进行反分析，对基坑周围地表及挡土墙侧、顶等全方位任意剖面任意时间的沉降和位移作预测，然后通过配置有液压系统的支撑体系随时作相应的增压调节来实现，并按计算结果指导施工。从基坑挖土到支撑设计层，自上而下边开挖边分层架设由钢管或钢筋混凝土预制件连结组成的支撑梁，并与液压柱用法兰连接顶住挡土墙，接着液压柱单向进口阀处插入通过压力胶管与液压泵站连接的液压枪，给液压柱注入高压乳化液使之达到预测的压力，取下液压枪换上压力表，全天候监测支撑梁压力变化，并视挡土墙位移状况和周围建筑物及地下管线变形情况，重新换上液压枪给液压柱加压到与观察计算结果相应的预测压力，使建筑物及管线变形控制在允许范围内。最后基坑开挖完成，浇好底板，反方相自下而上依次分层卸掉液压柱压力后拧掉法兰螺栓，拆除各道支撑梁。
本发明的优点是：
1.对基坑开挖可能引起的周围地表下沉、倾斜和曲率及挡土墙侧、顶向位移进行任意时间和剖面的预测，并用计算机计算和整理，既提高了预测精度，又提供了开挖全程调节压力的依据。
2.由液压泵站提供压力，并随预测压力的变化及时调节每根支撑梁上的轴向压力，使基坑周围地面沉降及挡土墙侧向位移均控制在2-3CM内，周围地面建筑物倾斜在1-2％以内，保证了基坑周围建筑物及地下管线的安全。
3.本发明的支撑梁由专用液压柱及钢管或钢筋混凝土预制件用法兰螺栓装配而成，不仅拆装、运输方便，而且组合件可以反复使用，节省施工费用20％。
4.本发明的支撑轴向压力采用液压表测量，简单、直观，并且精度很高。
结合附图对本发明作进一步描述，其中
图1.为带液压控制系统的支撑梁平面示意图
图2.为带液压控制系统的支撑梁剖面示意图
图3.钢筋混凝土预制件支撑梁连接示意图
图4.挡土墙侧向位移及地表沉降和变形预测及控制方法流程图
采用本发明的预测控制方法，开挖一个深度为12.5M，挡土墙入土深度为25.5M，地基土平均内摩察角为17度，平均容重为1.88T/M3的基坑。首先对基坑周围地表沉降、倾斜、曲率及挡土墙侧向位移在计算机上完成预测，接着在基坑开挖到支撑设计位置时，将配有液压柱(1)的支撑体系装配好，自上而下，边开挖边分三层吊装到设计位置，顶住挡土墙：第一层支撑位置为-1.3M，第二层支撑位置为-5.4M，第三层支撑位置为-9.5M，装配式支撑体系由焊有法兰盘(2)的液压柱(1)和两头焊有法兰盘(2)的直径为609MM钢管支撑梁(5)或钢筋混凝土预制件支撑梁(5)用螺栓连接组成，预制件支撑梁(5)的端部四周包焊钢板(8)，顶端焊上法兰盘(2)，法兰盘(2)与预制件钢板(8)之间焊有加强筋(9)。然后，把液压泵站(4)上接有压力胶管(7)的液压枪插入液压柱(1)的单向阀中，启动液压泵站(4)，注入预测压力后，取下液压枪，单向阀上装上压力表(3)，并视计算结果或现场挡土墙位移情况重新取下压力表(3)装上液压枪，补增压力后换上压力表(3)；当基坑开挖完成并浇好底板后，打开液压柱(1)上的安全阀，放掉乳化液，卸掉连接法兰螺栓，反方向自下而上，先拆除最下层一道支撑梁(5)，再拆中间和上面的，依次拆除各道支撑梁(5)。
在本实施例中，未施加预应力时，支撑梁(5)轴向压力计算结果如下：第一层为51.2T，第二层为202.4T，第三层为355.8T。
主剖面地表沉降、倾斜、曲率(如下表1.)
从上表可以看出，距离基坑边25.5M处，地表沉降达5.8MM，倾斜为1.8‰，因此在25.5M范围内地面房屋将产生裂缝，在施工中已得到了证实。
| 距离(M) | 1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 |
| 沉降(MM) | 56.9 77.2 88.5 85.5 69.7 48.0 27.9 13.7 5.7 1.9 |
| 倾斜(‰) | 7.3 5.6 1.5 -3.3 -6.7 -7.3 -5.8 -3.6 -1.8 -0.7 |
| 曲率(10-3‰) | -0.11 -1.03 -1.63 -1.47 -0.67 0.21 0.69 0.70 0.47 0.24 |
我们给支撑梁(5)施加如下预应力：第一层为48.6T，第二层为191.9T，第三层为337.3T，将能保证基坑周围地面沉降级变形在表2范围内，也就是能保证基坑周围的房屋不出现裂缝，地下管道不发生破裂。
地表沉降、倾斜、曲率(如下表2.)
| 距离(M) | 1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 |
| 沉降(MM) | 17.3 21.1 22.2 20.2 15.9 10.8 6.3 3.2 1.4 0.5 |
| 倾斜(‰) | 1.55 0.86 -0.15 -1.12 -1.65 -1.64 -1.28 -0.8 -0.42 -0.18 |
| 曲率(10-3‰) | -0.14 -0.34 -0.32 -0.17 -0.003 0.12 0.16 0.12 0.10 0.05 |
本发明所提供的方法具有预测精度高，可随时监测支撑压力大小和地面变形大小及时调节支撑压力，以保证基坑周围建筑物和地下管线处于安全状态，以及支撑系统由装配式构件组成，安装方便，拆除方便，支撑钢管和混凝土梁能反复使用等优点。
本发明可应用在高层建筑深基坑开挖工程和地铁、遂道、车站等施工中，具有广泛的推广应用价值。
Claims (2)
1.一种基坑开挖对环境损害的预测和控制方法，其特征在于先作开挖前及全程的基坑挡土墙位移及周围地表任意剖面、任意时间的沉降和变形的预测；然后从上到下，边开挖边分层按设计的支撑层位置，架设由支撑梁(5)与液压柱(1)用法兰盘(2)连接而成的支撑体系顶住挡土墙(6)，并通过与液压泵站(4)连接的压力胶管(7)顶端的液压枪对液压柱(1)施加设计的预应力；接着，在液压柱(1)的单向阀上替代液压枪，插接压力表(3)，并随着开挖的进程，视压力和挡土墙位移的变化，随时拔下压力表(3)，插入液压枪，按观察计算结果作相应的增压调节，直至架完最后一层支撑并将基坑开挖完毕，浇好底板；最后反方向自下而上分层减压拆除支撑梁(5)和液压柱(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于支撑梁(5)还可以由两端焊有法兰盘(2)的数节钢管或钢筋混凝土预制件装配而成。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 96116217 CN1155028A (zh) | 1996-01-15 | 1996-01-15 | 一种基坑开挖对环境损害的预测和控制方法 |
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| CN1155028A true CN1155028A (zh) | 1997-07-23 |
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| CN 96116217 Pending CN1155028A (zh) | 1996-01-15 | 1996-01-15 | 一种基坑开挖对环境损害的预测和控制方法 |
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-
1996
- 1996-01-15 CN CN 96116217 patent/CN1155028A/zh active Pending
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