CN116815790A - 两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法 - Google Patents

两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法，该系统包括围护结构、对撑体系、混凝土围檩及液压油缸，对撑体系包括第一、第二、第三对撑子结构，第一对撑子结构位于基坑中间部位，第二对撑子结构位于第一对撑子结构与围护结构之间，第三对撑子结构位于第二对撑子结构与围护结构之间；第二和第三对撑子结构靠近保护对象的一侧的混凝土围檩与围护结构之间设有液压油缸；混凝土围檩包括与第二对撑子结构对应的第一围檩子结构和与第三对撑子结构对应的第二围檩子结构；与其中一个保护对象平行的第二对撑子结构与第三对撑子结构之间，及第一与第二围檩子结构之间分别设有交界节点。本发明能够解决两侧紧邻保护对象的基坑变形问题。

Description

两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及基坑工程支护技术领域，尤其涉及一种两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法。
背景技术
在城市基坑支护技术中，混凝土支撑技术是常用的基坑支护措施之一，随着城市地下空间的不断开发，工程建设过程中面临基坑紧邻保护对象的情况，对基坑变形控制的要求也越来越高，于是混凝土支撑伺服体系应运而生。单向混凝土支撑伺服体系和双向混凝土支撑伺服体系是混凝土支撑伺服体系的两种常见形式，单向混凝土支撑伺服体系用于基坑单侧紧邻保护对象的情况，通过单向施加伺服力来控制基坑变形；双向混凝土支撑伺服体系适用于基坑两侧均有紧邻保护对象的情况，通过在平面的相邻两个方向施加伺服力来控制基坑变形。随着建设用地不断压缩，双向混凝土支撑伺服体系应用前景也越来越广阔。
目前双向混凝土支撑伺服控制都是待一层支护结构全部形成后再一次加载，该层加载完成后再进行下一层支护结构的施工。这对于两侧均有紧邻保护对象的大型基坑变形控制不力，尤其是对于软弱土层深基坑，土层以淤泥质土、淤泥质黏土等为主的软弱土层存在明显的流变性和蠕变性，即基坑开挖后一直存在变形。
因此，如何提供一种能够根据支撑形成先后顺序及时加载，以减少基坑的流变变形的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明提供一种两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统，包括围护结构、对撑体系、混凝土围檩以及液压油缸，
所述对撑体系包括分批依次实施的第一对撑子结构、第二对撑子结构以及第三对撑子结构，所述第一对撑子结构位于基坑中间部位，所述第二对撑子结构位于所述第一对撑子结构与所述围护结构之间，所述第三对撑子结构位于所述第二对撑子结构与所述围护结构之间；
所述第二对撑子结构和第三对撑子结构靠近保护对象的一侧的所述混凝土围檩与所述围护结构之间设有所述液压油缸；
所述混凝土围檩包括与所述第二对撑子结构的位置对应的第一围檩子结构和与所述第三对撑子结构的位置对应的第二围檩子结构；
与其中一个所述保护对象平行的第二对撑子结构与第三对撑子结构之间，以及第一围檩子结构与第二围檩子结构之间分别设有交界节点。
较佳地，所述交界节点包括纵筋、连接接头、先施工子结构以及后施工子结构，所述先施工子结构的两端埋设所述连接接头，两端的所述连接接头分别与所述先施工子结构和后施工子结构的所述纵筋焊接。
较佳地，所述连接接头包括卯口、榫头、第一连接件和第二连接件，所述卯口固定于所述第一连接件上，所述第一连接件与所述先施工子结构/后施工子结构连接；所述榫头固定于所述第二连接件上，所述第二连接件与所述后施工子结构/先施工子结构连接；所述卯口与所述榫头匹配。
较佳地，所述围护结构上还安装有用于测量地下连续墙侧主动土压力的压力测试装置，所述压力测试装置包括光纤测线、土压力传感器、数据采集处理系统、扁钢、无刚度防水膜、限位筋以及地墙钢筋笼，在所述保护对象相邻地下连续墙内靠近坑外土体侧，所述扁钢靠所述限位筋与所述地墙钢筋笼连接，在所述扁钢外侧布置所述光纤测线和土压力传感器，安装完成后覆所述无刚度防水膜，在地下连续墙开槽时和所述地墙钢筋笼一起放入土体；所述土压力传感器检测到的信号经所述光纤测线传递至所述数据采集处理系统。
较佳地，所述对撑体系中的每根对撑对应设置三个所述液压油缸，每个所述液压油缸设置在所述对撑与所述混凝土围檩接触的位置。
本发明还提供了一种如上所述的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统的施工方法，包括如下步骤：
施工所述第一对撑子结构所在区域首层土方及支撑；
施工所述第二对撑子结构和第一围檩子结构所在区域首层土方及支撑，并安置对应区域内的所述液压油缸；
施工所述第三对撑子结构和第二围檩子结构所在区域首层土方及支撑，并安装所述液压油缸，同步施工所述第一对撑子结构所在区域第二层土方及支撑；
施工所述第二对撑子结构所在区域和第一围檩子结构所在区域第二层土方及支撑，并安装所述液压油缸；
施工所述第三对撑子结构所在区域和第二围檩子结构所在区域第二层土方及支撑，并安装所述液压油缸，此时同步施工所述第一对撑子结构所在区域第三层土方及支撑；
循环上述步骤，直至全部土方及支撑施工完成。
较佳地，所述对撑体系的加载方法包括：
加载第二对撑子结构和第一围檩子结构对应区域的所述液压油缸；
加载其中一个保护对象侧的所述第三对撑子结构和第二围檩子结构对应区域的所述液压油缸；
加载另一个保护对象侧的第三对撑子结构和第二围檩子结构对应区域的所述液压油缸；
当子结构混凝土施工完成后进行混凝土实体强度测试，令实体强度等级分别为K1、K2、……Kp，液压油缸力分别为H1、H2、……Hn，当所述对撑体系和混凝土围檩的混凝土强度达到Ki时施加液压油缸力至预加载力Hq，其中，i在1~p之间，q在1~n之间。
较佳地，当混凝土强度达到Kj时施加液压油缸力至锁定值Hg，其中，j在1~p之间，g在1~n之间。
较佳地，所述锁定值=γ×p k ×L/n，其中，γ为系数，p k 为主动土压力围压值，L为地墙长度，n为液压油缸数量。
较佳地，所述主动土压力围压值p k 的计算方法包括：
根据压力测试装置测得的土体围压实测值，形成拟合的回归曲面方程F(x n , y n ,x n-1, y n-1,……, x, y)，x为地墙长度，y为地墙深度；第r道支撑对应的最大围压为积分值；区域Dr为第r道支撑形成后开挖到第r+1道支撑位置，还未形成第r+1道支撑时对应的区域。
与现有技术相比，本发明提供的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法具有如下优点：
1、本发明通过设置对撑体系的第一、第二、第三对撑子结构，在不增加分期墙的前提下，将大坑变小坑分区实施，快速形成对撑，减少紧邻保护对象的基坑长度，降低其长边效应，减少基坑的流变变形；
2、本发明通过先形成对撑并完成伺服加载，即可施工对撑区域下层土方和支撑，加快施工速度，减少了土体暴露的时间；
3、本发明还提供了伺服力分批加载方法，确定了伺服力锁定值计算方法，保证了基坑施工的稳定性和安全性。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式中两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统的结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式中两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统的分块施工示意图；
图3为本发明一具体实施方式中交界节点的结构示意图；
图4为本发明一具体实施方式中连接接头的拆分结构示意图；
图5为本发明一具体实施方式中压力测试装置的结构示意图；
图6为本发明一具体实施方式中压力测试装置的剖面示意图；
图7为本发明一具体实施方式中地墙侧主动土压力计算模型示意图。
图中：01-第一保护对象、02-第二保护对象、10-围护结构、20-对撑体系、21-第一对撑子结构、22-第二对撑子结构、23-第三对撑子结构、30-混凝土围檩、31-第一围檩子结构、32-第二围檩子结构、40-液压油缸、50-交界节点、51-纵筋、52-连接接头、53-先施工子结构、54-后施工子结构、61-卯口、62-榫头、63-第一连接件、64-第二连接件、70-压力测试装置、71-光纤测线、72-土压力传感器、73-数据采集处理系统、74-扁钢、75-无刚度防水膜、76-限位筋、77-地墙钢筋笼。
具体实施方式
为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统，如图1和图2所示，包括围护结构10、对撑体系20、混凝土围檩30以及液压油缸40，通过在对撑体系20周边的混凝土围檩30上安装液压油缸40，对外围的围护结构10进行主动支撑，避免基坑变形。
具体地，所述对撑体系20包括分批依次实施的第一对撑子结构21、第二对撑子结构22以及第三对撑子结构23，所述第一对撑子结构21位于基坑中间部位，所述第二对撑子结构22位于所述第一对撑子结构21与所述围护结构10之间，此时为十字支撑，所述第三对撑子结构23位于所述第二对撑子结构22与所述围护结构10之间，三种对撑子结构分三批按顺序实施，可以在不增加分期墙的前提下，将大坑变小坑分区实施，快速形成对撑，减少紧邻保护对象的基坑长度，降低其长边效应，减少基坑的流变变形。
所述第二对撑子结构22和第三对撑子结构23靠近保护对象（包括第一保护对象01和第二保护对象02）的一侧的所述混凝土围檩30与所述围护结构10之间设有所述液压油缸40，利用液压油缸40进行轴力补偿。
所述混凝土围檩30包括与所述第二对撑子结构22的位置对应的第一围檩子结构31和与所述第三对撑子结构23的位置对应的第二围檩子结构32，实现先后施工的对撑子结构的轴力的传递。
与其中一个所述保护对象（图1中的第二保护对象02）平行的第二对撑子结构22与第三对撑子结构23之间，以及第一围檩子结构31与第二围檩子结构32之间分别设有交界节点50。本发明通过先形成对撑并完成伺服加载，即可施工对撑区域下层土方和支撑，加快施工速度，减少了土体暴露的时间，从而达到控制基坑变形的效果。
在一些实施例中，请重点参考图3，所述交界节点50包括纵筋51、连接接头52、先施工子结构53以及后施工子结构54，所述先施工子结构53的两端埋设所述连接接头52，两端的所述连接接头52分别与所述先施工子结构53和后施工子结构54的所述纵筋焊接，使混凝土围檩30只传递轴向压力，不传递弯矩，防止因分批加载造成的支撑体系开裂破坏。
在一些实施例中，请重点参考图4，所述连接接头52包括卯口61、榫头62、第一连接件63和第二连接件64，所述卯口61固定于所述第一连接件63上，所述第一连接件63与所述先施工子结构53/后施工子结构54连接；所述榫头62固定于所述第二连接件64上，所述第二连接件64与所述后施工子结构54/先施工子结构53连接；所述卯口61与所述榫头62匹配。安装时，首先将第一连接件63与先施工围檩的纵筋51焊接，再将卯口61与第一连接件63焊接或高强螺栓连接，然后将榫头62插入卯口61中，当施工精度无法保障时，将榫头62拆分为上下两部分，分别嵌入卯口61中，接着将榫头62与第二连接件64焊接或高强螺栓连接，最后将第二连接件64与后施工围檩的纵筋51焊接，从而实现先、后施工围檩的有效传力。
在一些实施例中，请重点参考图5和图6，所述围护结构10上还安装有用于测量地下连续墙侧主动土压力的压力测试装置70，所述压力测试装置70包括光纤测线71、土压力传感器72、数据采集处理系统73、扁钢74、无刚度防水膜75、限位筋76以及地墙钢筋笼77，在所述保护对象相邻地下连续墙内靠近坑外土体侧，所述扁钢74靠所述限位筋76与所述地墙钢筋笼77连接，在所述扁钢74外侧布置所述光纤测线71和土压力传感器72，安装完成后覆所述无刚度防水膜75，在地下连续墙开槽时和所述地墙钢筋笼77一起放入土体；所述土压力传感器72检测到的信号经所述光纤测线71传递至所述数据采集处理系统73，从而实现地下连续墙侧主动土压力测试。
在一些实施例中，请重点参考图1和图2，所述对撑体系20中的每根对撑对应设置三个所述液压油缸40，每个所述液压油缸40设置在所述对撑与所述混凝土围檩30接触的位置，提高对撑的稳定性。
请重点参考图2，本发明还提供了一种如上所述的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统的施工方法，包括如下步骤：
施工所述第一对撑子结构21所在区域首层土方及支撑；
施工所述第二对撑子结构22和第一围檩子结构31所在区域首层土方及支撑，并安置对应区域内的所述液压油缸40；
施工所述第三对撑子结构23和第二围檩子结构32所在区域首层土方及支撑，并安装所述液压油缸40，同步施工所述第一对撑子结构21所在区域第二层土方及支撑；
施工所述第二对撑子结构22所在区域和第一围檩子结构31所在区域第二层土方及支撑，并安装所述液压油缸40；
施工所述第三对撑子结构23所在区域和第二围檩子结构32所在区域第二层土方及支撑，并安装所述液压油缸40，此时同步施工所述第一对撑子结构21所在区域第三层土方及支撑；
循环上述步骤，直至全部土方及支撑施工完成。
本发明先形成对撑并完成伺服加载，即可施工对撑区域下层土方和支撑，加快施工速度，减少了土体暴露的时间，从而控制两侧紧邻保护对象的基坑变形。
在一些实施例中，所述对撑体系的加载方法包括：
加载第二对撑子结构22和第一围檩子结构31对应区域的所述液压油缸40；
加载其中一个保护对象（如第一保护对象01）侧的所述第三对撑子结构23和第二围檩子结构32对应区域的所述液压油缸40；
加载另一个保护对象（如第二保护对象02）侧的第三对撑子结构23和第二围檩子结构32对应区域的所述液压油缸40；
当子结构混凝土施工完成后进行混凝土实体强度测试，令实体强度等级分别为K1、K2、……Kp，液压油缸力分别为H1、H2、……Hn，当所述对撑体系20和混凝土围檩30的混凝土强度达到Ki时施加液压油缸力至预加载力Hq，其中，i在1~p之间，q在1~n之间。例如，令实体强度等级分别K1、K2、……K7，对应的抗压强度分别为10.0MPa、13.4MPa、16.7MPa、20.1MPa、23.4MPa、26.8MPa、29.6MPa，液压油缸力H1、H2、……H7分别为50t、100t、150t、200t、250t、300t、350t，当对撑体系20和混凝土围檩30混凝土强度达到13.4MPa时施加液压油缸力至预加载力50t。本发明采用上述伺服力预加载方法，可以补偿混凝土由于温度和收缩引起的变形，从而达到控制基坑早期变形的效果。
在一些实施例中，当混凝土强度达到Kj（如16.7MPa）时施加液压油缸力至锁定值Hg，其中，j在1~p之间，g在1~n之间。本发明采用上述伺服力分批加载方法，可以缩短基坑土体暴露的时间，从而达到控制基坑变形的效果。
在一些实施例中，所述锁定值=γ×p k ×L/n，其中，γ为系数，p k 为主动土压力围压值，L为地墙长度，n为液压油缸数量。当液压油缸力小于支撑轴力时，相当于液压油缸力不足以抵抗支撑轴力；当液压油缸力等于支撑轴力时，相当于液压油缸力对支撑主动控制的贡献为0；因此若发挥液压油缸40的主动控制作用，液压油缸力必须大于支撑轴力，重要内容在于确定γ值。γ值不小于1.2，随着地墙变形的增加，液压油缸力适当增加，油缸报警值为1.1γ倍的支撑轴力标准值。本发明能够确定伺服力分批加载方法和伺服力锁定值计算方法，保证基坑施工的稳定性和安全性。
在一些实施例中，所述主动土压力围压值p k 的计算方法包括：
根据压力测试装置70测得的土体围压实测值，形成拟合的回归曲面方程F(x n , y n ,x n-1, y n-1,……, x, y)，x为地墙长度，y为地墙深度；第r道支撑对应的最大围压为积分值；区域Dr为第r道支撑形成后开挖到第r+1道支撑位置，还未形成第r+1道支撑时对应的区域，例如，设地墙总长度为L，地墙深度为H，第三道支撑深度为H1，第四道支撑深度为H2，第五道支撑深度为H3，那么D4区域在y方向为，x方向为0~L，/>，如图7所示。
综上所述，本发明提供的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统及其施工方法，该系统包括围护结构10、对撑体系20、混凝土围檩30以及液压油缸40，所述对撑体系20包括分批依次实施的第一对撑子结构21、第二对撑子结构22以及第三对撑子结构23，所述第一对撑子结构21位于基坑中间部位，所述第二对撑子结构22位于所述第一对撑子结构21与所述围护结构10之间，所述第三对撑子结构23位于所述第二对撑子结构22与所述围护结构10之间；所述第二对撑子结构22和第三对撑子结构23靠近保护对象的一侧的所述混凝土围檩30与所述围护结构10之间设有所述液压油缸40；所述混凝土围檩30包括与所述第二对撑子结构22的位置对应的第一围檩子结构31和与所述第三对撑子结构23的位置对应的第二围檩子结构32；与其中一个所述保护对象平行的第二对撑子结构22与第三对撑子结构23之间，以及第一围檩子结构31与第二围檩子结构32之间分别设有交界节点50。本发明通过设置对撑体系20的第一、第二、第三对撑子结构21、22、23，在不增加分期墙的前提下，将大坑变小坑分区实施，快速形成对撑，减少紧邻保护对象的基坑长度，降低其长边效应，减少基坑的流变变形；通过先形成对撑并完成伺服加载，即可施工对撑区域下层土方和支撑，加快施工速度，减少了土体暴露的时间，从而达到控制基坑变形的效果。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统，其特征在于，包括围护结构、对撑体系、混凝土围檩以及液压油缸，
所述对撑体系包括分批依次实施的第一对撑子结构、第二对撑子结构以及第三对撑子结构，所述第一对撑子结构位于基坑中间部位，所述第二对撑子结构位于所述第一对撑子结构与所述围护结构之间，所述第三对撑子结构位于所述第二对撑子结构与所述围护结构之间；
所述第二对撑子结构和第三对撑子结构靠近保护对象的一侧的所述混凝土围檩与所述围护结构之间设有所述液压油缸；
所述混凝土围檩包括与所述第二对撑子结构的位置对应的第一围檩子结构和与所述第三对撑子结构的位置对应的第二围檩子结构；
与其中一个所述保护对象平行的第二对撑子结构与第三对撑子结构之间，以及第一围檩子结构与第二围檩子结构之间分别设有交界节点。
2.如权利要求1所述的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统，其特征在于，所述交界节点包括纵筋、连接接头、先施工子结构以及后施工子结构，所述先施工子结构的两端埋设所述连接接头，两端的所述连接接头分别与所述先施工子结构和后施工子结构的所述纵筋焊接。
3.如权利要求2所述的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统，其特征在于，所述连接接头包括卯口、榫头、第一连接件和第二连接件，所述卯口固定于所述第一连接件上，所述第一连接件与所述先施工子结构/后施工子结构连接；所述榫头固定于所述第二连接件上，所述第二连接件与所述后施工子结构/先施工子结构连接；所述卯口与所述榫头匹配。
4.如权利要求1所述的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统，其特征在于，所述围护结构上还安装有用于测量地下连续墙侧主动土压力的压力测试装置，所述压力测试装置包括光纤测线、土压力传感器、数据采集处理系统、扁钢、无刚度防水膜、限位筋以及地墙钢筋笼，在所述保护对象相邻地下连续墙内靠近坑外土体侧，所述扁钢靠所述限位筋与所述地墙钢筋笼连接，在所述扁钢外侧布置所述光纤测线和土压力传感器，安装完成后覆所述无刚度防水膜，在地下连续墙开槽时和所述地墙钢筋笼一起放入土体；所述土压力传感器检测到的信号经所述光纤测线传递至所述数据采集处理系统。
5.如权利要求1所述的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统，其特征在于，所述对撑体系中的每根对撑对应设置三个所述液压油缸，每个所述液压油缸设置在所述对撑与所述混凝土围檩接触的位置。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的两侧紧邻保护对象的基坑支撑伺服系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
施工所述第一对撑子结构所在区域首层土方及支撑；
施工所述第二对撑子结构和第一围檩子结构所在区域首层土方及支撑，并安置对应区域内的所述液压油缸；
施工所述第三对撑子结构和第二围檩子结构所在区域首层土方及支撑，并安装所述液压油缸，同步施工所述第一对撑子结构所在区域第二层土方及支撑；
施工所述第二对撑子结构所在区域和第一围檩子结构所在区域第二层土方及支撑，并安装所述液压油缸；
施工所述第三对撑子结构所在区域和第二围檩子结构所在区域第二层土方及支撑，并安装所述液压油缸，此时同步施工所述第一对撑子结构所在区域第三层土方及支撑；
循环上述步骤，直至全部土方及支撑施工完成。
7.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述对撑体系的加载方法包括：
加载第二对撑子结构和第一围檩子结构对应区域的所述液压油缸；
加载其中一个保护对象侧的所述第三对撑子结构和第二围檩子结构对应区域的所述液压油缸；
加载另一个保护对象侧的第三对撑子结构和第二围檩子结构对应区域的所述液压油缸；
当子结构混凝土施工完成后进行混凝土实体强度测试，令实体强度等级分别为K1、K2、……Kp，液压油缸力分别为H1、H2、……Hn，当所述对撑体系和混凝土围檩的混凝土强度达到Ki时施加液压油缸力至预加载力Hq，其中，i在1~p之间，q在1~n之间。
8.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于，当混凝土强度达到Kj时施加液压油缸力至锁定值Hg，其中，j在1~p之间，g在1~n之间。
9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述锁定值=γ×p k ×L/n，其中，γ为系数，p k 为主动土压力围压值，L为地墙长度，n为液压油缸数量。
10.如权利要求9所述的施工方法，其特征在于，所述主动土压力围压值p k 的计算方法包括：
根据压力测试装置测得的土体围压实测值，形成拟合的回归曲面方程
F(x n , y n , x n-1, y n-1,……, x, y)，x为地墙长度，y为地墙深度；第r道支撑对应的最大围压为积分值；区域Dr为第r道支撑形成后开挖到第r+1道支撑位置，还未形成第r+1道支撑时对应的区域。
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