[实用新型]分区卸荷控制深大基坑变形的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及深大基坑施工领域，尤其涉及一种分区卸荷控制深大基坑变形的系统。 

背景技术

随着上海城市建设的快速发展，市中心土地资源的紧张、交通的拥挤、人口密度的过高等因素制约了城市的可持续发展。而大力开发利用地下空间则是建设节约型城市，走可持续发展道路的一个重要方面。在大力开发城市地下空间的同时又遇到了大量的深大基坑工程。这些位于城市中心的深大基坑四周密布各类地下管线，邻近各类建筑及地铁隧道等设施。由于城市中心深大基坑施工场地狭小、施工工期紧、基坑开挖深（深度一般为15~25m），基坑开挖面积大，施工条件复杂；加之工程所处的地层基本为饱和含水流塑或软塑粘土层，孔隙比及压缩性大、抗剪强度低、灵敏度高等特点。因此，深大基坑的卸荷将对其位移场、应力场产生较大的变化并对周边环境设施带来影响。 

请参阅图1，图1所示是基坑开挖卸载后的变形特征示意图。由图1可见，深基坑的卸荷导致基坑及周围土体的应力场、位移场发生变化，基坑及基坑周围土体地层移动的结果，直观地表现为：基坑内的土体隆起b1、围护结构的侧向变形b2以及坑周的地表沉降b3。 

而在软土地区的城市中开挖深基坑，除了满足深基坑本身的强度和安全稳定外，更主要的是控制深基坑开挖所带来的变形以及产生的坑外地层沉降，以 满足周边环境的保护要求。 

坑周的地表沉降及影响范围除了与工程所处的土层特性有关外，在基坑不发生大面积的渗漏水、漏泥、流砂的情况下，则其主要影响因素是围护结构的侧向位移和坑内的土体隆起。而坑内的土体隆起又主要与基坑的宽度、开挖面积和开挖深度大小有关。坑内土体的隆起主要由：卸荷后的土体回弹和卸荷后坑外土体向坑内滑移而产生坑底土体的向上隆起这两部分组成。 

《基坑工程手册》（刘建航,侯学渊,中国建筑工业出版社,1997.4:10-16）及实测数据表明窄条基坑的坑周地表沉降与围护结构侧向变形的相关性较强。窄条基坑受两侧围护结构遮挡作用，围护结构底以下的深层土体滑移影响较小。其坑内隆起主要为基坑卸荷的土体回弹和被动区的挤压隆起。因此，窄条基坑坑外地表沉降范围一般为1.5~2.0倍开挖深度，在基坑围护结构不渗漏的情况下，地表沉降最大值δvs为围护结构最大侧向变形δhs的0.7倍左右，即δvs=0.7δhs。 

对于深大基坑而言，由于基坑宽大、开挖深、一次性卸荷量大、工期长，基坑变形除了产生图2所示的I区朗金被动状态区和II区朗金主动状态区的变形影响外，还会产生III区、IV区的深层土体滑移变形影响。同时，坑底土体存在强回弹区（V区），其影响深度范围为坑底以下0.3倍开挖深度。V区产生的坑底土体回弹量为总卸荷回弹量的70%。 

另通过室内K₀试验、数值分析和工程实测得出上海软土地区深基坑卸荷其坑底以下的影响深度范围为开挖深度的2.5倍。当深大基坑宽度达到5倍开挖深度时，在围护结构底部至坑底以下2.5倍开挖深度范围内，存在深层土体滑移带。从而引起坑外地表沉降增大，并且地表沉降影响范围也扩大至3.5倍开挖深度以上。地表沉降最大值是围护结构侧向变形的1~2倍。与窄条深基坑相比，深大基坑卸荷引起的坑内土体隆起和坑周地表沉降影响越来越大。 

从前述的软土深大基坑变形机理及特征分析可知，控制深大基坑坑外地表 沉降变形，主要是控制围护结构的侧向变形和坑内的土体隆起。针对围护结构的侧向变形，可以通过围护结构的刚度、插入深度和支撑的道数及刚度的加强等措施来控制其侧向变形。但因基坑开挖深、面积大、一次性卸荷量多而产生深层土体滑移变形和坑底土体回弹而带来的地层沉降，则难以有效控制。 

针对周边环境的保护要求，《基坑工程手册》（刘建航,侯学渊,中国建筑工业出版社，1997.4:10-16）根据周边建筑、设施、管线以及地铁隧道等在不同沉降差下的影响和变形控制要求，提出了基坑变形控制的保护等级标准。但由于一些深大基坑毗邻重要保护建筑和紧邻地铁隧道，基坑开挖过深、距离保护对象过近，而保护对象允许的变形又极其严格。因此，如何控制基坑变形，保护地铁隧道运营的安全和保护性建筑物的完好，已成为深基坑工程中迫切需要研究和解决的难题。 

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