[发明专利]基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工

说明书

本发明属于岩土工程中的地基基础工程，是基坑开挖的支护结构与施工。

在建筑工程中，基坑开挖支护直接影响到整个工程的经济效益、社会效益和环境效益。当前，国内外基坑开挖支护结构普遍采用桩、墙、锚、喷等技术和重力式挡土结构、Z字型挡土结构，这些基坑支护结构都不同程度地存在着下列弊病：

1、支护结构形式不合理，结构受力不科学，不能充分有效地发挥混凝土材料的抗压强度和围岩土体的强度，造成十分严重的浪费。桩、墙支护结构均属悬臂式支护结构体系，在水平力作用下支护结构便产生内力集中局部弯矩过大，截面钢筋受拉达到设计抗拉强度而混凝土抗压强度仅被利用18-28%，造成72-82%混凝土强度的浪费;同时，悬臂式支护结构为了达到工程支护挡土的保证基坑稳定，就必须满足一倍基坑深的嵌固长度，从而造成工程投资的增加。对重力式挡土结构、Z字型挡土结构（中国专利申请号：92110427.8“闭合拱圈挡土结构及其施工方法”）在水平土压力作用下，垂直挡土面产生梁的结构效应，在梁跨中产生最大弯矩，此时，梁跨钢筋达到设计抗拉强度，而整个结构却仅能利用混凝土抗压强度的18-28%，即是说有72-82%的混凝土强度被浪费。另一方面，梁的变形使结构偏离围岩土体，造成整个结构不能利用围岩土体弹性抗力对支护结构的约束作用，因而不能改善支护结构内力工作状态，造成对结构材料和围岩土体的浪费。

2、施工环境污染。在地下水位较高的地层中，施工桩和墙之前，必须对基坑采取降水措施，降水力坡度直接影响周围临近建筑物的安全，甚至导致建筑物的不均匀沉降和倾斜。同时桩、墙施工时护壁泥浆的排放、处理直接影响施工场地和周围环境。锚杆施工后遗留下的后患都不同程度地污染了环境，给今后新建工程的施工造成困难。

3、工程造价高，施工速度慢。在成孔成槽较困难的地层中，施工桩、墙结构必须采用护壁或降水等辅助施工措施;同时，桩、墙、锚、喷结构施工采用了机械设备，造成工程成本增大，工期延长。

本发明的目的是提供一种科学、合理的基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工，其支护结构受力工作能充分利用结构材料的强度和围岩土体的强度，具有结构受力合理、工期短、造价低、安全可靠等特点，适合各种基坑开挖支护。

本发明的基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工，其特征是：支护结构的平面为光滑连续闭合对称非凹曲线结构，结构挡土面为双曲面，在挡土面结构的顶部和底部各设一道闭合圈梁。

本发明的基坑开挖闭合双曲面支护结构，当基坑开挖深在15米以上时，在挡土面结构中部增设2-3道闭合圈梁。

所述的双曲面挡土结构的侧拱矢高比范围在0.1-0.18，结构厚度在0.3-0.5米。

本发明的基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工，首先在“三通一平”的场地上测设出支护结构的平面位置，找出坐标控制点，定出顶梁位置，然后施工顶梁;在顶梁强度达到70%后，就可分段、分节、对称、跳槽开挖，每段开挖长5-6米，向下开挖每节高2-3米，在开挖、灌注混凝土后，即时支护;在混凝土强度达到70%后，才可跳槽开挖相邻段，施工至底部圈梁完全闭合，混凝土达到设计强度后，才可全面逐层开挖基坑，直至设计基底标高。

本发明的基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工，在基坑开挖过程中，首先土压力作用于双曲面挡土结构，使结构产生内力和变形，结构变形受到围岩土体弹性抗力约束，从而改变结构内力工作状态，使结构内力以轴力为主，沿轴线均匀分布，这时便充分地利用了挡土结构混凝土的抗压强度和围岩土体强度;另一方面，土压力作用于双曲面挡土结构时，支护结构的顶梁和底梁受到均匀的水平作用力，对连续光滑对称闭合非凹曲线结构，在均匀水平外力作用下，其结构内力以轴力为主，沿轴线均匀分布，使结构内力保持自身平衡状态，因此，又充分发挥了圈梁混凝土的抗压强度。

本发明的基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工，其经济价值在于能降低工程造价30-40%（与桩、墙挡土支护结构相比），缩短工程周期20-30%，加快施工进度;学术价值在于科学化了支护结构形式、改变了结构受力工作状态，充分挖掘了混凝土的强度和围岩土体的强度;社会价值在于开拓了剩余的劳动力市场;环保价值在于对工程周围的环境无任何污染和干扰。

本发明的基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工适用于任何基坑开挖支护。

以下结合附图及实施例对本发明的基坑开挖闭合双曲面支护结构及施工做进一步描述。

图1为基坑开挖闭合双曲面支护结构的平面图

图2为基坑开挖闭合双曲面支护结构的剖面图

图3为基坑开挖闭合双曲面支护结构的施工步骤图