深基坑围护结构变形控制

深基坑围护结构变形分析及控制方法一、基坑围护变形控制的重要性二、钢支撑的发展、问题及改进1、事故案例分析引发的支撑体系思考2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题3、改进及专利技术三、基坑围护的发展、问题及改进1、地连墙使用过程问题的调查2、改进及专利技术四、软土地层地下承压水的思考1、事故案例分析2、上海地下承压水的变化及问题调查3、改进及专利技术五、三层次引导方法的探讨六、BIM+专业技术-建科咨询发展方向结束语

随着我国城市化地下空间的发展，城市建设各种基坑形式越来越多，深度也越来越大，基坑施工对周边环境的影响也是越来越大，基坑施工由于挖土破坏了土压的平衡，围护结构必然产生变形，变形导致周边地面的沉降，沉降值越大，对周边环境影响也越大，经济损失越大，严重的甚至导致基坑坍塌和人员伤亡安全事故。以上为某区域因为基坑的开挖，引起的周边建筑物的倒塌及开裂情况。科学合理的增加是必要的，基坑施工的费用增大了，风险并没有实质减少。因此，基坑开挖过程中如何动态控制“平衡”是工程安全的前提保障。在控制好“平衡”的前提基础上，减少围护结构的变形，从而减少基础施工对周边环境的影响是追求的目标。

钢支撑支护在上世纪40年代便在国内采用，目前使用普遍，但是看似简单的受力结构，却在施工过程中存在多种问题，如：活络头受力不佳、预加轴力损失过大、端头受力不均和钢支撑轴线方向受力偏差等问题，这些问题的存在也给基坑施工埋下了隐患。SMW工法桩围护结构，第三道支撑面出现漏水、涌砂，引起基坑隆起，围护结构失稳。地下连续墙围护结构，第四道支撑面出现漏水、涌砂，钢围檩变形，造成围护结构失稳。3个极限受力：

1）钢管极限受力：一般8000千牛以上

2）活络头极限受力：一般4000千牛以上

3）楔子极限受力：不确定（没有标准）满足设计要求一般3000千牛以上。※楔子的不确定性是杆件支撑的关键！2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题钢支撑整体压缩变形：理论标准：杆件长度20m，受压3000千牛以上，压缩变形3~4mm。统计压缩变形20~30mm，增大8~10倍。※是什么原因产生如此大的偏差呢？2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题钢围檩拼装问题1）钢围檩未设置在同一平面及直线上2）围檩的连接不可靠2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题3）钢支撑安装后连接位置变形明显钢围檩拼装问题2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题楔子未穿过轴心楔子打入深度太短，有效接触面积太小2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题活络头脖子太长，水平方向存在偏心现象楔子安装不正确未穿过轴心，造成轴心与挡板不垂直活络头受力中心线与钢支撑受力中心线不同心活络端顶板与钢围檩线接触，不是面接触活络头受力中心与围檩接触面不垂直，产生分力

活络头受力中心作用点未作用在围檩的侧面中间，2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题数据线容易护筒被切断轴力加大时因法兰变形，导致轴力计护筒肋板与法兰连接处开裂造成支撑读数不稳、失真轴力计轴线与钢支撑轴线很难在同一轴线上两对接钢围檩不在同一平面上，轴力计和钢围檩只有部分接触2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题通过现场调研，发现在钢围檩安装时，安装效率不高，且安装质量不易控制。改进思路：1）保证连接可靠，且在同一平面及水平线位置；2）便于现场人员施工。钢围檩拼装改进改进方法一改进方法二3、改进钢围檩安装质量改进实践连接螺栓3、改进钢围三檩改三进对三比分三析连接方式工时（相邻两幅连接）效果分析传统焊接>1h施工质量受施工操作人员水平影响，焊接位置是薄弱点，易出现不在同一面上、不在同一水平线上、焊接位置变形等问题。改进连接0.5h左右操作方便，连接质量可靠，安装偏差较小，钢围檩整体性较好。连接处外观较传统方式有改善。3、改三进B类楔三子A1类楔三子A2类楔三子C类楔三子配套规格：A类楔子（平行垫块分三种规格）

B类楔子（倒梯型垫块）

C类楔子（正梯型垫块）3、改三进专利三一：三钢支三撑的三楔子专利三号：ZL三20三11三20三19三91三50三.1钢楔三子改三进后三：钢三支撑三轴力三损失三改进

参数楔子形式第一次施加

（30MP)第二次施加(42MP)第三次施加(60MP)千斤顶拆除后轴力损失（第三次施加-千斤顶拆除后）千斤顶拆除后活络头长度传统楔子400KN456KN507KN283KN224KN182.9mm386KN462KN523KN325KN198KN182.5cm新型楔子598KN684KN705KN646KN59KN183.6mm574KN672KN725KN684KN41KN183.7mm轴力三施加三对比三表清江三路口三站通三过对三传统三楔子三与新三型楔三子的三试验三对比三，结三果显三示新三型楔三子在三轴力三损失三、变三形控三制及三安装三速度三上均三有很三大优三势。3、改三进钢支三撑轴三力计三安装三改进三一：在钢三支撑三轴力三计安三装方三面，三目前三普遍三存在三安装三偏心三的问三题，三这对三钢支三撑的三受力三及轴三力的三损失三都是三不利三的，三花照三壁站三采用三加工三好的三圆形三钢板三，利三用重三力寻三找其三中心三，在三控制三偏心三上有三一定三优势三，且三现场三安装三便捷三，便三于施三工人三员操三作。轴力三计安三装上三，焊三接板三规格三不统三一，三且需三要多三人操三作，三较难三控制三使其三安装三在轴三心。建议三使用三的轴三力计三安装三方法三，在三效率三及效三果上三，有三明显三优势改进3、改三进3、改三进专利三二：三带有三轴力三计的三钢支三撑构三件专利三号：ZL三20三11三20三19三91三49三.9关于三基坑三开挖三过程三中六三个变三形量三的发三现与三分析3、改三进序号深基坑变形因素变形值（mm）主要原因分析解决途径1钢支撑法兰压缩变形2-61、法兰接头安装间隙，受压力作用下压实产生的变形量。1、控制法兰接头数量（第三、四道支撑法兰接头不应多于3个）；2、确保螺栓连接质量。钢支撑挠度变形2-41、钢支撑跨度过大引起的变形量。1、支撑跨度不大于，如大于中间要设立柱。楔子压缩变形4-101、楔子受力面积过小、受力集中，产生偏心，应力改变；2、轴力未通轴心而产生的偏心受力现象。1、制定锲子加工标准，使受压面积大于2。2地墙和端头板的平整度产生的间隙10-201、地墙面未找平，受压产生的变形量。1、钢支撑端板和地墙面应平整。3地墙的弹性叠加变形20-401、时空效应、产生变形；2、地墙渗漏水；3、上道钢支撑轴力偏小，产生叠加弹性变形；4、开挖面地层土质强度低。1、开挖时间和空间的控制；2、上道支撑质量控制；3、基坑降水控制。4初撑力和楔子插入后的回弹变形10-201、油泵压力一般能满足设计要求，但楔子插入后，初撑力损失较大，常常是没有初撑力；2、受力不合理，受力是点或线受力。1、制定楔子控制要求；2、改楔子的内撑形式为外夹、外压形式。5端头支撑加轴力计的杆件变形1、轴力计的受压面积小，端头板强度不够产生的变形；2、轴力计安装倾斜产生的问题；3、轴力计轴线与钢支撑轴线很难在一条轴线上；4、轴力计轴心与挡板不垂直。1、改进轴力计安放的位置；2、带有应力补偿功能和支撑围护结构变形小的原因分析。基坑三及支三撑主三要变三形量三的分三析及三解决三途径我们三说：三钢支三撑是三先受三力后三变形三，是三主动三控制三方式三；砼支三撑是三先变三形后三受力三，是三被动三控制三方式三；应该三说钢三支撑三是较三为科三学的三。那么三为什三么我三们更三放心三砼支三撑呢三？前面三分析三以上三钢支三撑的三围檩三、楔三子、三轴力三计三三个方三面的三改进三能够三说明三以上三原因三。3、改三进（1）基三坑开三挖过三程，三围护三结构三的整三体变三形量三，按三上述6个方三面进三行分三类，三将以三往的三定性三分析三，转三化成6个方三面的三定量三控制三。（2）在三几个三关键三变形三量方三面，三通过三创新三改进三的专三利技三术应三用，三在不三增加三成本三的条三件下三，减三少钢三支撑三杆件三的整三体压三缩变三形量三。（3）钢三围檩三的改三进，三不仅三使安三装质三量得三到有三效控三制，三同时三节省三了安三装、三拆除三时间三，减三少了三开挖三面的三暴露三时间三。（4）楔三子和三轴力三计安三装的三改进三，方三便施三工、三便于三管理三、轴三力损三失小三，又三减少三了下三道支三撑的三叠加三变形三量。三同时三，支三撑杆三件上三的轴三力损三失率三降低三。上三道支三撑轴三力有三保障三，围三护结三构的三叠加三变形三量也三减少三了，三从而三减少三了围三护结三构的三总变三形量三。小结三：3、改三进城市三地铁三基坑三工程三由于三开挖三深度三与放三坡条三件的三限制三，深三基坑三工艺三基本三走向三垂直三开挖三，垂三直开三挖挡三土平三衡的三支护三分挡三土结三构和三支撑三结构三两个三部分三。软三土地三基的三基坑三围护三工程三是由三挡土三墙设三计的三强度三和内三支撑三结构三两方三面来三加强三围护三体系三的整三体刚三度，三进而三控制三基坑三开挖三后挡三土墙三体水三平位三移和三周边三的沉三降情三况。地下三连续三墙围三护技三术的三发展（1）单三一的三围护三止水三作用三阶段三。普遍三采用三的复三合墙三围护三体系三就是三一种三单一三的止三水围三护体三系。（2）叠三合墙三围护三结构三阶段三即三“两三墙合三一”三阶段三。叠合三墙体三系是三指围三护结三构与三内衬三主体三结构三之间三有钢三筋接三驳器三连接三，叠三合后三两者三视为三整体三墙，三形成三“两三墙合三一”三的整三体结三构，三在结三构的三合理三方面三是一三种技三术进三步。（3）连三续地三墙的三未来三发展三思路从根三本上三解决三地下三连续三墙的三“两三墙合三一”三的技三术问三题对三保证三工程三的质三量至三关重三要。地连三墙结三构形三式对三比表地下三连续三墙施三工渗三漏水三风险三及控三制围护三地墙三接缝三渗水三控制三是确三保围三护结三构整三体稳三定的三重要三环节三，很三多风三险是三由于三局部三失衡三，引三起整三体失三稳，三按临三界点三平衡三推理三是由三于帷三幕的三止水三强度三下降三、干三扰强三度的三增大三，影三响了三整体三的稳三定。三因此三，围三护结三构施三工，三控制三薄弱三点渗三漏水三是关三键！常见三问题三有如三下三三类：1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查由地三墙单三一围三护结三构到三地墙三围护三结构三和内三衬永三久结三构叠三合技三术的三发展三；“两墙三合一三”叠三合式三整体三结构三两个三关键三性技三术的三发展三：1）地三下连三续墙三施工三整体三结构三连接三技术三要求三：三在三水平三和垂三直荷三载作三用下三，要三求接三头整三体良三好，三刚度三好、三变形三小、三渗水三少。其主三要解三决的三技术三问题三是：三①地三墙施三工接三缝的三渗水三问题三；三②三地墙三钢筋三笼在三截面三上的三叠合三，确三保地三墙的三整体三抗侧三压力三的强三度。三垂直三接头三的技三术发三展——地墙三施工三中常三用的三几种三接头三形式三：1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查1)三接头三管接三头形三式（三如下三图）三：优点三：构三造简三单；三施工三方便三，工三艺成三熟；三刷壁三方便三，易三清除三干净三墙段三侧壁三泥浆三，有三利于三确保三接头三混凝三土质三量；三后施三工槽三段下三放钢三筋笼三方便三；造三价较三低。其缺三点：三属柔三性接三头，三接头三刚度三较差三，整三体性三较差三；抗三剪能三力较三差，三受力三后易三变形三；接三头呈三光滑三圆弧三面，三无拐三点，三抗渗三水性三能较三差，三较易三产生三接头三渗水三。1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查（2三）“三工”三字钢三+接三头管三接头三形式三（如三下图三）：优点三：增三加了三“工三”字三钢后三，接三头刚三度较三好，三受力三不易三变形三，接三头拐三点增三加，三抗渗三水性三能提三高。缺点三：接三头管三需和三“工三”字三钢配三套，三施工三较麻三烦，三对接三头管三和“三工”三字钢三的相三对位三置要三求较三高，三易出三现绕三流现三象。1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查（3三）接三头箱三接头三形式三（如三下图三）：优点三：整三体性三较好三，刚三度较三大；三抗弯三抗剪三性能三较好三，受三力后三变形三较小三，故三防渗三水效三果较三好。缺点三：接三头构三造较三复杂三，施三工工三序较三多，三施工三较麻三烦；三刷壁三清浆三较困三难，三较难三清除三干净三墙段三侧壁三泥浆三；钢三筋笼三上伸三出的三接头三钢筋三易碰三弯，三给刷三壁清三泥浆三和安三放后三一槽三段钢三筋笼三都带三来一三定困三难。1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查地墙三施工三的接三头形三式经三过不三断地三改进三，出三现的三接头三形式三约有三十多三种，三如十三字钢三板式三接头三、双三管式三接头三、隔三板式三接头三、滑三板式三接头三等。三地墙三接缝三的渗三水和三整体三刚度三逐步三提高三，但三由于三接头三的形三式只三是改三进性三的提三高，三地墙三接缝三的整三体连三接性三和渗三水的三质量三问题三主要三还是三取决三于作三业人三员的三施工三经验三、技三能水三平和三规范三的管三理，三从理三论上三讲，三地下三连续三墙整三体结三构连三接缝三的渗三水问三题没三有得三到根三本解三决。三（苏三州地三铁采三用的三方式三是在三两幅三地墙三迎土三面的三接缝三处增三加高三压旋三喷）2）地三下连三续墙三围护三结构三与永三久结三构的三整体三刚性三连接1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查(1三)预三埋连三接钢三筋法三如下三图优点三：构三造简三单；三施工三方便三。缺点三：直三径﹥三￠20三mm的钢三筋扳三到位三较困三难；三大直三径钢三筋须三用火三烘后三扳到三位，三会影三响钢三筋受三力性三能；三当钢三筋不三直，三角度三不准三时，三初始三受力三，应三力有三损失三；预三埋接三头钢三筋经三扳动三到位三时，三有时三会损三伤钢三筋根三部四三周混三凝土三。1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查(2三)预三埋连三接钢三板法三如下三图：优点三：受三力性三能好三；施三工方三便。缺点三：电三焊质三量要三求高三，技三术性三强；三现场三电焊三量大三，进三度不三快。1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查（3三）接三驳器三的技三术应三用的三发展三，由三于以三上两三种方三法在三实际三施工三中，三都存三在着三连接三质量三差和三施工三进度三慢的三问题三，所三以有三了接三驳器三的发三展，三如下三图：优点三：构三造简三单，三施工三方便三；采三用锥三螺纹三连接三接头三，施三工速三度较三快；三抗剪三抗弯三性能三均较三好，三牢固三可靠三。缺点三：螺三纹钢三筋连三接接三头的三准确三定位三、牢三固固三定和三拧紧三要求三均较三高，三实际三施工三连接三质量三较低三。1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查①地三墙接三缝渗三漏水②地三墙设三计增三加配三筋和三接驳三器产三生的三渗漏三水1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查③地三质条三件差三，施三工管三理方三面出三现的三质量三问题三。本组三图片反映4个问题三：1、夹三泥2、开三叉3、扰三流4、塌三孔1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查目前三“两三墙合三一”三存在三问题三，以三下为三实际三施工三中存三在的三问题三：1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查序号常见问题产生原因造成质量方面问题备注1接驳器定位高低不齐凭目测控制、无定位控制措施钢筋笼吊装入槽时接驳器封盖易被碰掉，造成接驳器丝牙锈蚀或被凿坏，导致接驳器与主体结构钢筋连接困难或无法连接

无规范标准控制2接驳器定位偏斜焊接产生变形、无定位控制措施接驳器与主体结构钢筋连接困难或无法连接

无规范标准控制3接驳器丝牙被凿坏接驳器高低不齐，凿地下墙保护层时难以控制接驳器与主体结构钢筋连接困难或无法连接设计一般增加余量4接驳器丝牙锈蚀下钢筋笼时接驳器封盖已碰掉和灌进了泥浆接驳器与主体结构钢筋连接困难或无法连接设计一般增加余量1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查原因三分析调查三结果三显示三，钢三筋接三驳器三出现三的定三位高三低不三齐、三偏斜三以及三丝牙三破坏三、丝三牙锈三蚀等三问题三较为三普遍三。由三于这三些问三题的三存在三，造三成接三驳器三和结三构主三筋无三法连三接、三拧不三到位三或连三接困三难等三状况三。三鉴于三以上三存在三问题三，为三保证三主体三结构三钢筋三与地三下墙三的可三靠连三接，三目前三设计三通常三采用三增加三接驳三器的三预留三量来三补救三，但三实际三施工三情况三与设三计期三望差三距往三往较三大。三因此三，研三究解三决地三下墙三接驳三器的三安装三定位三和保三护问三题十三分重三要。1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查图（1）中三接驳三器转三弯钢三筋和三迎土三面主三筋在三一个三层上三，存三在两三给问三题：1）迎三土层三面的三保护三层质三量难三以保三证，三后果三迎土三面主三筋锈三蚀。2）接三驳器三设计三数量三过密三，影三响砼三上翻三的质三量，三地墙三渗漏三。1）两三墙合三一叠三合式三接驳三器安三装质三量不三稳定三，导三致设三计思三想方三面的三保守三，如三单一三挡土三围护三结构三形式三增多三；2）技三术的三推广三力度三不够三。设三计人三员不三深入三现场三，不三了解三新技三术；三人才三的不三足，三导致三设计三方面三从简三化、三套用三化，三其后三果①三是材三料没三有得三到有三效的三利用三，②三是设三计保三守，三材料三的增三加加三大了三施工三难度三，工三程质三量难三以保三障（三以下三图片三说明三）1、地三连墙三使用三过程三问题三的调三查楼房三倒向三基坑三一侧三成“三凸”三形楼房三地层三已嵌三入地三下防汛三墙出三现裂三缝楼房三和土三体出三现相三对位三移1、事三故案三例分三析上海三上世三纪末三工业三用水三抽取三地下三水量三约1.三2亿立三方/年，三没有三回灌三；上海20三10年以三后，三抽取三地下三水量三约13三00万立三方/年，三回灌三量超三过30三00万立三方/年。三回灌三大于三抽取三，应三该说三地面三沉降三稳定三了，三但是三上海三近几三年地三面沉三降局三部有三增大三的趋三势。2、上三海地三区地三下水三变化三及问三题调三查（1）上三海地三下空三间开三发抽三降的三承压三水没三有纳三入统三计范三围，三没人三知道三上海三一年三实际三抽取三多少三地下三水，三粗略三估计三超过80三00万立三方/年。（2）上三海以三往深三基坑三降压三井的三封堵三，不三是在三原界三面，三而是三在地三下工三程的三结构三地板三，这三样一三来就三产生三了如三下几三个问三题：①结三构底三板承三压水三顶托三力的三问题②地三下水三质长三期污三染问三题③承三压水三缓慢三流失三，地三面缓三慢沉三降问三题（3）实三际抽三水量三远大三于合三理的三抽水三量2、上三海地三区地三下水三变化三及问三题调三查主要三原因三：发现三主要三问题三：（1）、三设计三仅从三施工三安全三要求三计算三承压三水顶三托力三的降三水水三位标三高要三求，三抽降三水的三合理三性、三降水三对周三边地三面的三沉降三影响三没有三要求（2）、三施工三降水三方案1）降三水井三设置三数量三普遍三偏多三，一三般是三需求三的两三倍。2）降三水井三的滤三网高三度，三一般三不考三虑降三水水三位的三关系3)降压三井用三完后三封井三不考三虑对三环境三的影三响。（3三）、三管理三方面1）三承压三水轴三水量三的统三计师三水量三部门三，施三工轴三降地三下承三压水三没有三纳入三水量三部门三管理三。2、上三海地三区地三下水三变化三及问三题调三查某工三程承三压井三的封三堵情三况及三问题承压三井内三已灌三注了三混凝三土，井内三依然三有渗三水井管三切割三至地三板下三（7～8）cm，井管三内留三有渗三水井口三焊封三钢板三，并三焊接三网钢三筋防渗三水泥三砂浆三封井三口图1图2图3图42、上三海地三区地三下水三变化三及问三题调三查某工三程承三压井三的封三堵情三况及三问题封井三存在三问题(1三)由于三封井三口的三界面三高于三原含三水层三的界三面，三承压三水将三从井三孔内三与井三管井三孔间三的空三隙透三过隔三水层三与地三表潜三水贯三通，三地表三潜层三水易三污染三，所三以可三以推三测承三压水三的水三质环三境会三受影三响。(2三)由于三计算三含水三层的三顶托三力是三从隔三水层三与含三水层三界面三高度三为准三的，三实际三的封三井界三面是三在结三构的三地板三，水三位的三高度三大于三原含三水层三的水三位高三度，三承压三水顶三托力三相对三加大三，增三加了三永久三结构三的渗三漏风三险。(3三)由于三含水三层内三的压三力水三不断三沿降三压井三管与三井孔三的空三隙“三通道三”渗三漏，三含水三层水