1、 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u1、事故案例分析引发的支撑体系思考u2、钢支撑的发展、使用过程调查存在问题u3、改进及专利技术三、基坑围护的发展、问题及改进u1、地连墙使用过程问题的调查u2、改进及专利技术四、软土地层地下承压水的思考u1、事故案例分析u2、上海地下承压水的变化及问题调查u3、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
2、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
3、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！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34mm。 统计压缩变形2030mm，增大810倍。是什么原因产生如此大的偏差呢？p钢围檩拼装问题1）钢围檩未设置在同一平
4、面及直线上）钢围檩未设置在同一平面及直线上2）围檩的连接不可靠）围檩的连接不可靠3）钢支撑安装后连接位置变形明显）钢支撑安装后连接位置变形明显p钢围檩拼装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p活络头脖子太长，水平方向存在偏心现象p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，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
5、围檩不在同一平面上，轴力计和钢围檩只有部分接触 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。p钢围檩拼装改进改进方法一改进方法二p钢围檩安装质量改进实践钢围檩安装质量改进实践连接螺连接螺栓栓p钢围檩改进对比分析连接方式连接方式工时工时（相邻两幅连接）（相邻两幅连接）效果分析效果分析传统焊接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
6、改善。B类楔子类楔子A1类楔子类楔子A2类楔子类楔子C C类楔子类楔子配套规格：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） 专利一：钢支撑的楔子专利号：ZL201120199150.1 钢楔子改进后：钢支撑轴力损失改进 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598KN684KN705KN646KN59KN
7、183.6mm574KN672KN725KN684KN41KN183.7mm 轴力施加对比表轴力施加对比表清江路口站通过对传统楔子与新型楔子的试验对比，结果显示新型楔子在轴力损失、变形控制及安装速度上均有很大优势。钢支撑轴力计安装改进一： 在钢支撑轴力计安装方面，目前普遍存在安装偏心的问题，这对钢支撑的受力及轴力的损失都是不利的，花照壁站采用加工好的圆形钢板，利用重力寻找其中心，在控制偏心上有一定优势，且现场安装便捷，便于施工人员操作。 轴力计安装上，焊接板规格不统一，且需要多人操作，较难控制使其安装在轴心。 建议使用的轴力计安装方法，在效率及效果上，有明显优势改进专利二：带有轴力计的钢支撑构
8、件专利号：ZL201120199149.9关于基坑开挖过程中六个变形量的发现与分析+ni端法弹挠叠加楔序号序号深基坑变形因深基坑变形因素素变形值（变形值（mm）主要原因分析主要原因分析解决途径解决途径1 1钢钢支支撑撑法兰法兰压 缩压 缩变形变形2-62-61 1、法兰接头安装间隙，受压力作用下、法兰接头安装间隙，受压力作用下压实产生的变形量。压实产生的变形量。1 1、控制法兰接头数量、控制法兰接头数量（第三、四道支撑法兰接（第三、四道支撑法兰接头不应多于头不应多于3个）；个）；2 2、确保螺栓连接质量。、确保螺栓连接质量。钢支钢支撑 挠撑 挠度 变度 变形形2-42-41 1、钢支撑跨度过大
9、引起的变形量。、钢支撑跨度过大引起的变形量。1 1、支撑跨度不大于，如、支撑跨度不大于，如大于中间要设立柱。大于中间要设立柱。楔子楔子压 缩压 缩变形变形4-104-101 1、楔子受力面积过小、受力集中，产、楔子受力面积过小、受力集中，产生偏心，应力改变；生偏心，应力改变；2 2、轴力未通轴心而产生的偏心受力现、轴力未通轴心而产生的偏心受力现象。象。1 1、制定锲子加工标准，、制定锲子加工标准，使受压面积大于使受压面积大于2 。2 2地墙和端头板地墙和端头板的平整度产生的的平整度产生的间隙间隙10-2010-201 1、地墙面未找平，受压产生的变形量。、地墙面未找平，受压产生的变形量。1 1
10、、钢支撑端板和地墙面、钢支撑端板和地墙面应平整。应平整。3 3地墙的弹性叠地墙的弹性叠加变形加变形20-4020-401 1、时空效应、产生变形；、时空效应、产生变形；2 2、地墙渗漏水；、地墙渗漏水；3 3、上道钢支撑轴力偏小，产生叠加弹、上道钢支撑轴力偏小，产生叠加弹性变形；性变形；4 4、开挖面地层土质强度低。、开挖面地层土质强度低。1 1、开挖时间和空间的控、开挖时间和空间的控制；制；2 2、上道支撑质量控制；、上道支撑质量控制；3 3、基坑降水控制。、基坑降水控制。4 4初撑力和楔子初撑力和楔子插入后的回弹变插入后的回弹变形形10-2010-201 1、油泵压力一般能满足设计要求，但
11、、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，常常是楔子插入后，初撑力损失较大，常常是没有初撑力；没有初撑力；2 2、受力不合理，受力是点或线受力。、受力不合理，受力是点或线受力。1 1、制定楔子控制要求；、制定楔子控制要求；2 2、改楔子的内撑形式为、改楔子的内撑形式为外夹、外压形式。外夹、外压形式。5 5端头支撑加轴端头支撑加轴力计的杆件变形力计的杆件变形1 1、轴力计的受压面积小，端头板强度、轴力计的受压面积小，端头板强度不够产生的变形；不够产生的变形；2 2、轴力计安装倾斜产生的问题；、轴力计安装倾斜产生的问题；3 3、轴力计轴线与钢支撑轴线很难在一、轴力计轴线与钢支撑轴
12、线很难在一条轴线上；条轴线上；4 4、轴力计轴心与挡板不垂直。、轴力计轴心与挡板不垂直。1 1、改进轴力计安放的位、改进轴力计安放的位置；置；2、带有应力补偿功能和、带有应力补偿功能和支撑围护结构变形小的原支撑围护结构变形小的原因分析。因分析。基基坑坑及及支支撑撑主主要要变变形形量量的的分分析析及及解解决决途途径径 我们说：钢支撑是先受力后变形，是主动控制方式； 砼支撑是先变形后受力，是被动控制方式； 应该说钢支撑是较为科学的。 那么为什么我们更放心砼支撑呢？ 前面分析以上钢支撑的围檩、楔子、轴力计三个方面的改进能够说明以上原因。（1）基坑开挖过程，围护结构的整体变形量，按上述6个方面进行分类
13、，将以往的定性分析，转化成6个方面的定量控制。（2）在几个关键变形量方面，通过创新改进的专利技术应用，在不增加成本的条件下，减少钢支撑杆件的整体压缩变形量。（3）钢围檩的改进，不仅使安装质量得到有效控制，同时节省了安装、拆除时间，减少了开挖面的暴露时间。（4）楔子和轴力计安装的改进，方便施工、便于管理、轴力损失小，又减少了下道支撑的叠加变形量。同时，支撑杆件上的轴力损失率降低。上道支撑轴力有保障，围护结构的叠加变形量也减少了，从而减少了围护结构的总变形量。 小结：小结： 城市地铁基坑工程由于开挖深度与放坡条件的限制，深基坑工艺基本走向垂直开挖，垂直开挖挡土平衡的支护分挡土结构和支撑结构两个部分
14、。软土地基的基坑围护工程是由挡土墙设计的强度和内支撑结构两方面来加强围护体系的整体刚度，进而控制基坑开挖后挡土墙体水平位移和周边的沉降情况。地下连续墙围护技术的发展地下连续墙围护技术的发展（1 1）单一的围护止水作用阶段。）单一的围护止水作用阶段。 普遍采用的复合墙围护体系就是一种单一的止水围护体系。（2 2）叠合墙围护结构阶段即）叠合墙围护结构阶段即 “ “两墙合一两墙合一”阶段。阶段。 叠合墙体系是指围护结构与内衬主体结构之间有钢筋接驳器连接，叠合后两者视为整体墙，形成“两墙合一”的整体结构，在结构的合理方面是一种技术进步。（3 3）连续地墙的未来发展思路）连续地墙的未来发展思路 从根本上
15、解决地下连续墙的“两墙合一”的技术问题对保证工程的质量至关重要。u地连墙结构形式对比表地连墙结构形式对比表u地下连续墙施工渗漏水风险及控制地下连续墙施工渗漏水风险及控制 围护地墙接缝渗水控制是确保围护结构整体稳定的重要环节，很多风险是由于局部失衡，引起整体失稳，按临界点平衡推理是由于帷幕的止水强度下降、干扰强度的增大，影响了整体的稳定。因此，围护结构施工，控制薄弱点渗漏水是关键！ 常见问题有如下三类： 由地墙单一围护结构到地墙围护结构和内衬永久结构叠合技术的发展； “两墙合一”叠合式整体结构两个关键性技术的发展： 1）地下连续墙施工整体结构连接技术要求： 在水平和垂直荷载作用下，要求接头整体良
16、好，刚度好、变形小、渗水少。 其主要解决的技术问题是： 地墙施工接缝的渗水问题； 地墙钢筋笼在截面上的叠合，确保地墙的整体抗侧压力的强度。 垂直接头的技术发展地墙施工中常用的几种接头形式：1)1)接头管接头形式（如下图）：接头管接头形式（如下图）： 优点：构造简单；施工方便，工艺成熟；刷壁方便，易清除干净墙段侧壁泥浆，有利于确保接头混凝土质量；后施工槽段下放钢筋笼方便；造价较低。其缺点：属柔性接头，接头刚度较差，整体性较差；抗剪能力较差，受力后易变形；接头呈光滑圆弧面，无拐点，抗渗水性能较差，较易产生接头渗水。（2 2）“工工”字钢字钢+ +接头管接头形式（如下图）：接头管接头形式（如下图）：
17、优点：增加了“工”字钢后，接头刚度较好，受力不易变形，接头拐点增加，抗渗水性能提高。缺点：接头管需和“工”字钢配套，施工较麻烦，对接头管和“工”字钢的相对位置要求较高，易出现绕流现象。（3 3）接头箱接头形式（如下图）：）接头箱接头形式（如下图）：优点：整体性较好，刚度较大；抗弯抗剪性能较好，受力后变形较小，故防渗水效果较好。缺点：接头构造较复杂，施工工序较多，施工较麻烦；刷壁清浆较困难，较难清除干净墙段侧壁泥浆；钢筋笼上伸出的接头钢筋易碰弯，给刷壁清泥浆和安放后一槽段钢筋笼都带来一定困难。 地墙施工的接头形式经过不断地改进，出现的接头形式约有十多种，如十字钢板式接头、双管式接头、隔板式接头、
18、滑板式接头等。地墙接缝的渗水和整体刚度逐步提高，但由于接头的形式只是改进性的提高，地墙接缝的整体连接性和渗水的质量问题主要还是取决于作业人员的施工经验、技能水平和规范的管理，从理论上讲，地下连续墙整体结构连接缝的渗水问题没有得到根本解决。（苏州地铁采用的方式是在两幅地墙迎土面的接缝处增加高压旋喷）2）地下连续墙围护结构与永久结构的整体刚性连接(1)(1)预埋连接钢筋法如下图预埋连接钢筋法如下图优点：构造简单；施工方便。缺点：直径20mm的钢筋扳到位较困难；大直径钢筋须用火烘后扳到位，会影响钢筋受力性能；当钢筋不直，角度不准时，初始受力，应力有损失；预埋接头钢筋经扳动到位时，有时会损伤钢筋根部四
19、周混凝土。(2)(2)预埋连接钢板法如下图：预埋连接钢板法如下图：优点：受力性能好；施工方便。缺点：电焊质量要求高，技术性强；现场电焊量大，进度不快。 （3 3）接驳器的技术应用的发展，由于以上两种方法在实际）接驳器的技术应用的发展，由于以上两种方法在实际施工中，都存在着连接质量差和施工进度慢的问题，所以有施工中，都存在着连接质量差和施工进度慢的问题，所以有了接驳器的发展，如下图：了接驳器的发展，如下图：优点：构造简单，施工方便；采用锥螺纹连接接头，施工速度较快；抗剪抗弯性能均较好，牢固可靠。缺点：螺纹钢筋连接接头的准确定位、牢固固定和拧紧要求均较高，实际施工连接质量较低。 地墙接缝渗漏水地墙
20、接缝渗漏水地墙设计增加配筋和接驳器产生的渗漏水地墙设计增加配筋和接驳器产生的渗漏水地质条件差，施工管理方面出现的质量问题。地质条件差，施工管理方面出现的质量问题。本组图片本组图片反映反映4个个问题：问题：1、夹泥、夹泥2、开叉、开叉3、扰流、扰流4、塌孔、塌孔目前目前“两墙合一两墙合一”存在问题，以下为实际施工中存在的问题：存在问题，以下为实际施工中存在的问题：序序号号 常见常见问题问题 产生原因产生原因 造成质量方面问题造成质量方面问题 备注备注 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
21、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 u原因分析原因分析 调查结果显示，钢筋接驳器出现的定位高低不齐、偏斜以及丝牙破坏、丝牙锈蚀等问题较为普遍。由于这些问题的存在，造成接驳器和结构主筋无法连接、拧不到位或连接困难等状况。 鉴于以上存在问题，为保证主体结构钢筋与地下墙的可靠连接，
22、目前设计通常采用增加接驳器的预留量来补救，但实际施工情况与设计期望差距往往较大。因此，研究解决地下墙接驳器的安装定位和保护问题十分重要 。图（1）中接驳器转弯钢筋和迎土面主筋在一个层上，存在两给问题：1）迎土层面的保护层质量难以保证，后果迎土面主筋锈蚀。2）接驳器设计数量过密，影响砼上翻的质量，地墙渗漏。 1）两墙合一叠合式接驳器安装质量不稳定，导致设计思想方面的保守，如单一挡土围护结构形式增多；2）技术的推广力度不够。设计人员不深入现场，不了解新技术；人才的不足，导致设计方面从简化、套用化，其后果是材料没有得到有效的利用，是设计保守，材料的增加加大了施工难度，工程质量难以保障（以下图片说明）
23、楼房倒向基坑一侧成“凸”形楼房地层已嵌入地下防汛墙出现裂缝 楼房和土体出现相对位移u上海上世纪末工业用水抽取地下水量约1.2亿立方/年，没有回灌；u上海2010年以后，抽取地下水量约1300万立方/年，回灌量超过3000万立方/年。回灌大于抽取，应该说地面沉降稳定了，但是上海近几年地面沉降局部有增大的趋势。（1）上海地下空间开发抽降的承压水没有纳入统计范围，没人知道上海一年实际抽取多少地下水，粗略估计超过8000万立方/年。（2）上海以往深基坑降压井的封堵，不是在原界面，而是在地下工程的结构地板，这样一来就产生了如下几个问题： 结构底板承压水顶托力的问题 地下水质长期污染问题 承压水缓慢流失，
24、地面缓慢沉降问题（3）实际抽水量远大于合理的抽水量主要原因：主要原因：发现主要问题： （1）、设计仅从施工安全要求计算承压水顶托力的降水水位标高要求，抽降水的合理性、降水对周边地面的沉降影响没有要求（2）、施工降水方案 1）降水井设置数量普遍偏多，一般是需求的两倍。 2）降水井的滤网高度，一般不考虑降水水位的关系 3) 降压井用完后封井不考虑对环境的影响。 （3）、管理方面 1）承压水轴水量的统计师水量部门，施工轴降地下承压水没有纳入水量部门管理。u某工程承压井的封堵情况及问题某工程承压井的封堵情况及问题承压井内已灌注了混凝土，井内依然有渗水井管切割至地板下（78）cm，井管内留有渗水井口焊封
25、钢板，并焊接网钢筋防渗水泥砂浆封井口图1图2图3图4p封井存在问题封井存在问题(1)由于封井口的界面高于原含水层的界面，承压水将从井孔内与井管井孔间的空隙透过隔水层与地表潜水贯通，地表潜层水易污染，所以可以推测承压水的水质环境会受影响。 (2)由于计算含水层的顶托力是从隔水层与含水层界面高度为准的，实际的封井界面是在结构的地板，水位的高度大于原含水层的水位高度，承压水顶托力相对加大，增加了永久结构的渗漏风险。 (3)由于含水层内的压力水不断沿降压井管与井孔的空隙“通道”渗漏，含水层水的溢流势必造成承压水水位缓慢降低引起地面的缓慢沉降。以上三个问题随着上海地下空间开发量增大，降水井增多，会有量变
26、到质变的累积效应，应该引起关注! 由于没有封井的标准要求，上海采用该措施封井。p后果推测后果推测上海地下空间开发，承压井的数量累集增多，如照片所示封井，必然造成地下承压水的缓慢流失，承压水的水位下降，随着承压井的数量增多，长期将导致水质污染，区域的地面沉降。基坑地板砼1寸注浆管井管浆管接头盖板与井管焊封地板砼面注浆管底端深度瓜子片回填高度注浆管水泥注浆管外止水板外径瓜子片井底深度基坑底板隔水层含水层11.5m0.5m混凝土抹平（图1）封井结构示意图沙滤层区粘土球回填区井管过滤网注浆1寸注浆管井管开挖面粘土回填区回填素砼封闭环回填瓜子片隔水层含水层注浆充填示意改进后封井结构示意图粘土球回填区沙滤
27、层区井管过滤网混凝土抹平基坑底板井底深度基坑地板砼浆管接头地板砼面（图2）承压水降压井封井是超深地下工程的关键工序，封井效果对工程的抗渗漏有着直接影响。改进后的封井方法，通过将封井界面大幅下移，有效阻隔了承压水含水层与上覆土体的水力联系，增加了细微裂隙导致的承压水的渗透路径，提高了地下工程防渗的可靠性，从而降低了渗漏风险。工程实践证明改进后的封井方法效果相当明显。采用改进方法后的封堵实施效果 根据降压井的技术要求，改进方案是将注浆管深插到井管内的过滤层段，其主要目的是通过注浆措施，充填过滤层内外的空隙，在含水层与隔水层之间，封堵承压水的上溢。 实施步骤实施步骤(1) 降压井管内下入注浆管(2) 充填“瓜子”片材(3) 安装封闭环(4) 井管内浇筑素混凝土(5) 注浆指标指标方案方案封堵封堵界面界面 结构结构防水防水 井孔井孔与井管与井管之间空之间空隙处理隙处理 含水含水层与地层与地表潜水表潜水联系联系 地面地面沉降沉降 实施实施难度难度经济经济费用费用 改进前封井形式结构底板下约2m位置 需增加管口焊封，管壁外增加止水板 无封堵 可能存在通道联系有沉降的风险较复杂 改进后封井形式 含水层与隔水层位置 不需防水措施 通过滤网反渗封堵无联系 无风险 较简单 费用未增加p封井方案改进前后指标对比封井方案改进前后指标对比
