深基坑的时空效应法施工
摘 要:以杭州地铁秋涛路站深基坑施工为例,利用量测数据的统计 分析 成果,论述了深基
坑施工的时空效应 规律 ,以及快速开挖、及时支撑和加快施工进度
关键词:深基坑,时空效应法,施工 1 基坑工程中的时空效应 为解决深基坑整体
稳定和坑周地层位移控制 问题 , 参考 了新奥法隧道施工中的时空效应 理论 ,并通过大量
的软土基坑实践发现,在基坑施工过程中,每个开挖步骤的开挖空间几何尺寸,围护墙无支撑
暴露面积和时间等参数对基坑变形具有明显的相关性。时空效应法就是考虑时空效应的施
工步骤,其主要特点是:根据基坑规模、几何尺寸、围护墙体及支撑结构体系的布置、基坑
地基加固和施工条件,按照“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则确定的施工方案。实践
证明, 科学 地制定考虑时空效应的开挖、支撑设计施工方案,能可靠、合理地利用土体本身
在开挖过程中控制位移的潜力,达到控制基坑变形及保护环境的目的。2 工程概况
以杭州市地铁一号线试验段秋涛路站为例,该基坑为长条形基坑,长 ,标
准段宽度为 ,开挖深度 ~,端头井平面尺寸 ×,开挖深度
~。围护结构采用 Φ1000@750 钻孔咬合灌注桩,设 Φ609 钢管内支撑,基坑
标准段处的支撑及坑底标高见图一所示。勘探资料表明,基坑处于砂质粉土和砂质粉土夹
粉砂层中。 基坑开挖过程中,考虑时空效应的标准开挖 方法 为
工况 1:首次开挖至第 1 道支撑下,开挖标高为 ,开挖宽度为 10m,无支撑暴
露时间限制在 20 小时以内; 工况 2:第 2 次开挖至第 2 道支撑下(标高 ),开
挖宽度为 3~6m,无支撑暴露时间限制在 12 小时以内; 工况 3:第 3 次开挖至第
3 道支撑下(标高),开挖宽度为 3m,无支撑暴露时间限制在 8 小时以内; 工
况 4:第 4 次开挖至第 4 道支撑下(标高),开挖宽度为 3m,无支撑暴露时间限制在 8 小
时以内; 工况 5:第 5 次开挖至第 5 道支撑下(标高),开挖宽度为 3m,无支
撑暴露时间限制在 8 小时以内; 工况 6:第 6 次开挖至坑底(标高),6 天内
浇筑垫层及底板。 通过对基坑开挖过程各工况的跟踪记录,实际无支撑暴露时
间一般在 12 小时左右,个别情况下超过此标准。3 基坑开挖过程中的时空效应规律
秋涛路站东区基坑开挖自 04 年 8 月 10 日开始,最先施工的是东风道及东端头
井,开挖过程中对围护结构水平位移、钢支撑轴力、地面沉降等进行监测。 支撑轴力的
变化规律 通过对标准段 ZL7-1~ZL7-5 五个测点的支撑轴力监测数据及其对应
工况对照分析发现:基坑开挖过程中随工况的变化,各道支撑轴力值大都呈现出有规律的增
加或减少,如图二、图三所示
从图二、图三中可以看出,当开挖深度至第三道支撑时(工况 3),第二道支撑的轴力随时
间在增长,第一道支撑轴力开始降低;当开挖深度至第四道支撑时(工况 4),临近开挖面的第
三道支撑的轴力随时间在增长,而远离开挖面的第一、二道支撑轴力在降低;开挖深度至第
五道支撑时(工况 5),临近开挖面的第三、四道支撑的轴力基本不变,而远离开挖面的第一、
二道支撑轴力在降低;当开挖至基底并进行垫层施工时(工况 6),临近开挖面的第四、五道支
撑的轴力随时间在增长,第三道支撑的轴力基本不变,而远离开挖面的第一、二道支撑轴力
在继续降低。 水平位移的变化 规律 对施工过程中与支撑轴力 ZL7 测点对
应的水平位移监测点 CX7 的变化情况 分析 发现:围护墙的位移变化与开挖深度及时间关系
密切,位移量随开挖深度和时间而增加,如图四、五、六所示
从图四、图五中可以看出,随着开挖深度的增加,桩墙最大位移和最大位移增加
的速率增大。 本段基坑各工况完成时间分别为:10 月 2 日正式开挖、10 月 10
日架设第一道支撑、10 月 14 日架设第二道支撑、10 月 27 日架设第三道支撑、11 月 20
日架设第四道支撑、11 月 28 日架设第五道支撑、12 月 9 日浇注完垫层砼。从图四、图
六中可清楚的看出,从 10 月 2 日开挖到第一道支撑架设完,搁置时间为 7 天,此处超挖量为
2m,位移增加量为 11mm;10 月 27 日第三道支撑架设完后,停止开挖直到 11 月 20 日架设
第四道支撑,中间搁置时间达 23 天,位移增加 12mm;由此可见,基坑开挖过程中桩墙的最大
位移随时间变化非常明显。 同时监测数据表明,围护墙的位移变化与支撑轴力
变化是密切相关的,随着开挖深度的增加,围护墙的最大位移点逐渐向开挖面移动,而远离开
挖面的墙体相对出现不同程度的反弹。 由于基坑开挖过程中,围护桩墙的横向
变形会逐渐增大,这会引起支撑轴力的变化,而支撑轴力加大,又会反过来阻止墙体变形的进
一步 发展 ,因此,基坑土体挖除后,尽快架设支撑并施加预应力,能有效的减少围护桩墙的变
形。4 结语 (1)基坑开挖过程中桩墙的最大位移和深度及时间的关系非常密切,
通过对本基坑各测点监测数据的统计分析可知,当基坑开挖到坑底时,横向位移并没有停止,
仍在继续增加,且开挖到底以后的横向位移增加量占总位移量的 25%~45%。因此,在开挖深
度确定的情况下,严格遵循时空效应原理,加快施工进度,是控制基坑变形的有效手段。
(2)基坑土体挖除后,及时架设支撑,能有效的减少围护桩墙的变形。有试验表明
未及时架设第 1 道支撑的墙体其最大水平位移量为 3cm,而及时支撑的墙体其最大水平位
移量仅 1cm。 (3)墙体位移是随开挖发展的,超挖将导致墙体在支撑架设前产生
超量位移,该位移一旦产生,通过施加预应力既不能使其回复,也不能减少因墙体位移而引起
的地面变形。因此,基坑开挖时应严格控制每个开挖步骤的开挖空间几何尺寸,及围护墙无
支撑暴露面积和时间等参数。 参考 文献 [1] 赵志缙,应惠清主编.《深其坑工程设计施
工手册》[M]
