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深大长基坑安全精细控制与节约型基坑支护关键技术及其应用

随着大型基础设施、大型公共建筑和高层建筑的大量建设,基坑向大深度、大面积、大长度发展,基坑支护工程造价不断增大。基坑周边既有建筑和环境条件也越来越复杂。基坑事故与环境损害频发,大量引发道路沉降、地下管线破坏、建筑物倾斜开裂,影响邻近地铁、高铁等设施的安全运行。同时,施工过程中大量抽取地下水,导致地下水位显著下降和地下水资源的大量损耗。该项成果由天津大学、城建集团等多家单位联合研发,经过十多年的产学研联合攻关和工程实践,形成三项系统创新成果并已进行大量工程应用:
1. 系统建立了深大长基坑安全精细控制成套方法与技术
1)首次提出了考虑基坑开挖对基坑内工程桩影响、地下连续墙成槽、基坑开挖前降水、温度变化引起基坑与环境变形的计算方法,首次提出基于水平支撑变形冗余度和考虑围护桩不同变形模式的变形控制方法。解决了传统方法在这些方面的空白及由此导致低估深大长基坑变形40%~100%的问题。
2)研发了地下水加压回灌、双井组合回灌、埋入式隔离桩结合应力补偿法注浆等主动控制技术,实现了变形的mm级精细控制(变形0mm~10mm,控制精度mm),解决了传统技术不能满足深大长基坑开挖和降水引起地铁、高铁、精密设备等变形的mm级控制难题。
3)首次揭示了深大长基坑由局部破坏引发大范围连续破坏的机理,提出了防连续破坏性能评价指标和评价方法,建立了防连续破坏设计理论与精细控制方法,填补了国内外在基坑防连续破坏方面的空白,实现了防连续破坏精细控制。
2.提出了大面积基坑无多级支护设计方法和多级支护新技术。首次揭示了基坑多级支护的变形与破坏机理并提出了计算方法,提出了多种新型多级支护技术,实现了大面积基坑在条件适当时取消水平支撑,并在应用深度方面取得显著突破,桩锚式多级支护最大应用深度提高75%,悬臂式多级支护最大应用深度提高200%。单项工程造价降低10%-30%,工期缩短1-3月。
3.研发了沿海地区地下水回灌成套技术。研发了首套抽灌一体化装置和技术,将基坑抽出的地下水在现场处理后回灌,解决原位地下水不能直接回灌、采用自来水回灌成本高与耗水量大的关键难题;研发的加压回灌技术使回灌量提高50%~100%,解决了沿海地区承压含水层回灌量小的难题。显著减少基坑抽降地下水引起的基坑外地下水位下降和地下水资源损失。
项目在基坑变形主动控制技术、基坑防连续破坏控制设计理论与方法、无支撑多级支护设计方法与新技术、沿海地区地下水回灌技术等四个方面取得自主创新的突破,获2013年教育部高等学校科学技术进步一等奖等奖励,纳入《建筑地基基础设计规范》等多项国家及地方重要规范,发表论文231篇,其中SCI/EI论文116篇,他引2050次。1篇论文获国际岩土工程界声誉很高的R.M. Quigley奖。主参编规范4部,主参编英文著作1部、中文著作及手册6部。授权发明专利7项、实用新型专利35项、国家级工法3项,省部级工法10项。
项目研发成果显著提高了深大长基坑与环境的安全控制水平,在节约型基坑技术方面取得突破,具有广泛应用前景,已应用于北京、天津、上海、武汉、海口等地交通枢纽、地铁、超高层建筑等72项大型工程,累计节支达8.48亿元。
该项成果已通过2015年度国家科学技术奖初评。

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