建筑密集区高地下水位基坑开挖成套技术
一、成果简介
项目组密切结合工程实际，针对地下水位高、周边建筑物密集、局部已存在围护结构的基坑工程，进行系统研究，集成了建筑密集区高地下水位基坑开挖成套技术，主要创新点如下：
（1）创新提出了适宜的基坑支护结构及施工方法，包括防渗水基坑支护结构与压力补偿式基坑支护结构，以及对应的施工方法。其一设计了一种三维密闭防水基坑支护结构，可解决基坑开挖过程中周边土体的渗流和变形过大问题；其二通过多腔体反压囊袋等结构的设计，可在基坑开挖过程中对周边土体预先施加预应力，动态控制周边土体与支护结构的侧向变形。
（2）率先研发了既有基坑围护结构性能提升技术，包括既有大直径灌注桩劲芯增长基坑支护结构与挡土墙侧向位移修复结构，以及对应的施工方法。其一采用劲芯增长结构对既有大直径基坑围护桩进行加长处理，可增强既有混基坑围护桩的整体性和抗侧向变形的能力，进而实现了既有桩体的留用；其二根据挡土结构侧向位移的诱发因素，从顶压、张拉、引孔取土、土层软化等方面，研发了一套挡土结构物侧向位移修复结构和施工方法。
（3）集成创新了基坑临近建筑物（构造物）变形防控技术，包括基坑开挖临近既有浅基础保护结构与裂缝开口双向变形监测结构，以及对应的施工和量测方法。其一在临近建筑基础附近设置了地基补强加固体、侧向变形支挡和变形调节结构，可对建筑物基础变形进行动态控制；其二根据围护结构及裂缝变形的特点，设计了由测距传感器、测角传感器、固定杆等组成的双向变形监测仪器。
项目研究获得授权专利9项（其中发明专利7项）、省部级施工工法2项，发表论文21篇(其中SCI检索4篇)，培养硕士研究生5名。
研究技术已成功应用于多个工程项目中，大幅降低了基坑施工对周边环境的影响，提升了工程的建设效益，提高了建筑材料的利用率，已取得直接和间接效益7000多万元，因地制宜的采用可望取得重大的经济和社会效益。
二、主要技术指标
编号 | 国内外待解决难题 | 本项目技术 | 与国内外同类技术比较 |
1 | 基坑支护结构渗水影响稳定性问题 | 在基坑围护桩内插入复合截水板，在基坑周边形成三维防渗体 | 有效减少渗透破坏，改善支护结构受力 |
2 | 基坑开挖过程中，周边土体应力状态改变及变形过大问题 | 采用多腔体反压囊袋，预施加侧壁压力 | 有效减小基坑侧壁的横向变形量，改善周边建筑的安全性 |
3 | 既有混凝土承载能力不足，清除难度大 | 在既有混凝土桩芯部位引孔植入劲芯加长体，同步提升混凝土桩的竖向和横向承载能力 | 既有混凝土桩无需清除，节省建筑材料，提高施工效率 |
4 | 基坑开挖过程中难以有效保护既有建筑 | 基坑开挖前在既有建筑的底部设置变形控制体，动态控制建筑基础的变形 | 可对浅基础建筑的变形进行动态控制，保护既有建筑 |
5 | 裂缝监测点布设复杂，难以同步反映裂缝的横向和竖向变形 | 在裂缝两侧设置固定杆，并设置测角器和位移传感器，同步测试裂缝的横向和竖向变形 | 提升裂缝监测点的布设效率、提高裂缝监测的准确度 |
6 | 挡土结构物侧向位移恢复难度大，病害处治费用高 | 综合采用墙背引孔并注水软化、横向拉压、侧向顶压相结合的方式进行变形恢复 | 降低墙背土体的整体性，减小墙背土压力，降低侧向顶压难度 |
三、应用情况概述
1、工程应用情况
项目研究成果已成功应用于多个工程项目中，如珠海市横琴华发首府花园一期项目、江西南昌市东湖区商品房开发公司JDP1186地块项目、南昌县三江镇松林村土地整理工程、星子·星御国际住宅小区工程、赣县金融大厦工程，经综合经济效益分析，研究技术在提升现场施工质量的同时，取得了超过7000万的直接和间接经济效益。
自2015年开始与南昌市湾里区建筑工程质量监督站在辖区多个工程项目中开展了高水位建筑密集区基坑开挖成套技术的推广应用，如兴宸山水艺墅A-3#楼基坑工程，取得了较好的经济和社会效益。
2、获批省部级工法情况
项目成功申报省部级施工工法2项，分别为劲芯加长既有混凝土围护桩施工工法、钢筋混凝土挡土墙侧向位移修复施工工法。
（1）劲芯加长既有混凝土围护桩施工工法
（2）钢筋混凝土挡土墙侧向位移修复施工工法
四、依托科研项目及技术成果支撑情况
1、依托科研项目情况
序号 | 项目名称 | 项目负责人 | 项目类别 | 立项时间 | 经费总额 （万元） | 项目委托单位 |
1 | 竖向荷载下带帽有孔管桩复合地基工作性状试验研究 | 雷金波 | 国家自然科学基金 | 2015年 | 55 | 国家自然科学基金委 |
2 | 功能梯度材料与结构湿热力耦合断裂行为的数值流形方法研究 | 张慧华 | 国家自然科学基金 | 2016年 | 60 | 国家自然科学基金委 |
3 | 轨道交通工程施工对既有临近建筑安全状态影响评估 | 韩尚宇 | 博士后课题 | 2013年 | 3 | 南昌建工集团 |
2、科技奖励
序号 | 获奖项目名称 | 第一完成人 | 奖励名称 | 奖励等级 | 获奖时间 | 授奖单位 |
1 | 建筑密集区高地下水位基坑开挖成套技术
| 韩尚宇 | 江西省技术发明奖 | 三等 | 2019 | 江西省科技厅 |
3、授权发明专利及软件著作权
序号 | 发明专利/软件著作名称 | 第一完成人 | 专利类型 | 授权日期 |
1 | 一种防渗水基坑支护结构及施工方法 | 韩尚宇 | 发明专利 | 2015 |
2 | 一种压力补偿式基坑支护结构及施工方法 | 韩尚宇 | 发明专利 | 2015 |
3 | 一种基坑开挖临近既有浅基础保护结构施工方法 | 韩尚宇 | 发明专利 | 2016 |
4 | 一种既有大直径灌注桩劲芯增长基坑支护结构及施工方法 | 韩尚宇 | 发明专利 | 2015 |
5 | 一种挡土墙侧向位移修复施工方法 | 韩尚宇 | 发明专利 | 2016 |
6 | 一种变形协调复合式桥头搭板结构及施工方法 | 韩尚宇 | 发明专利 | 2016 |
4、论文和著作成果
序号 | 论文/著作名称 | 刊名/出版社名 | 第一作者 | 发表时间 |
1 | A Brief Review of the High-order Numerical Manifold Method | International Conference on Civil Engineering and Transportation | 张慧华 | 2015 |
2 | Modeling 2D transient heat conduction problems by the numerical manifold method on Wachspress polygonal elements | Applied Mathematical Modelling | 张慧华 | 2016 |
3 | 不同排水方式对基坑开挖稳定状态影响分析 | 南昌航空大学学报(自然科学版) | 韩尚宇 | 2016 |
4 | Thermal shock analysis of 2D cracked solids using the numerical manifold method and precise time integration | Engineering Analysis with Boundary Elements | 张慧华 | 2017 |
5 | 新型土工单轴拉伸试验装置的研制及应用 | 岩土力学 | 崔猛 | 2017 |
五、联系方式
联系人：韩尚宇
地址及邮编：江西省南昌市丰和南大道696号,330063
Email：hanshangyu1979@126.com
联系电话：136******5028