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2影响建筑深基坑安全隐患因素
2.1地质水文基坑降水位就是要判断
地下水位的标高情况。在软土基地,由于软土的天然含水量,会导致周围地下水的升高,如果不能在施工进行之前采取有效的地下水控制,有可能会出现涌水、涌砂等情况,影响到基坑周边环境,更甚者还可能会因为土体失稳而引发工程事故。
2.2地下管线
地下管线是城市赖以生存的重要通道,如果没能事前探查清楚管线的位置,很容易在施工过程中造成毁坏管线的事故。
2.3周边建筑道路道路周边设施
安全作为基坑周边施工安全控制的重点,必须要进行细致观测,防止因基坑开挖引起基坑周围道路或者建筑物的变形和破坏。
2.4施工方案
施工方案作为安全控制的源头,关系着基坑施工的成败,因此需在项目施工前对施工工程进行勘察,保证勘察资料的准确性和完整性,并有针对性地编制专项方案,保证工程的安全。
2.5基坑支护
基坑支护是深基坑施工的关键,对基坑支护进行监理也是保障整个深基坑安全的环节。我国当前的开挖工程大多统一采用止水效果好、环境干扰少、墙体刚度高的支护。虽然此类支护有不少的优点,但是其过于垂直的钢筋笼制作在下放不正确时容易引起钢筋笼卡槽,对维护效果产生干扰。因此针对不同的施工项目需选择不同的支护进行保护。
3建筑深基坑工程中施工监理操作要点
3.1加强施工前期的监理要点
1)注重选择基坑工程监管人员。由于深基坑工程是一项技术含量高、风险大的系统工程。因此也就决定了基坑工程监理人员除了要熟悉和掌握有关国家、行业和地方的相关标准和设计文件外,还必须具备一定的专业知识、组织协调能力以及工程实践经验,这样才能有效处理施工中出现的各种问题,保证监理工作的顺利进行。
2)制定详细的基坑工程监理细则。监管单位应该对每项实施监管的工程,从工作的流程、控制要点、具体方法等进行详细的监理细则编制,并用于项目施工过程中的指导,确保各项工作都处于受控状态,保证工程的顺利实施。
3)对基坑工程施工方案进行审查。在施工之前,监理工程师应该对施工项目的难点进行针对性、正确性的审查。例如,土方开挖的设计是否合理;是否有确保施工安全的应急方案;各部门人员是否能满足本工程需要等。
4)严格把控工程施工的条件。在工程开工前,监理人员必须要对施工设备、施工方法(施工方案和工艺)、施工材料、施工人员等影响因素进行全面的控制,并重点对工程所需的原材料、半成品的质量进行检查和控制。
3.2施工过程中的监理操作重点
1)钻孔灌注支护桩的施工监理:支护桩在整个施工过程中要承受来自水平方向的压力,保护着施工的开展。因此要从桩长、桩径、混凝土强度等方面进行综合考虑。
2)锚杆施工质量的监理:对于锚杆施工的监理,一般主要从锚孔、锚杆安装、灌浆、锁定四个部分进行监理。首先看锚出的孔是否符合设计要求;其次是检查孔深和直径是否满足设计需要;再次是注浆导管是否能承受注浆压力;最后要检查注浆质量是否达到要求,如果达不到要求应采取二次注浆法进行补充,保证质量。而当锚固体达到一定强度后要进行张拉试验、检测其强度(质量)。
3)降水井施工质量的监理。降水井施工质量的好坏对基坑工程的安全有着决定作用,因此要对降水井的井径、井深、水泵的质量等进行检查,同时也要注意做好水泵电缆、过滤尼龙网等工作的保护措施,只有确保各方面都满足设计要求才能投入使用。
4)基坑土方开挖过程的监理。在进行土方开挖时,必须做好从旁监理工作,加强基坑监理,保证施工方按照施工方案进行合理挖掘;严格按照“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严谨超挖”的土方开挖原则;在挖至立柱桩、工程桩时,在桩体周围均匀、对称开挖,确保工程桩、立柱桩不被挤压偏位;土方开挖期间必须严格按照要求留设挖土坡度;经常测量和校核坑基边坡度,避免欠挖或者超挖情况的出现;挖土期间严禁重型车辆、机械在基坑边缘行走,保证基坑边的安全。一旦基坑周边环境发生变化或者基坑本身出现变形的情况,应该立即停止土方开挖,并及时通报检测情况,增加检测频率,启动应急方案,以确保基坑的安全。
3.3施工完成后的操作要点
1)重视施工检测和验收工作。事后验收是质量控制中最后的补救措施。因此检测单位必须确定具体的检测内容,对完成的检验批、分项工程等进行检查评定验收,并收集和整理好监理过程中形成的文件资料、跟踪落实验收过程中提出的需要整改的问题,保证工程的质量。
2)重视事故的处理工作。对于已经发生的事故,监理工程师必须充分配合处理,及时提出实质性的处理方案,吸取教训,杜绝此类工程事故的发生。
3)加强对拆除工作的监理。监理人员必须做好拆撑的监测工作。严格限制拆除工作的过早开展,保证拆撑工作按部就班进行。当检测发现异常时,应立即暂停或减缓拆撑速度,并研究解决对策。
4建议基坑施工是个隐蔽的工程
因此除了在施工过程中对操作要点进行全方位的监理外,还必须从施工的外部环境入手进行控制。例如,依靠市场的力量,加强监理市场的执法监察,规范和治理监理市场;落实监理工作的岗位责任制,解决监理工程师空挂名的问题;适当提高监理价格,保证监理服务的优质优价;不断提高基坑工程从业人员的业务水平和工作能力,使之成为一专多能的复合型人才;实行基坑工程专项监理制,保证监理的针对性和科学性等。
一、工程概况
白坭镇位于佛山市三水区的最南端,西面紧邻西江。该镇80%的排涝任务均由原有的两座排涝站(里电站和大岗电排站)承担,然而,这两座泵站均为二级排水站,其中的里电排站始建于1958年,几十年来虽然经过了几次技术改造,但限于种种原因,设计标准偏低,排涝系统规划欠妥等一些根本性问题一直没能解决。特别是泵站运行要受到下游的官山大泵站制约,因此出现涝渍时不能正常排水。为了适应白坭镇工农业生产的稳步持续发展,决定把里站迁址重建,将原有的两个二级泵站合建成一个一级排涝站,将涝水直接排入西江。重建的泵站定名为白坭电排站,其受益面积有2800hm2,其中鱼塘为860hm2,它将是三水区目前装机容量最大的泵站工程。
重建的白坭电排站位于樵桑联围19+200桩号处。泵站辖集雨面积93km2,按10年一遇24h暴雨量(206.4mm)3天排干的标准设计,总排水流量为35.42m3/s,装置1600ZLQ9.5-8型立式轴流泵4台,配TL1000-20/2150型10kV立式同步电动机,总装机容量4×1000kW。
泵站工程等别为三等,主要水工建筑物为3级。泵房为块基型结构,四周有边墩,基础为联合底板,其底部高程为珠基-5.35m,下部采用预制管桩基础,设计打桩平台高程为-3m。
二、水文地质条件
白坭镇地处亚热带,气候温暖,雨量充沛,且大部分雨量集中在4~9月之间,其余月份雨量较少。年最大雨量1720.9mm,最小933.8mm,平均1475.6mm。
白坭电排站位于西江干流左岸岸边,所处河段地形单一,主要受西江和北江洪水的控制,潮汐的影响甚少,基本上属于非潮感区。泵站所在地段原属河相冲积平原,地形呈阶梯状,堤外为河滩台地,堤内为鱼塘、稻田和蔬菜地。根据地质勘察报告,地质构造从上至下分别是:人工填土层(防洪堤)、第四系河流相松散沉积物层、第三系灰砂基岩层。各岩土层的特性自上而下为:
(1)回填粉质黏土,厚3.8~12.4m,为筑堤填土,填筑较坚实,硬且可塑。泵站的出水涵管全部埋设在本层,防洪堤身经长期沉实后,填土已稳定、密实,承载力也较高。
(2)粉土,厚8.0~20.3m,土层稳定,全场分布,是泵房基础的持力层,土质硬,可塑,承载力较高。
(3)细砂,厚17.3~31.3m,全场分布,土质松散至稍密。
(4)粉砂,厚8.4~8.6m,仅见于部分地层,饱和松散。
(5)淤泥质粉砂黏土,厚3.2~9.6m,分布较广,饱和,流塑至软塑。
(6)中微风化灰砂岩,岩面不平,高差较大,致密,坚硬,强度高,但埋深大,一般在地表以下38~45m处。
场内地貌单元简单,土层变化不大,多为粉土和粉质黏土、粉砂、砂但强度不均且较低,地下水埋深较浅,水量较丰富,地下水位高,场地属二类及其他地基条件。
三、基坑施工
白坭电排站重建工程于1998年12月破土动工,开挖基坑,填筑围堰。主泵房的基坑经过10多天的施工基本挖出雏形。接下来采取的工程措施包括有:打桩平台、轻型井点排水、木桩护坡、钢板桩支护、基坑深井降水和基面处理六个环节。
1.打桩平台
按设计要求,打桩基面高程为-3.0m,但当基坑开挖至设计高程以后,由于地下水位较高,水量较多,采用常规的边沟排水方法均未能有效地降低地下水位。
由于地基土呈现饱和状态,此时如有扰动极有可能变成淤泥质粉细砂,降低承载力,桩机就无法进入工作面操作。为了避免上述问题发生,决定采用回填1m厚比较干燥的黏土,经过整平碾压后作为打桩平台基面,从而保证了打桩施工队的顺利进场施工。
2.轻型井点排水
由于基坑开挖面下近10m深处范围内的土质均含有淤泥质,透水性差,极容易产生流沙管涌,加上在管桩施打过程中产生的震动,边坡塌方更为严重,对基坑边坡的稳定是极为不利的。
为了保持打桩平台填土不受水浸,确保管桩施工的顺利进行,经有关专家详细勘察后,在使用水泵明排水方法未能奏效的情况下,决定采取人工降低地下水位的方法,即采用轻型井点排水的方法。具体做法是用钢管和硬塑管成孔成井,沿基坑四周每隔3m布置一个6m深的井点,总共布置了40个井点。井点采用挖掘机沉压150钢管成孔,然后将带孔眼的100硬塑管用过滤布包扎后插入150钢管孔内成井,并且在硬塑管周边灌入碎米石。这样,就可用水泵先将井水抽到泵房基坑两侧的集水沟内,再用水泵将渍水排出基坑之外。
事实表明,采用轻型井点排水(井底高程约为-8m),确实在降低基坑地下水位方面起到了一定作用,在一定程度上保证了该站管桩施工的进行。
3.木桩护坡
管桩施工完毕后,对主泵房基坑做继续挖深工作,但由于地下水位未能控制在有效高度以下,结果基坑涌水较多。施工中因为基坑在靠前池和泵房左右三侧的开挖空间比较大,开挖比较顺利,但在靠出水涵管即西江一侧,却出现了边坡塌方,致使基坑开挖不能继续进行。
为保持边坡稳定,我们在基坑靠出水涵管一侧的-2.0m和-3.0m高程的坡脚处各打入了一排6m长的木桩,间距0.5m,并在木桩顶码砂包护脚。但在继续进行基坑开挖时,仍然出现边坡开裂及下滑的趋势,并有危及出水涵管地基安全的可能。这就说明光靠井点排水和木桩护坡仍然是不能从根本上解决上述问题。
4.钢板桩支护
由于泵站工程开工时间较迟,在工程开工一个多月且基础管桩已完工近10天后,主泵房基坑仍未能开挖至建基面-5.35m。为了保证工期,工程指挥部召集设计、监理、施工单位等部门有关人员共同商量,决定采用钢板桩支护截水的方案,其结果是既起到了支护作用,又起到了截渗的作用。具体做法是在靠近出水涵管一侧的基坑边坡处,即原来布置双排木桩附近布置了一排钢板桩,桩位距主泵房底板边线约3m,沿主泵房底板长边方向两端各延伸5m布置,总长为32m。钢板桩为LSⅢ型,每根长9m,桩顶高程为-1.5m,桩底高程为-10.5m,在钢板桩顶部用10mm钢丝绳拉锚加固,锚向外江出水涵管一侧,并在该侧边坡进行削坡减载,以减少钢板桩的压力。
5.基坑深井降水
采用钢板桩后,解决了基坑支护和水平截渗的问题,但仍未能降低地下水位及解决钢板桩两侧的绕渗问题。为把泵房基坑开挖至-5.35m高程以下,必须将基坑水位至少降到-6.0m高程,才能使基坑保持干燥,故需截断地下水主要补给源的渗水以及钢板桩两侧的渗水流。
为此,除采用钢板桩外,我们还在主泵房基坑左右两侧各均匀布置了4口降水井,口径为127mm,成井深度为12.0m,井底高程在-14.0m左右,井壁采用127mm套管,井下部的滤水管也用127mm套管加工,外包6层过滤布,用钻机成146mm的孔,孔内放置套管,四周回填碎米石,底部密封,用扬程为40m的小型水泵从套管内抽水,先将水抽到基坑两侧的集水沟,然后再用水泵排出基坑外。
6.基面处理
(2)深基坑工程具有很强的个性
深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此,对深基坑工程进行分类,对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的,应结合地区具体情况具体运用。
(3)基坑工程具有很强的综合性
深基坑工程涉及土力学中强度(或称稳定)、变形和渗流3个基本课题,三者融溶一起需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾,有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾,有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时,深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交*的学科,是多种复杂因素相互影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科。
(4)深基坑工程具有较强的时空效应
深基坑的深度和平面形状,对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中,要注意深基坑工程的空间效应。土体蠕变体,特别是软粘土,具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化,蠕变将使土体强度降低,使土坡稳定性减小,故基坑开挖时应注意其时空效应。
(5)深基坑工程具有较强的环境效应
深基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。大量土方运输也对交通产生影响。所以应注意其环境效应。
(6)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期
由于深基坑开挖深度一般较大,工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期,不仅是施工管理上的要求,它对减小基坑变形,减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。
(7)深基坑工程具有很高的质量要求
由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域,甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分,而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以,必须保证深基坑工程的质量,才能保证地下结构和上部结构的工程质量,创造一个良好的前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面,由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力,地下管线的某些部位出现应力集中等,故深基坑工程的质量要求高。
(8)深基坑工程具有较大的风险性
深基坑工程是个临时工程,安全储备相对较小,因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂,涉及范围广,事故频繁,因此在施工过程中应进行监测,并应具备应急措施。深基坑工程造价较高,但有时临时性工程,一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往十分严重。
1.2支护桩施工支护桩是基坑支护系统中的关键部位,负责承载外力,支撑整个支护结构。要实现支护系统的安全保障功能,必须保证支护桩的施工质量。通常情况下,支护桩分为人工挖孔桩和钢筋混凝土护臂两个部分。在实际工作中要采用吊桶的方法进行灌注桩桩孔挖掘施工,并严格控制钢筋笼安装、混凝土灌注和成孔等关键工序的施工质量。上述环节的施工质量直接关系到支护结构的整体支护能力,必须要予以高度重视,确保满足各项技术要求。
1.3土方开挖土方开挖指的是将建筑的基坑开挖出来,创造地面以下施工空间的过程。在这个工序中,除了开挖土方外,还包含将挖出的土方运离施工现场及清理施工现场于运输路线散落土方的内容,是建筑施工环境保护的重要内容之一。在挖掘过程中,要防止挖掘对地下设施的损伤,如有挖到异物或地下管线等情况发生,要立即中止挖掘工作,由专业单位进行处理,处理完成后才能继续挖掘。
1.4排桩加环撑排桩是以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。在具体施工中,排桩要与支护配合使用,从而实现房屋建筑深基坑的支护功能。施工时,先按照一定规则排布钢筋混凝土钻孔灌注桩和挖孔桩以及工字钢桩或H型钢桩,形成工程基础,然后再进行地下层级的施工,最终形成的支护结构为圆形结构,可以有效保障整个支护结构的稳定性。
1.5基坑支护监测安全性是深基坑支护工程的最基本也是最核心的要素。在深基坑支护施工过程中,要切实做好安全监测工作。通过建立全面的监测体系,施工队伍能够充分掌握支护施工全过程的发展变化,及时调整施工步骤。结构的完整性、强度、变形及位移情况等是监测工作的重点,通常情况下,从基坑开发之日起,定期对施工现场进行全面监测,监测周期一般为2至3天。如果发现问题,要立即予以解决,同时提高监测频率,需要的情况下要监测频率调整为每天一次,以保证基坑施工始终处于控制之中。
1.6环撑的拆除及换撑环撑的施工要紧跟地下墙体施工进行,即先进行墙体施工,再进行上一层的环撑拆除施工。环撑拆除前要完成换撑工程。要严格遵循环撑施工工艺,换撑强度合格后方能进行环撑的拆除工作。在环撑拆除的过程及换撑的施工过程中,要做好监测工作,排除环撑拆除和换撑过程中的安全隐患和不利因素。
1.7当支护载荷较大时,可以使用地下连续墙代替桩基础、沉井或沉箱基础。
2基坑施工技术控制要点
2.1房建深基坑施工的技术控制深基坑施工在安全性和稳定性等方面的标准很高,从而给施工细节提出了更高的要求。在实际工作中,要对施工细节予以严格管控,每一道工序完成后都要由专人检查,未能达到技术要求的一律不能进入下道工序。施工单位要成立项目管理机构,统一协调管理整个施工过程中的各项事宜,保障工程施工符合设计要求和技术规范,保证施工进度符合工期。
2.2深基坑周围的防水与止水处理由于深基坑深入地面以下,其施工过程和工程质量受地下水影响很大。一般情况下深基坑施工要选择在当地旱季进行,以防治降水对工程施工的影响。此外,在地下水量丰富的地区,要做好施工防水、排水措施,根据施工前期的调研资料制定符合施工实际条件、切实可行的防水、排水方案。
Abstract: with the rapid development of China's national economy, because of the high-rise building of deep foundation pit supporting project for cost, time limit and building the surrounding environment has great influence, deep foundation pit supporting the safety of the project construction and management to cause the attention of people.
Keywords: deep foundation pit; Support; Construction management
中图分类号: TV551.4 文献标识码:A文章编号:
近几年,随着我国高层与超高层建筑的数量飞速发展,解决高层建筑的深基础施工的安全问题也越来越引起人们的关注。根据对近年来的事故统计中来看,坍塌事故已成为高处坠落、触电、物体打击和机具伤害之后的第五大伤害,而且由于塌陷事故造成的死亡人数排在第一位。分析其主要原因在于深基坑工程工程的设计不合理,施工不当,管理不完善等诸多方面。因此,作为施工管理人员需要从深基坑工程安全方面入手,提出解决方案以避免事故的发生。
一、我国当前深基坑工程中发展现状
近几年经过工程实践的筛选,形成了适合于不同地质条件和基坑深度的经济合理的支护结构体系。主要有:搅拌桩支护,土钉墙支护,柱列式灌注桩、排桩支护,内支撑和锚杆支护,钢板桩支护,地下连续墙。水泥土搅拌桩和土钉墙是我国目前的5m以内,后者乃至10m以内的深基坑工程首选的支护形式,土层条件好时,15m左右基坑亦经常使用。前者既能挡土又能挡水,后者较多地应用于地下水位较低或者地下水位能够被疏干降低的场区。而土钉墙可以单独使用,也可以与其它支护型式联合使用。因此这也促使土钉墙支护结构成为了现如今深基坑工程中的采取的主要技术措施。
二、深基坑工程中存在的问题
深基坑工程设计可以说是一项复杂的系统工程,需要具备和掌握土力学、地质学和结构力学等多方面的学科知识,加上丰富的施工经验,才能因地制宜的设计支护的围护方案和管理办法。目前,我国的建筑工程建设正处于大发展时期,目前存在的问题主要包括以下几个方面。
1挡土墙的稳定性较差
在浅基坑6m内的挡土墙主要采用重力式水泥搅拌桩,以此作为围护是较为成功的,所以,很多单位以此作为深基坑的围护结构。但是,在这种情况下即便是采用也必须考虑地质条件、施工质量和周围环境。如果上述的条件不允许,则有可能会发生挡土墙的严重移位,使工程桩会向中心发生移位,形成开裂或者倾斜。
2现场管理不完善
深基坑工程设计必须在遵循设计原则和方案的基础上来进行,目前一些施工单位尽管有自己的设计方案,但为了节约,就会设计的比较粗糙,或是降低工程造价,随意调整支护结构,对施工中的深基坑实行对外承包,自行管理,引起基底土隆起,造成了围护的塌陷,带来了重大损失。
3在深基坑内不降水的情况下开挖土方
深基坑一般在超过6m的情况下,地层的基土一般是淤泥质粘土层,并有很多的薄层粉细砂层,这种情况下的地下水呈现较强的渗透现象,如果不进行降水,土体将发生滑动现象。
4基坑周围的堆载过多造成塌方事故
深基坑周围的堆载不能超过10~20kN/mm,但由于施工现场的狭窄,一些管材和钢筋堆积在基坑周围,这样就增加了挡墙背后的土压力,造成基坑的失稳现象。
三、深基坑的施工技术和管理
1深基坑的施工技术
由于深基坑施工过程中存在诸多的不确定因素,比如地质情况的变化造成之前设计的支护不能满足现实施工的需求,喷锚网支护如果遇到流沙或者软土层,这样稳定性也就较差,如果不及时采取新的措施,开挖就会造成塌陷事故。另外,施工未能达到支护设计要求,加上监测部门的反馈信息有误或者信息反馈不及时,施工过程中没有定期观测深基坑内的沉降量和位移量,再有对所测的资料还没有进行及时的分析和研究,并制定相应的有效应急措施就继续进行深基坑的支护安装,施工单位依然按照之前的设计方案来进行。
深基坑内经常会遇见地下水,如果不及时排水,则会严重影响支护安装的安全,如果排水会对周围的环境带来不利,这也是地下水处理过程中的矛盾现象。如果这两者不能很好地处理和协调,则容易发生工程事故的发生。深基坑周围的支护只是临时性支护,如果围护的不当也可能会带来事故的发生。在深基坑的锚喷锚杆支护中,如果锚杆头悬挂重物也会形成支护的失效。
2深基坑的施工管理分析
深基坑的现场管理的环境存在较大的复杂性,如果管理人员缺乏足够的重视,或者是施工的质量监控体系不完善,也会给施工工作带来不利,则严重影响了施工的质量。例如:在注浆法施工中,由于注浆的压力没有达到设计的要求,这样就会严重影响锚杆的抗拔力。在锚喷支护中,更改锚杆长度和孔径,灌注材料不达标或者不合格,护坡桩桩长的插入深度不够,锚拉力不够等等,这些现象如果不能及时的加以监管和控制,也易出现人员伤亡事故。
四、深基坑安全施工管理的几点建议
1深基坑工程设计的管理
深基坑工程的设计方案直接影响到支护工程的成败,所以,支护设计方案要遵循安全可靠、技术可行、经济合理的原则。我国的深基坑施工起步较晚,支护的设计相对还存在诸多的现实问题。据资料统计显示:有很大比例的施工事故是由于施工技术原因造成的,分析主要原因在于设计科学的指导,存在一定的盲目性,荷载的取值存在问题,支护方案的选择不当,还有一些无证挂单现象等等。所以,在这种情况下,深基坑工程的设计人员必须熟练掌握相关的专业理论知识,熟悉本地的水文地质状况,结合周围建筑和环境的基础上,进行合理有效的基坑支护设计。作为工程管理人员在深基坑工程施工之前要认真审核施工方案,使每一道工序都能按照既定的程序合理有效的来展开。另外,深基坑工程的设计方案要选择较为有经验的设计单位和人员来设计。
2施工组织设计的审定
深基坑的施工组织设计是有效指导施工的重要文件,如果盲目照搬其他施工单位的设计方案。没有按照具体的工程施工来进行组织设计,或者设计的简单潦草,这样基本上没有任何指导意义。所以说,对于施工的管理部门来说,监理人员需要对施工单位提交的组织设计进行认真的审核,并提出修改意见,如果存在问题,应及时地督促修改完善,并按照程序的要求进行申报,批准后才允许施工。其中,监理部门审核的主要内容表现在以下几个方面:施工平面图、基坑开挖方式、监测布置、基坑的支护和降水措施等等。
3质安方面的管理
施工质安方面的管理指的是在施工过程中做好施工材料的检验工作。首先,对于所用的材料必须有出厂的合格证书,并送检合格以后才能允许使用,坚决杜绝不合格材料的用于工程中。其次,工程施工的管理需要从技术和安全入手,让一些责任心强、专业技术过硬的人员来实施施工过程的管理工作,并建立以项目经理为核心的安全监管服务体系,明确安全职责,并签订相关的安全责任书。再次,要做好安全意识的教育工作,树立“安全第一、预防为主”思想理念,不断强化施工人员的安全责任意识,并落到实处。最后,对深基坑工程施工过程中的一切安全隐患要明示挂牌,时刻提醒施工人员注意安全,对于一些常见的质量隐患或者容易出现问题的地方,要提前预防或者制定相关的避免措施。
4实现信息化施工过程管理
深基坑的支护设计施工是在考虑诸多影响因素的前提下进行的理论工作,但是,具体的可行性与否还是需要经过实践的检验,如地质条件的相符性;施工中支护的变形情况还需要通过监测和管理来进行。所以,对于施工过程投入一定的资金进行施工的监管才能取得良好的施工效果,这样也保证了施工的安全性。在有些情况下,由于深基坑的支护移位或者失衡,引起周围建筑的倾斜或者沉降,这些也都需要具体的监测来证实。而监测的结果只是施工单位对于施工过程中的一些问题或不足提供信息反馈,并使之及时的调整施工方案,这就是深基坑工程中的动态设计与施工过程的信息化。
中图分类号:TU74 文献标识码:A
基坑工程可以说是岩土工程中实用性和经验性都较强的学科,它既保留着古老特色,有传递着现代的时代特点。现在的工程越来越复杂,施工难度以及环保的要求也不断增加,基坑越来越深所带来的问题频发,需要我们严谨对待。
一、深基坑支护介绍
1、钢板桩支护
通过锁口或者钳口的热轧型钢制成了钢板桩,板桩连接就形成了钢板桩墙,能够进行挡土、挡水等。通常情况下我们所使用的各类钢板桩截面有U形、Z形、直腹板形等。钢板桩施工简单、应用广,但噪声大,容易造成相邻地基变形,因此,一般不在人口、建筑密集处使用。此外,钢板桩自身柔性较大,锚拉或支撑系统一旦不当,就可能出现较大变形,所以基坑支护深度通常不会超过7m,否则就停止使用。而地下室施工结束后需拔出钢板桩,对周围地表土和地基土有一定影响。
2、深层搅拌桩支护
深层搅拌桩利用石灰或水泥作固化剂,用深层搅拌机把固化剂和软土强制搅拌,经物理、化学反应,软土硬结成桩体,水稳定性、整体性、强度都比较好。此支护多用格栅形式,即重力坝式挡墙。如果基坑是二、三级基坑且坑深不超过7m,坑边至红线距离充足,通常优先使用此方法,因为其水泥不透水,能挡水又能挡土防渗效果良好。深层搅拌桩为重力式结构,内部无支撑,自身重量就能保持稳定抵抗侧向力,可方便基坑内地下结构施工和机械挖土,简单易行,材料仅是水泥,费用低。对于一些情况比较特殊无法增大墙厚而又需严控变形的,在增设抗剪插筋和围檩后可增设支撑,加大嵌固深度和基坑内土体加固都是限制变形的有效方法。
3、排桩支护
排桩支护是柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻灌注桩来作挡土结构。其间隔布置包含桩与桩有一定净距疏排布置和相切密排布置。柱列式灌注桩有较好刚度,但各桩间连系差须在桩顶浇筑较大截面钢筋混凝土帽梁,为防止地下水并夹带土粒从桩间孔隙流入坑内,需同时在桩背或桩间用高压注浆,设深层旋喷桩、搅拌桩等,或桩后专构防水帷幕。灌注桩施可用人工或机械挖孔,无需大型机械,施工简单,无打桩振动、噪声和挤压周围土体危害。同时,其成本较较地下连续墙也比较低。
二、深基坑支护施工中存在的问题
1、土层开挖和边坡支护不配套
常见支护施工滞后于土方施工很长一段时间,不得不二次回填或搭设架子。通常,土方开挖技术含量相对较低,工序简单,组织管理容易。而挡土支护的技术含量高,工序较多且复杂,施工组织和管理都较土方开挖复杂。所以施工中,大型工程均是由专业施工队来分别完成土方和挡土支付工作,而且绝大部分都是两个平行的合同。这样在施工过程中协调管理的难度大,土方施工单位抢进度,拖工期,开挖顺序较乱,特别是雨期施工,甚至不顾挡土支护施工所需工作面,留给支护施工的操作面几乎是无法操作,时间上也无法完成支护工作。
2、边坡修理达不到设计、规范要求
常存在超挖和欠挖现象,一般深基础在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡土支护的砼初喷工序。而实际开挖时,由于施工管理人员不到位,技术交底不充分,分层分段开挖高度不一,挖机械操作手的操作水平等因素的影响,使机械开挖后的边坡表面平整度,顺直度极不规则,而人工修理时不可能深度挖掘只能就机挖表面做平整度修整,在没有严格检查验收时就开始初喷,故在挡土支付后出现超挖和欠挖现象。
3、成孔注浆不到位、土钉或锚杆受力达不到设计要求
深基坑支护所用土钉或锚杆钻孔直径为100—150的钻杆成孔,孔深少则五、六米,深则十几、二十多米,钻孔所穿过的土层质量也各不相同,钻孔如果不认真研究土体情况,往往造成出渣不尽,残渣沉积而影响注浆,有的甚至成孔困难、孔洞坍塌,无法插筋和注浆。再者注浆时配料随意性大、注浆管不插到位、注浆压力不够等而造成注浆长度不足、充盈度不够,而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求,影响工程质量,甚至要做再次处理。
三、岩土工程深基坑支护工程的防治措施
1、重视变形观测,注意及时补救
变形观测有:基坑边坡变形观测、周围建筑及地下管线变形观测等。分析监测数据,了解土方开挖及支护设计应用,分析偏差及时了解基坑土体变形及土方开挖对沉降的影响还有地下管线变形等。在进行下部施工时及时校正设计偏差,对已施工部位采取补救措施。现场变形观测数据须可靠、准确、及时,观测人员严格按预定方案精心测量。如果实际测量确有异常,需及时采取措施防止恶化。一旦有大变形或滑动,立即分析原因,做出可靠加固设计施工方案。对于重大复杂的基坑工程进行专家论证,保证工程安全、降低造价。
2、转变传统深基坑支护工程设计理念
在大量实践经验的基础上,已初步探索出岩土变化支护结构受力规律,但岩土深基坑支护结构实际设计和施工方法仍在探讨阶段。另外,我国还缺乏一个统一的支护结构设计规范标准,土压力分布还按库伦或朗肯理论确定,支护桩仍用“等值梁法”计算,旧理论计算出结果与深基坑支护结构实际受力悬殊较大。所以,深基坑支护结构工程设计不应再用以往“结构荷载法”,而应改变传统观念,逐步建立以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系。
3、全程控制基坑支护施工质量
岩土深基坑支护施工重点是过程控制,我们须严控施工过程管理,按设计方案进行施工,确保施工质量。施工前,需先熟悉当地地质资料、施工设计图纸及施工周围环境。此外,确保降水系统工作正常,施工中不得随意更改锚杆长度、位置、数量、型号、加强筋范围、钢筋网间距、放坡系数等,变更方案必经专家评审。
基坑支护要与挖土配合,分段分层开挖和分段分层支护。开挖土方顺序和方法须与设计一致,遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”,均衡开挖,对称开挖,缩小土体开挖扰动范围,缩短基坑开挖卸荷后无支撑暴露时间,利用土体自身开挖中位移控制能力。深基坑开挖中防止碰撞支护结构、工程桩或挠动基底原状土,如有异常,立即停工并查明原因进行补救。岩土深基坑开挖完,提醒相关建设单位尽快验槽,及早进行地下结构施工,严禁基坑长时间暴露。回填基坑前,不得破坏支护层,特别是坡脚部分。
四、深基坑技术发展趋势
现在大多数深基坑工程如果有支护,其基坑开挖也以人工开挖为主,效率低,今后须研制小型、灵活、专用地下挖土机械,加快施工进度。此外,基坑向大面积、大深度发展,周围环境更复杂,深基坑开挖与支护难度更大,从造价和工期来看,两墙合一逆作法必将成为今后发展重点。但逆作法受桩承载力限制,不能是一柱一桩,而是一柱多桩,增大了施工难度和成本。今后研究需解决单桩承载力增强,沉降降低,中柱桩减少到一柱一桩,上部施工速度限制放开,加快进度,缩短总工期。
土钉支护的大量施行让混凝土喷射技术得到长远发展,为减少回弹量及环境保护,干式喷射混凝土将逐渐被湿式喷射混凝土取代。同时,为减少基坑变形,推广施加预应力法,采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体加固。
结论
随着高层、超高层及地下工程的不断涌现,基坑工程要求也越来越高,问题也越来越多,我们工程技术人员须从全新角度去审视这一古老课题,用新经验、新理论、新方法来为工程建设保驾护航。
中图分类号:TU4 文献标识码:A 文章编号:
前言
随着我国经济的发展,城市中的用地越来越紧张,这突出表现在密集型的大城市,所以改造开发大型的地下空间来解决用地紧张的问题在这几年已经逐渐成为一种趋势,随着这种趋势的愈演愈烈,地下空间的开发愈来愈大,开挖深度也逐年加深,对深基坑支护技术的需求日益旺盛,要求也越来越高。同时,高楼越盖越高,高楼的稳固与深基坑技术也密不可分。现在,在全国的不同地区,在不相同的地质条件下,深基坑支护技术已经取得不少的成功经验,但是仍存在一些问题需进一步改进或提高,以适应现代化经济建设的需要。比如在软土上进行基坑建设所要面临的一系列问题就是我们必须尽快解决的问题。假如在设计时稍有不慎,在施工过程中不仅会危及基坑本身安全,可能还会殃及临近的建(构)筑物或各种地下设施,从而造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此,在软土地基上进行支护工程设计时必须充分考虑软土的工程特性和深基坑工程的复杂性,确保基坑的稳固安全。其中对土压力的研究是极为重要的。
什么是软土地基深基坑支护建设中的土压力
所谓土压力,就是在工程建设中,作用在支护结构和土体界面上的压力,是作用于挡土支护结构中的主要荷载,它的形成是由土层的自身重量,土层所承受的长期的压力所产生的。在大型的深基坑工程建设中,很重要的一项工作就是准确的估算土压力,这对整个基坑建设的顺利圆满完成具有不可忽视的重要作用。根据挡土墙的位移情况和墙前土体所处的应力状态,传统土压力分为静止土压力、主动土压力、被动土压力三种(图2-1)。
对影响软土地基深基坑支护中土压力影响因素的分析
土压力的大小和分布的规律是同支护结构的水平位移方向和大小、土的性质、开挖深度及支护结构物的刚度等众多的影响因素相关,具体的来说。我们可以把它分为以下几种:
一是深基坑建设场地的岩石、土壤的成分状态及其性质特点。不同的地区的土地因为受不同的气候环境,地理环境,人为因素的影响会产生不同的岩石和土壤。它们的组成成分,结构构造,水分含量等等都是各不相同的,对基坑建设中所产生的土压力自然也有着不同的影响,从而产生不同的土压力。
二是不同施工单位在建设基坑支护时对设计参数的选取和测试方法的不同所产生的影响。不同的建设单位有着不同的水平和高度,对建设工程所抱有的理念和设计思想也是不一样的,他们在建设工程的过程中,依据自身的经验在设计时所选取的参数和测试的方法是不一样的。并且,试样都是从建设施工区域的局部取出来的,不同的单位会选取不一样的区域。这就导致对施工现场的岩石和土壤的测试所得到的指标是不一样的,这为接下来工程建设所提供的资料和信息也是不一样的,从而使得在施工的时候,采取不一样的施工方式,所产生的土压力也就必然是不一样的了。
三是施工现场的深基坑支护产生的土压力的计算方法的影响。土压力的计算方法有很多,除了Rankine和Coulomb土压力理论外,目前具有代表性的一些研究成果有:考虑施工过程的土压力增量分析计算方法;考虑开挖深度变化的土压力计算公式;根据桩身弯矩反分析土压力的数值分析方法;考虑时间因素和挡墙位移变化的土压力计算方法等等。不同的计算方法极有可能得到不一样的土压力值,可见,对计算方法的选取也是一件相当重要的事情。
四是基坑的施工现场支护体与土体之间的摩擦力也会对土压力的分布和大小产生影响。不同的支护体与土体之间的接触方式是不一样的,抵抗土压力作用的位置和强度也就是不一样的,支护的刚度、形状、和坑体作用力都会使两者之间的摩擦力产生变化,从而导致土压力的大小和分布情况产生变化。
五是各种其他因素之间的相互作用的影响,包括周围建筑物,施工的时间长度,施工人员的经验,能力和素质以及各种天气等等因素都时时刻刻的对基坑的施工现场产生影响,是土压力的大小和分布发生变化。
对软土地基的基坑建设中的土压力的一些看法和相关解决措施
一是切实加强对土压力相关问题的理论研究。理论永远是实践最好的指明灯,当然也不是空泛的探讨理论,要结合基坑建设的具体实践,配合长期的观察,资料统计来进行研究,争取在计算方法上能有新的更好的突破,对水土本身特征的了解,对压力相关知识的研究等等也必须是相伴的,只有在这些小的细节,各个单元部分上有所掌握和思考,才有可能在整体上找到突破。
二是建立区域性岩土信息管理系统。借助地理信息技术和数据库技术,建立全国范围内,尤其是大中城市区域性的岩土信息管理系统。该信息系统主要包括地层、水系的赋存特征,岩土的结构、组成、力学指标、流场的变化等。信息来源可通过大量已建在建工程的勘探、施工、监测结果,外加适当的补勘成果。拟建工程,可查询相关区域工程特性信息并做必要的补勘修正即可,不仅工程类比性好,且可减小岩土区域性和个性的影响。
三是尽量采用扰动较少的原位测试法获取设计参数,并选择有代表性的区域进行实际土压力的监测,利用这些实测的土压力反分析设计参数,并和原位测试获得的设计参数对比,建立其试验参数的修正关系。
四是加强基坑建设过程中的监测力度和水平,要实时的动态的监测现场施工的流程和情况变化,对每个阶段完成后的土压力及与其相关的因素都做细致的研究,一段发生变化,及时反映情况,做出应对举措,并把参数变化的结果记录在案,为以后的土压力研究提供实际的有效的参考资料和数据,为下一次的工程建设提供参考意见和指导。
五是采用动态支护技术的变形控制理念。基坑工程是一个典型的不确定性系统工程,受不确定因素影响显著” 。完全考虑到所有可能的影响因素并准确度量各因素可能的影响大小是非常困难的。设计中只能做到向真实土压力的无限接近,工程中只能借助于足够安全可靠的支护措施。但不确定因素引起的土压力变化既可能增大,也可能减小,不能一味采用安全系数很大的支护方法,浪费成本和延长工期。实践中可考虑采用能随土压力增减变化而相应动态调节支护能力的支护工艺。
五.结语
基坑开挖与支护技术的发展水平,在一定程度上标志着一个国家工业建设和建筑水平的高度,它从一个侧面反映了这个国家城市建设人员的能力和素质水平。从整个全球的发展和趋势看,我国工程建设技术,尤其在基坑支护水平上,还是有所欠缺的,为了适应经济的告诉发展水平,还必须继续深入研究和开发这方面的技术。软土地基不仅在空间上发生了变化,而且随着时间的变化其性质也在发生变化。众多不确定因素的影响,造成了理论分析结果与实际的差异。因此,在处理软土地基时,应认真进行调查,重视施工过程中的动态观测,随时进行调整。软土地基的处理一定要遵照“因地制宜、综合考虑”的原则进行。在基坑开挖与支护领域中,人们已应用各种手段和技术措施,集中解决了一个又一个工程问题和难题。相信今后在不断完善、认识和提高深化的过程中,必定会将这一工程领域的技术水平推向更新的高度,为岩土工程总体增添更加丰富的内容。通过本文,对软土地基深基坑支护中的土压力做了相应系统而又全面的介绍,对其产生原因和解决措施探讨的比较深入。然而,土压力相关的问题不仅仅只有这些,各方面的看法和理解也是各不相同的,鉴于土压力问题在基坑建设中的重要地位,对其的研究是不能停止的,各个研究者的相互交流探讨也是相当重要的。希望土压力的研究在未来的几年时间内能有长足的进步,为基坑建设提供更好的参考依据。
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随着城市经济建设的发展,土地资源越来越紧张,尤其是一线城市,这种现象尤为突出。为了缓解这种现状,开展的地下施工也越来越多。为了有效避免基坑工程施工事故,合理选择基坑支护优化方法已成为工程建设必不可少的重要环节。
在深基坑工程中,一个合理的支护方案既能保证安全,又能节约成本。对深基坑支护方案的优化,工程技术人员和科研工作者在不断的探索和尝试当中,从最初的经验分析法到近代的数学理论、数值分析法,现已将越来越多的科学方法应用于深基坑支护优化当中。
1.深基坑支护优化方法
1.1定性分析法
定性分析法即根据工程经验对支护方案进行比选,从而判断出对于某一个特定的深基坑工程的一个或几个相对最佳的开挖支护方案。这种方法需要有丰富的工程经验,需充分了解各种支护型式的优缺点、适用范围以及与基坑相关的一切工程信息。根据深基坑支护优化选型的依据,可按流程图1进行优选。
1.2经验加权评分法[1-3]
在深基坑支护中,对于A、B、C、D、E等几种方案往往很难判断哪一个方案更优越。因为每一种方案都有其特点,有的比较经济,有的施工速度快,有的对环境影响小,有的安全度高。而这些方面又很难直接进行量化的对比,便给方案比选带来一定的困难。比如在北海地区,土钉墙支护与桩锚体系谁更适合使用,从理论优化上讲,主张应尽可能地采用土钉墙方案。但往往进行方案优选的目的是在激烈的市场竞争中取得合同,这里便涉及到业主的思维定位问题。在实际运作时,就有可能会因业主认为“土钉墙不如桩锚体系可靠”而失去合同。为了解决上述问题,可采用比较方便的经验加权评分法进行方案比选。我们知道,评价一个方案优劣的主要依据是可靠性、造价、施工难度、工期、环境影响以及对其它工序的影响等儿个方面,对此,可以得到下表1所示的经验加权评分表,其中Xij代表i方案在j指标下的得分,ωj为方案确定人对j指标与其它指标相比时的权重。
这种评定方法所得到的评价结果的正确性主要取决于方案评审人评分的结果是否科学、准确与可靠。其核心问题是「Xij和{ωi}的确定方法,{ωi}需进行考虑后才能决定,一般条件下ω1≥ω2≥ω3≥ω4≥ω5≥ωn,具体情况视实际工程而定。
1.3层次分析法[4-7]
层次分析法(Analytical Hierarchy Process,简称AHP法)是美国数学家A.L.Satty在20世纪70年代提出的一种定性和定量分析相结合的评价方法。深基坑支护系统是一个相当复杂的系统工程,影响因素众多,其设计必须满足安全性、经济性和可行性这三个基本要求,对于市区内工程,环境保护及文明施工也是十分重要。层次分析法就是根据支护方案的基本要求选择指标,构造层次模型,通过确定评定原则构造判断矩阵;然后对层次单排序、总排序来评价支护方案的优劣性的方法。
1.4模糊综合评判法[8-10]
假设有n种支护方案,以来表示;影响支护方案的因素有m个,以U={u1,u2,…,um}来表示,其影V={v1,v2,…,vn}响程度不同,因此它们的权重也不一样。综合评判是V上的一个模糊子集B={b1,b2,…bn},其中bj(j=1,2,…n)反映了第j种评判vi在综合评判中所占的地位,综合评判依赖于各个影响因素的权重,它是U上的模糊子集A={a1,a2,…,am},其中ai(i=1,2,…m)是第i个影响因素的权重。模糊综合评判法就是根据模糊映射和模糊变换理论,建立从U到V的模糊映射f,并由模糊映射f诱导出的模糊关系确定模糊矩阵R(单因素评判矩阵),然后通过模糊运算B=A・R得到综合评判B,最后根据最大隶属原则优化出最佳支护方案的方法。
此外,随着人工神经网络广泛应用于工程实践,神经网络评价法也引入了深基坑支护方案优化中,为深基坑支护方案优化提供了新的途径。
2.结束语
随着社会的发展,深基坑防护对整个城市的经济建设日益突出。可以预见,
随着各种科学计算方法不断涌现,且在计算机技术日新月异的今天,传统的深基坑防护技术将会得到完善和提高,新颖的深基坑防护技术也将会不断呈现。
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中图分类号:TU74文献标识码:A
一、深基坑支护的特点
深基坑支护主要应用于房屋建筑、地下工程、桥梁工程等基础设施。它的作用是确保主体工程基础部分的顺利实施,而支护的成功与否直接影响工程经济效益、工程进度、施工安全。深基坑支护是为完成建筑产品而采取的临时措施之一。一旦完成了基础工程后,也就完成了它的使命,施工成本高。支护下程一般都是按恳臂构件来考虑的,随着深度的增加悬臂的长度也增加或者是在中间部分增加内撑。受地质条件、地下水的情况、岩土成份的不同也会直接影响支护丁程的造价。它的施工技术有:桩基工程、喷射砼技术、锚杆技术、钢筋砼、多层支撑换撑、土方开挖、基坑排水、地基土处理等。
二、目前深基坑支护存在的问题
(一)支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当
深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度,但由于地质情况多变且十分复杂,要精确地计算土压力目前还十分困难,至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题,尤其是在深基坑开挖后,含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值,很难准确计算出支护结构的实际受力。
在深基坑支护结构设计中,如果对地基土体的物理力学参数取值不准,将对设计的结果产生很大影响。土力学试验数据表明:内磨擦角值相差5。,其产生的主动土压力不同;原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力,则差别更大。施工工艺和支护结构形式不同,对土体的物理力学参数的选择也有很大影响。
(二)基坑土体的取样具有不完全性
在深基坑支护结构设计之前,必须对地基土层进行取样分析,以取得土体比较合理的物理力学指标,为支护结构的设计提拱可靠的依据。一般在深基坑开挖区域内,按国家规范的要求进行钻探取样。为减少勘探的工作量和降低工程造价,不可能钻孔过多。
(三)基坑开挖存在的空间效应考虑不周
深基坑开挖中大量的实测资料表明:基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡的失稳,常常以长边的居中位置发生。这足以说时深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲,这种平面应变假设是比较符合实际的,而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以,在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时,支护结构要适当进行调整,以适应开挖空间效应的要求。
三、基坑支护施工阶段的质量控制措施
施工阶段是项目实施的关键阶段。监理上程师应根据地质勘探资料和当地水文气候条件,结合当地深基坑下程施工的经验和条件。确定工程的关键项目,要求施工单位制定专项施工方案报监理机构审核,‘并强调要制定突发事件的应急预案。
(一)深基坑工程的施工
深基坑工程包括挖土、挡土、围护、防水等环节,是一项复杂的系统工程,任何一个环节的失误都有可能导致施工失败,甚至造成事故。施工单位要严格按照施工规程、经批准的施工组织设计及相关的技术规范组织施工,对各施丁要点要制定施工方案,并加强过程控
制。例如,确定土方开挖方案时,应对地质勘测报告、周围建筑物及地下设施情况等信息进行分析,对特殊土质需精心组织施工,膨胀土地区不宜在雨季开挖,软土地区分层开挖的深度不宜太大。
(二)深基坑周围土体止水效果的控制
在地下水位较高的地区,地下水对深基坑工程施工带来的危险程度是相当高的。由于水的来源复杂,在制定止水方案时应从深基坑工程的防水、降水和排水三个方面考虑,根据地质勘察部门提供的地质资料。深入分析地下水的成因。了解深基坑周围环境,不能仅靠长时间不问断地抽水来降低地下水位,否则会导致基坑周围土体流失,周围建筑物不均匀沉陷,甚至发生坑底流沙、管涌等现象,增大了处理难度,拖延了工期。
在止水帷幕施工时要注意以下几点:
1.保证桩体质量。确定合理的水泥浆掺加量,保证桩体搅拌均匀、桩长达到设计深度,避免桩头出现搅而无浆的情况,特别是在土层情况变异较大的地区,因搅拌桩的桩径不易控制,容易导致止水失效。
2.保证桩的搭接长度和密实度,杜绝空洞、蜂窝及桩头开叉的现象。
3.不得随意在基坑支护结构上开工,否则会影响支护结构的安全。也破坏了止水帷幕,导致地下水的渗入。
(三)深基坑支护的信息化管理
基坑支护结构信息化管理的主要手段。是安排专业施工监测人员对基坑现场及周围建筑物进行监测,根据基坑开挖期间监测到的基坑支护结构或岩土变位等情况,比照勘察、设计的预期性状,动态分析监测资料,全面掌握位移变化的大小、方向、变化频率,对照报警标
准。预测下一阶段工作的动态,及时对施工中可能出现的险情进行预报,超过位移设定的预警值时,应及时采取有效的应对措施,确保工程安全。
深基坑支护结构工程监测的主要内容有:支护结构顶部水平位移;支护结构沉降和裂缝;临近建筑物、道路的沉降、倾斜和裂缝;基坑底隆起的观测等。以上监测除每天进行目测之外,一般每8~10m设一个监测点。关键部位适当加密,开挖后每3—5d监测一次,位移大时应适当加密。观测结果要真实反映所测目标的动态趋势。并绘出变化曲线图,以传递险情前兆信息,找出险情发生的必要条件,如地质特性、支护结构、临近建筑物、地下设施等,结合相关的诱发条件,根据基坑支护结构的稳定性计算结果进行科学决策。以排除险情。开挖较深的基坑时。还应测试支撑的内应力,当应力值达到设计值的90%(或支撑变形达10mm)时,要及时采取防范措施。
[中图分类号] U45 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-4-259-3
1 工程概况
该基坑工程位于杭州下沙经济技术开发区,分为86-1和86-2二个地块。其中86-1地块为住宅用地,总用地面积为41109m2,设有连通的二层地下室,地下室建筑面积为50338m2。86-2号地块为商业用地,南侧紧邻地铁隧道,总用地面积为28734m2,设有三-四层地下室,地下室建筑面积为125950m2。本工程±0.000相当于绝对标高6.300m,基坑周边自然地坪相对标高为-0.150m(即绝对标高6.150m)。
综合考虑承台、电梯井和地梁的间距和密度,取基坑底标高为-8.850m、-10.050m和-15.800m,设计基坑开挖深度为8.70~15.65m。设计基坑安全等级为一级。
1.1 基坑环境条件
用地红线以南为九沙大道,九沙大道下有杭州地铁下沙中心站的主体结构及隧道。下沙地铁中心站主体结构顶面标高为绝对标高3.500m,板底标高为绝对标高-9.39m~-11.39m,采用钢筋混凝土框架结构,地下连续墙“二墙合一”围护(墙底绝对标高为-24.00m),距基坑边的距离约为27.10m。地铁隧道中心点绝对标高-6.090m,直径6.2m,壁厚350mm,轨顶绝对标高-7.950m,隧道与基坑边的距离约为7.70m。九沙大道市政管线,埋深在0.6m~2.80m之间,距基坑的距离在1.1m~47.8m之间(图1.1)。
1.2 工程地质条件
根据场地岩土工程勘察报告,场地土体可分为七个大层,十八个亚层。基坑开挖影响范围内各土层主要物理力学性质指标见表1.1所示。
2基坑围护结构设计
2.1基坑的围护结构型式选择
86-2地块基坑采用内撑式围护结构,围护墙分别采用地下连续墙和钻孔灌注桩排桩墙;本基坑基坑东侧南段、南侧和西侧南段临近地铁车站及隧道,采用地下连续墙围护结构。对于临近地铁隧道的1A-1A剖面,在地连墙外侧增设一排钢筋混凝土排桩墙。86-1地块采用拉锚式围护结构,围护墙采用钻孔灌注桩。
2.2支撑体系设计
86-2地块周围环境条件比较复杂,临近有地铁轨道及车站需保护,因此考虑采用三层内支撑的围护方案。在支撑的竖向布置上,共设置三道钢筋混凝土内支撑。支撑顶标高分别确定为-1.50m、-7.20m和-12.20m。
3基坑开挖对邻近地铁隧道影响分析
3.1计算模型与参数
基坑长度约250m,且与地铁隧道基本呈平行布置,属于比较典型平面应变问题。分析软件采用岩土工程专用有限元软件Plaxis。Plaxis软件分析时,地基土为两相连续介质材料,无须将桩土等简化为弹性地基。本次分析桩体材料采用线弹性模型,土体材料与桩土界面采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,桩土单元均采用高精度的15节点三角形等参单元,桩土界面采用Goodman单元。
3.2分析模型与参数
基坑开挖、降水施工对隧道影响的分析模型为平面应变分析模型,如下图3.1所示。坑外土体计算范围50m>3h,h为开挖深度;模型两侧水平向约束,底部竖向约束;考虑降水引起的渗流场及其对土体应力场的影响,模量两侧为侧向水源补给,坑外水头分别降至地表下4m与8m,坑内采用深井降至开挖面以下0.5m,粘土层为不透水层;分析方法采用有效应力法,土体材料与桩土界面强度和变形参数均为有效应力指标。地连墙、支撑结构砼强度C30,弹性模量Ec=30GPa。
基坑开挖对地铁隧道影响的分析模型如图3.1所示,分析软件为岩土工程专业有限元软件Plaxis 7.2。地铁隧道外径6.2m、壁厚350mm、6片拼装,拼接处按铰接考虑。地连墙与灌注桩外侧有一道?850@600三轴水泥搅拌桩,水泥土的割线模量E50取260MPa。水平支撑刚度取主支撑与板带截面抗压刚度。
3.3基坑开挖对地铁隧道影响分析
开挖与降水计算工况根据施工步骤共分为7个工况(包括4次开挖和3次换撑),见表3.2。
各个施工工况的位移场、地连墙的侧向变形分析结果(最大值)如图3.2~图3.4所示,隧道变形与隧道管片压力如图3.5~图3.9所示。
由前述分析可见:
(1)受基坑开挖、降水等因素的影响,南侧地连墙最大变形为27.5mm,小于0.18%H(28.2mm),满足环境保护要求为一级的基坑变形控制要求。
(2)在基坑开挖及地下室施工期间,隧道1最大水平位移为7.0mm、最大沉降为3.6mm;隧道2最大水平位移为13.3mm、最大沉降为4.8mm。
(3)地下结构施工完毕停止降水后,隧道1残余水平位移为6.2mm、残余沉降为0.5mm;隧道2残余水平位移为11.5mm、残余沉降为3.0mm。
(4)基坑施工对隧道管片压力的影响很小。
4结论
本文以杭州下沙某深大基坑工程为背景,通过及基坑开挖对地铁环境效应的数值分析,研究得出以下主要结论:
2.采用PLAXIS分析了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,分析表明基坑开挖对地铁隧道结构的内力影响较小;地铁隧道的变形均小于15mm。
基坑施工工序较多,现场工况与模拟分析时的工况可能存在不一致,导致结合工况来分析基坑围护结构的受力及变形相当困难。本文分析时,适当做了一些简化,很难做到预测分析和实际施工完全吻合。考虑真实工况可以获得与实际更为接近的结果。
数值计算时岩土参数的选取对计算结果的影响很大,然而由于岩土材料和工程地质的复杂性,极难选取精确的、合适的参数来反映现场实际。进一步考虑岩土材料在不同应力路径和不同应变水平下参数取值,可以更为准确地预测基坑开挖对周围环境的影响。
参考文献
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[8]汪乃权等.复杂环境条件下基坑围护结构变形与稳定控制[J].浙江建筑,2009.
Research on the axial force in a long strip of sloping pit
Zhao Chengcheng1Guo Zhixing2
(1.Tianjin Huaxing Survey and Design Co., Ltd. Tianjin 3002412. Tianjin Gangjin Architects & Engineers Co., Ltd. Tianjin 300308; )
ABSTRACT:the deep excavation is a Complex process of dynamic change when Interaction between envelope and soil, there are many uncertainties in the course of excavation. This paper analysizes the axial force of support in the course of excavation through measurement and simulation in two ways, then summed up the value of axial force with the conditions in the process of excavation.
KEY WORDS: deep foundation pit ; underground diaphragm wall;axial force of support;3D finite element
中图分类号: TV551.4 文献标识码: A 文章编号:
1.工程概况
研究段内地下连续墙深度18-23.5m,混凝土的强度等级为C30,地下连续墙内侧设置衬墙。竖向支撑道数为1~5道,采用Φ609钢管支撑,支撑的纵向间距为3m,坑内设置2~4排Φ402×12钢管工具柱,工具柱之间设置纵向型钢系梁。
2、实测分析
此隧道基坑工程监测点很多,本文选择了具代表性的三个标准段支撑轴力变化情况进行研究。本文研究随着开挖时间的推进,钢支撑轴力的变化规律,及四道支撑间的相互影响。具体分析如下:
图1 支撑轴力随开挖时间的变化曲线
钢支撑轴力分析结果:
(1)第一道撑在安装完的一段时间内,轴力变化基本较平缓,随着第二层土方的开挖,第一道支撑轴力逐渐增大,最大值约为500kN,但待第二道支撑安装完并发挥作用后,第一道撑轴力开始逐渐减小,最后趋向稳定。
(2)第二道支撑的轴力变化曲线与第一道撑类似,但是第三道支撑安装以后,轴力出现大幅度下降,因此第二道支撑轴力从开始就持续增大,第三道撑轴力出现回升后,第二道撑轴力才慢慢减小,最终趋于稳定。
(3)第一道钢支撑安装之初,轴力值随开挖时间呈现增大的趋势,随着第二道支撑的安装,第一道撑的轴力开始出现减小的趋势,最后在第三道撑安装完成后,第一道撑轴力趋于稳定;第二、三道支撑轴力的变化规律与第一道撑轴力变化近似一致,最后一道支撑轴力始终处于较稳定状态。这是因为每道支撑发挥作用是在下一层土方开挖但下一道支撑尚未安装期间。
(4)基坑开挖过程中,从第一道撑到最后一道撑,钢支撑轴力基本处于增大的趋势,轴力增大值基本在300kN左右,因此在基坑设计时,为了经济效益,从上到下,其支撑的截面可以适当减小。
3、模拟计算结果分析
模拟计算后,支撑取S11方向的应力,然后通过应力与轴力间计算公式:F=σ×A,其中F为轴压力,σ为模拟计算得到的应力,A为钢支撑的截面积。
图2支撑轴力随工况的变化曲线
分析结果:
(1)第二层土方的开挖期间,第一道撑的轴力会出现大幅度增加过程,随着第二道支撑开始发挥作用,第一道支撑的轴力开始逐渐减小。
(2)第二道支撑安装后,轴力值也出现小量增长过程,但到第三道支撑完成后,第二道支撑轴力开始慢慢回落。
(3)随着第四层土方的开挖,第三道支撑的轴力也逐渐增大,而第四道支撑自安装后就一直较稳定,轴力值约为1470kN。
4、模拟与实测对比分析
图3 模拟与实测支撑轴力对比曲线
分析结论:
(1)模拟支撑轴力与实测轴力的变化趋势近似一致,从第一道支撑轴力到第四道支撑,其轴力基本呈增大趋势,且随着下一道支撑开始承担作用,每道支撑的轴力就开始逐渐减小。
(2)实测中,每道支撑轴力波动较大,但最终都趋于一稳定值,而模拟轴力并没有稳定阶段,分析原因,实测监测中,随着底板的完成,整个基坑的变形都趋于稳定,而模拟结果就是按设置的四个分析步得出的。
结论
本文通过实测与模拟两方面对条形坡基坑开挖过程中支撑轴力变化进行分析,从而为以后相近工程起到了施工超前预测、预报的效果,提高类似工程的设计、施工的可靠性。
参考文献:
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3.蒋洪胜,刘国彬,软土深基坑支撑轴力的时空效应变化规律研究,岩土工程学报,1998,20(6):105-107
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