建筑深基坑支护设计与施工存在的问题与解决对策

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shigoujushi
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  前言:
   近几年来,高层建筑的迅速兴起,促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验,一大批新技术,新结构,新工艺不断涌现,取得了不少的经验,但也存在了问题,本文分析了产生的原因,并提出了相应的施工管理对策。
  基坑支护的重要性
   目前,在岩土工程中基坑施工时,为确保施工安全,防止塌方事故发生,必须对开挖的基坑采取支护措施,建筑基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件,基坑类型,基坑开挖掘深度,降排水条件,周边环境对基坑侧壁位移的要求,基坑周边荷载,施工季节,支护结构使用期限等因素,做到合理设计,精心施工,经济安全。
  深基坑支护工程施工中存在的问题及原因分析
   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,要精确地计算土压和目前还十分困难,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,准确计算出支护结构的实际受力比较困难。
   支护结构设计计算与实际受力不符。目前深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论,但支护结构的实际受力并不那么简单,工程实践证明,有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数,从理论上讲是绝对安全的,但有时却发生破坏。有的支护结构安全系数虽然比较小,甚至达不到规范的要求,但在实际工程中却满足要求,极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计,而实际上开挖后的土体也是一种动态平衡状态,也是一个土体逐渐松驰的过程,随着时间的增长,土体强度逐渐下降,并产生一定的变形,所以在设计中必须充分考虑这一点。
   基坑土体的取样不具有代表性。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供可靠的依据。一般在深基坑开挖区域2-3倍范围内,按相关规范的要求进行钻探取样,由于为了减少勘探的工作量和降低工程造价,不能钻过多钻孔,因此,所取得的土样有时就有一定的随机性和不完全性。但是,地质构造是复杂多变的,这样取得的土样的数据不具代表性,因此不可能全面反映土层的真实情况,因此,引致支护结构的设计也就不完全符合实际的地质现状。
   边坡施工达不到设计,规范要求,常存在超挖和欠挖现象。一般深基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,初喷工序,而在实际开挖时,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,挖机操作手的操作水平等因素的影响,使机械开挖的边坡表面平整度,顺直度极不规划,而人工修坡时不可能深度挖掘,只能就机挖表面平顺修整,在没有严格检查验收就开始初喷,故出现超挖和欠挖现象。
  土层开挖和边坡支护不配套。
   施工过程中,大型工程均是由专业施工队伍来分别完成土方和挡土支护工作,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,甚至不顾朱土方支护所需工作面。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,以致使支护施工滞后土方施工,因支护施工无听任平台完成钻孔,注浆,布网和喷射砼等工作,而不得不用土方回填或控设架子设置操作平台来完成施工,这样不但难于保证进度,也难于保证工程质量甚至发生安全事故,留下质量隐患。
   喷射砼厚度不够,强度达不到设计要求。目前建筑工程基坑支护喷射硷常用于喷法施工,其主要特点是设备简单,体积小,输送距离长,速凝齐可在进入喷射机前加入,操作方便,可连续喷射施工,虽然干喷法设备操作简单方便,但因原材料质量控制不严,配料不准,养护不到位等因素,往往造成喷后砼的厚度不够,砼强度达不到设计要求。
   成孔注浆不到位,土钉或锚杆受力达不到设计要求。深苦坑支护所用土钉或锚杆钻孔直径为100-10MM的钻杆成孔,孔深少则五、六米,深则十几米,甚至二十多米,钻孔所穿过的土层质量也各不要同。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,充盈度不足,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。
   深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头小,深基坑边皮的失稳,常常以长边的居中位置发生。这足以说明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劳取酬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。
  深基坑支护设计的改进
   转变传统的设计理念。对于深基坑支护结构设计,国内外至今尚未没有一种精确的计算方法,目前仍处于摸索和探讨阶段,我国也没有统一的支护结构设计规范,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”进行计算,其计算结构与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大,发戏不安全也不经济,由此可见,深基坑支护结构的设计不应再采用传统的“结构荷载法”而应彻底改变传统的设计观念,逐步建立以施工监测为主层的信息反馈动态设计体系,这也是工程设计人员需要加强的科研攻关方向。
   建立变形控制的新的工程设计方法。目前,设计人员用的极限平衡原理是一种简便实用的常用设计方法,其计算结果具有重要的参考价值。但是,将这种设计方法用于深基坑支护结构,只能单纯满足支护结构的强度要求,而不能保证支护结构的刚度,众多工程事故就是因为支护结构产生过大的变形而造成的,由此可见,评价一个支护结构的设计方案优劣,不仅要看其是否满足强度的要求,而且还要看其变形大小。
   大力开展支护结构的试验研究。正确的理论必须发培养费大量试验研究的基础上,但是,在深基坑支护结构方面,我国至今仍缺乏系统的科学试验研究,一些支护结构工程成功了,也讲不出具体成功之处,一些支护结构工程失败了,也说不清失败的真实原因,在支护工程施工的过程中积累了技术资料很丰富,但缺少科学的测试数据,无法进行科学分析,不能上升到理论的高度,这是一个很大的缺陷。
   开展支护结构的试验研究,虽然要耗费部分资金,但由于深基坑支护工程投资巨大,如经过科学试验再进行设计时,肯定会节省可观的经费,因此,工程现场试验是非常必要的,通过工程实践积累好大量的测试数据,可对同类工程的成功打好基础,为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料。
   探索新型支护结构的计算方法。高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命。在钢板桩,钢筋混凝土板桩,钻孔灌注桩挡墙,地下连续墙等支护结构成功应用后,双排桩,土钉,组合拱帷幕,旋喷土锚,预应力钢筋混凝土多孔板等新的支护结构型式也相继问世,但是,这些支护结构形式的计算模型如何建立,计算简图怎样取选,设计方法如何趋于科学,仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。
   目前,深基坑支护结构正在向着综合性方向发展,即受力结构与水力结构相结合,临时支护结构与永久支护结构打结合,基坑开挖方式与支护结构型式相结合,这几种结合必然使支护结构受力变得更加复杂,所以建立新型支护结构的计算模型和方法,已成为深基坑工程设计技术的当务之急。
  结束语
   综上所述,基坑的开挖与支护结构是一个系统工程,涉及工程地质,水文地质,工程结构,建筑材料,施工工藝和施工管理等多方面,它是集土力学,水力学,材料力学和结构力学等于一体的综合性学科,支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体,正因如此,无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发,将各组成部分协调好,才能确保它的安全可靠,经济合理。
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