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【摘 要】 目前,随着建筑事业的日益发展,建筑深基坑工程成为一项复杂而又系统的工程,在实际建筑施工中,如何做好深基坑中支护施工工作,必须结合项目特点制定切实可行的专项施工方案,围绕控制要点、关键环节有针对性的采取技术手段和控制措施,才能够确保深基坑施工安全有序可控。本文通过介绍深基坑支护技术及其工作原理,结合某工程概况,确定了支护施工方案,并对深基坑支护技术存在的问题及风险防控进行了研究,有一定的实用价值。
【关键词】 建筑工程;深基坑;支护施工;技术分析
1.深基坑支护技术工作原理及设计原则
1.1深基坑支护技术工作原理。深基坑支护从支护体系的受力特点与明显的支护结构形式分为内撑式支护与非内撑式支护。从受力上看,支护墙体在挡土(挡水)的同时承受弯矩,剪力的作用,并把外荷载作用传给支撑体系及墙下被动区土体,以支撑体系及墙下被动区土体的变形作功来克服外力。支撑体系通过变形维持支护墙体的平衡与稳定,其强度、刚度与稳定性直接关系只好墙体的变形大小及对周围环境的影响程度。
1.2深基坑支护的设计原则。深基坑支护体系的设计水平高低直接关系到基坑施工的安全性,必须引起重视。基坑支护体设计要根据实际施工需求,结合基坑侧壁安全等级及重要性系数科学严谨的制定,应充分做到以下几点:1)充分利用新技术、新理念,具体事物具体分析,不要生搬硬套傳统的设计理念;2)重视支护结构理论和材料的试验研究;3)全局考虑,勇于创新,不断开拓思路。在施工中深基坑支护结构各元素往往是相互结合的,这就要求我们从全局出发,寻求新的设计思路,探索更好的计算方法。
2.深基坑支护结构的类型及结构选择依据
2.1深基坑支护结构的类型。基坑支护施工是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施的施工。基坑支护包括两个主要的功能:一是挡土,二是止水。目前工程所采用的支护结构型式多样,通常可分为桩(墙)式支护体系和重力式支护体系两大类。常见的基坑支护型式主要有:排桩支护,桩撑、桩锚、排桩悬臂;地下连续墙支护,地连墙+支撑;水泥土挡墙;钢板桩支护;土钉墙(喷锚支护);逆作拱墙;放坡;基坑内支撑等等。
2.2基坑支护结构选择的基本依据。支护结构类型方案的选择必须遵循支护结构设计原则,更重要的是根据具体情况和具体解决的原则总体考虑,使方案的选择具有创造性与灵活性。选择的基本依据如下:1)基坑的尺寸,基坑场地的形状、深度和宽度等。2)基坑支护结构所受的荷载:侧向荷载、竖向荷载、地震荷载、风载、地面超载等。3)工程地质及水文地质条件:勘探资料内容及测试方法;地下水情况及分布、地表水位、承压水层、承压气体等。4)环境条件:基坑周围的地区性质;基坑周围建筑物状况;基坑周围公用设施分布及地下构筑物、管线状况;基坑周围交通状况及道路状况;基坑周围水域(河流)状况;基坑所处地区特殊状况及对基坑施工的特殊要求等。5)建筑物的基础结构及上部结构对支护结构的要求。6)基坑开挖及排水等方法。7)对基坑支护结构施工(噪音、振动、地面污染)的要求。
3.工程实例及工程技术实施
3.1工程实例。某工程由4栋26层商住楼及4层商业裙楼组成,框架剪力墙结构,设2层地下室,采用钻孔灌注桩基础。本基坑开挖面积约7596m2,基坑支护周长约483m,设计±0.00=25.75m,自然地面标高约为25.45m,地下负一层底板面标高-4.20m,地下负二层底板面标高-7.80。
3.2场地周边环境条件。据调查及收集的管线图表明:基坑东北侧靠近一期地下室有大量的管线,埋置深度为地面下1.5~2.0m,且局部管线已在基坑范围内,需要架空或移位。基坑工程对坑内环境的影响主要是对坑内已施工的工程桩的影响,基坑工程的施工与运行不能使坑内的工程桩发生偏移、断桩。
3.4基坑工程特点
(1)基坑开挖较深:本工程有二层地下室,基坑实际开挖深度为13.40m。
(2)基坑开挖深度范围内岩土层力学性质较差,大部分为软弱土层:①填土层,该层土质不均匀,结构松散,透水性较强;②层粉质粘土夹粉土,粘性土以软塑为主,工程性能差。上述土层基本为软弱土层,呈松散和软~可塑状态,强度底,其工程性能差,对坑壁的稳定性有一定影响,对基坑开挖不利。支护结构应有一定的结构强度和整体稳定性。
(3)环境条件较为紧张且在基坑东北侧靠近公安路和西北侧靠近一期地下室有大量的管线,埋置深度为地面下1.5~2.0m,且局部管线已在基坑范围内,需要架空或移位。坑内环境主要是对坑内已施工的工程桩,不能使坑内的工程桩发生偏移、断桩。
(4)隔渗与深井降水:侧壁土层中含粉砂较多,需要竖向隔渗,坑底已经揭露承压水含水层,需要进行疏干降水。
(5)本基坑开挖面积较大(开挖面积约8596m2,基坑支护周长约483m),且位于主城区,须合理组织施工,加强动态监测。
4.深基坑支护的施工技术
4.1技术要求。首先,施工时技术手段要先进可靠,确保基坑受力可靠以及支护的保护作用完全体现;其次,施工必须充分保证不能影响周围相邻的建筑物的安全和稳定,不能破坏周围的地下管线等;再次,基坑开挖期间,必须合理运用明排、降水、截水和回灌等形式控制地下水,保证基础施工安全。
4.2深基坑支护的施工流程。一般包括:施工前准备、支护桩的施工、联系梁等的施工、锚杆的施工、土方开挖。支护桩一般采用人工挖孔桩,然后用钢筋混凝土做护壁。联系梁施工时,先开挖基槽,经验收合格后,进行抗渗墙混凝土的浇筑,最后再对联系梁施工。基坑挖至锚杆标准高度后,开始进行钻孔、制作锚头、穿锚索、注浆,安装连系梁,穿外锚具,然后锚固,最后进行锚杆试验。
5.深基坑支护技术常见问题及注意事项 5.1基坑支护技术常见问题。一是基坑工程勘察常常不能满足设计要求,土层抗剪强度指标试验方法及取值不统一。现有岩土工程报告中岩土的取样数量均偏少,大部分岩土抗剪强度参数取值均为经验值,基坑工程计算结果的不准;基坑周边环境的勘查报告不完善,周边建筑物的结构型式、基础型式及埋深、与基坑周边的距离等描述一般均过于粗略,对于地下管线的描述则更不清晰,管线的类型、接头型式、管径及埋深等都不详。二是施工质量问题。基坑工程特别是土钉墙和喷锚工程专业性强,一些施工单位资质较差,违规施工,基坑工程不分层开挖,一次开挖到底,直接导致坑顶开裂,桩体位移、倾斜、断裂发生,坑壁失稳。三是基坑监测问题。基坑周边相邻建筑物、构筑物、道路、地下管线、地下水位等监测应当委托有岩土工程监测资质的工程监测单位承担,基坑监测工作是基坑工程中非常重要的一个环节,监测工必须贯穿基坑工程的全过程。有些建设单位对基坑监测工作的重要性认识不足,导致监测工作不到位;有些监测单位并未具备岩土工程监测资质,经验不足,未能根据实际情况调整监测频数,造成基坑支护结构失稳事故。
5.2基坑支护注意事项。针对以上问题,提出如下几点建议:1)加强基坑支护工程设计和施工质量管理和基坑工程专门勘察工作;2)充分重视基坑监测工作;3)特别重视降水影响问题。在勘察时应加强收集场地水文地质资料,如抽水试验,为设计提供较为准确的设计数据;4)在软土基坑开挖时,须特别注意对工程桩的保护,采取边挖、边凿(工程桩)、边铺、边浇(混凝土垫层)及边砌(基槽)的施工方法;5)加强施工监管力度,杜绝随意更改支护设计图纸和施工组织设计;6)加强土压力的原位测试工作,以期得到切合实际的土压力分布情况,完善和研究支护技术。
6.基坑工程施工风险分析及风险应对
6.1施工风险分析
6.1.1地质因素影响。地质性质影响着基坑工程的施工。若遇到砂性土层,在开挖阶段要做好止水措施,否则这会因它在地墙、钻孔灌注桩施工时易塌孔的性质导致流沙的产生。而淤泥质土因较软呈流塑状态且时空效应明显导致其容易在坑底隆起。土层间夹杂薄层砂的话也会因其透水性好而生成管涌和流沙。
6.1.2水文因素影响。基本上,絕大部分的基坑工程事故都来自于对地下水的控制失误。周边建筑物或管线变形破坏就是由地下水突涌或渗漏引起地层损失导致的。而且,当地层中承压水造成底板以下的围护结构渗漏时,就会导致坑底隆起值过大而发生坍塌。
6.1.3周边环境因素影响。周边建筑物或管线也对基坑本体有影响。基坑工程工艺选择和施工要求受不同的建筑保护等级的影响,周边环境的繁杂程度也会增加基坑主动土压力。另外,施工的时候一定要确保周边建筑物(管线)的安全、正常运营和基坑本体的安全。
6.1.4施工因素影响。不同的地质环境有其不同的施工工艺。为了在施工过程中避免事故的发生,一定要处理好基坑工程的每一个环节,如工序安排、工种协调、参建单位等。
6.2深基坑工程施工风险应对
6.2.1风险管理组织及职责。许多因素都影响着基坑工程。开挖阶段是风险事故频发期,但究其原因还是前期的降水或土体加固等的工作不到位而引起的。由此可见,基坑施工的主体工程以及辅助工程、临时工程都必须在风险管理中考虑到位。这就是深基坑风险管理的特点之一。而其另一个特点就是全员参与。风险管理涉及全体参建人员,其措施的落实和风险征兆的预警要全体人员共同参与。业主单位是决策层,它要决策风险管理计划及重大风险事件的专项预控或应急方案,还要批示过程中风险状况的汇报与建议。参建单位(除业主单位)属于执行层,它要起草风险管理计划、识别和评估风险、收集相关资料,还要制定相关风险预控和应急方案,并管理日常风险工作。各参建单位技术人员或外聘专家组成的松散型机构是深基坑工程风险管理组织中的咨询委员会,业主委托的各项方案的评审和过程中技术难题的咨询都由咨询委员会负责。
6.2.2建立风险防控制度。为了保证目标的完成以及风险管理活动的顺利进行和良好效果,制定风险管理制度是必须的。主要的风险管理制度具体有以下几点:①专家评审制度。为确保工程的安全进行,因聘请专家对重大基坑工程的风险评估结果或评估的高等级风险事件应对措施和施工方案进行评审。②风险交底制度。要对每一位参建人员进行风险交底,确保每个人都有风险意识,明确风险任务。因此风险交底制度要在施工的准备阶段及每一个施工过程前都要做好。③风险例会制度。要经常总结经验,定期开展风险管理例会,解决风险管理过程中的各项问题,安排进一步的风险管理工作。④风险管理绩效考核制度。它的目的在于增强相关人员风险管理责任心,激励风险管理积极性。
7.结语
综上,本文通过详细介绍了深基坑支护技术及其工作原理,结合某工程概况,确定了支护施工方案,并对深基坑支护技术存在的问题及风险防控进行了研究,有一定的参考价值。
参考文献:
[1]陈卫.深基坑工程土钉支护质量控制[J].科技致富向导.2011(18)
[2]周彦军.软土地层深基坑工程对邻近建筑物变形影响因素分析和应对措施[J].隧道建设.2007(02)
[3]沈保汉.桩基与深基坑支护技术进展[M].水利水电出版社,2006.(10),01.
[4]徐希萍,杨永卿.深基坑支护技术的现状与发展趋势[J].福建建筑,2008,(02).
[5]陈忠汉,程丽萍.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,2001.
【关键词】 建筑工程;深基坑;支护施工;技术分析
1.深基坑支护技术工作原理及设计原则
1.1深基坑支护技术工作原理。深基坑支护从支护体系的受力特点与明显的支护结构形式分为内撑式支护与非内撑式支护。从受力上看,支护墙体在挡土(挡水)的同时承受弯矩,剪力的作用,并把外荷载作用传给支撑体系及墙下被动区土体,以支撑体系及墙下被动区土体的变形作功来克服外力。支撑体系通过变形维持支护墙体的平衡与稳定,其强度、刚度与稳定性直接关系只好墙体的变形大小及对周围环境的影响程度。
1.2深基坑支护的设计原则。深基坑支护体系的设计水平高低直接关系到基坑施工的安全性,必须引起重视。基坑支护体设计要根据实际施工需求,结合基坑侧壁安全等级及重要性系数科学严谨的制定,应充分做到以下几点:1)充分利用新技术、新理念,具体事物具体分析,不要生搬硬套傳统的设计理念;2)重视支护结构理论和材料的试验研究;3)全局考虑,勇于创新,不断开拓思路。在施工中深基坑支护结构各元素往往是相互结合的,这就要求我们从全局出发,寻求新的设计思路,探索更好的计算方法。
2.深基坑支护结构的类型及结构选择依据
2.1深基坑支护结构的类型。基坑支护施工是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施的施工。基坑支护包括两个主要的功能:一是挡土,二是止水。目前工程所采用的支护结构型式多样,通常可分为桩(墙)式支护体系和重力式支护体系两大类。常见的基坑支护型式主要有:排桩支护,桩撑、桩锚、排桩悬臂;地下连续墙支护,地连墙+支撑;水泥土挡墙;钢板桩支护;土钉墙(喷锚支护);逆作拱墙;放坡;基坑内支撑等等。
2.2基坑支护结构选择的基本依据。支护结构类型方案的选择必须遵循支护结构设计原则,更重要的是根据具体情况和具体解决的原则总体考虑,使方案的选择具有创造性与灵活性。选择的基本依据如下:1)基坑的尺寸,基坑场地的形状、深度和宽度等。2)基坑支护结构所受的荷载:侧向荷载、竖向荷载、地震荷载、风载、地面超载等。3)工程地质及水文地质条件:勘探资料内容及测试方法;地下水情况及分布、地表水位、承压水层、承压气体等。4)环境条件:基坑周围的地区性质;基坑周围建筑物状况;基坑周围公用设施分布及地下构筑物、管线状况;基坑周围交通状况及道路状况;基坑周围水域(河流)状况;基坑所处地区特殊状况及对基坑施工的特殊要求等。5)建筑物的基础结构及上部结构对支护结构的要求。6)基坑开挖及排水等方法。7)对基坑支护结构施工(噪音、振动、地面污染)的要求。
3.工程实例及工程技术实施
3.1工程实例。某工程由4栋26层商住楼及4层商业裙楼组成,框架剪力墙结构,设2层地下室,采用钻孔灌注桩基础。本基坑开挖面积约7596m2,基坑支护周长约483m,设计±0.00=25.75m,自然地面标高约为25.45m,地下负一层底板面标高-4.20m,地下负二层底板面标高-7.80。
3.2场地周边环境条件。据调查及收集的管线图表明:基坑东北侧靠近一期地下室有大量的管线,埋置深度为地面下1.5~2.0m,且局部管线已在基坑范围内,需要架空或移位。基坑工程对坑内环境的影响主要是对坑内已施工的工程桩的影响,基坑工程的施工与运行不能使坑内的工程桩发生偏移、断桩。
3.4基坑工程特点
(1)基坑开挖较深:本工程有二层地下室,基坑实际开挖深度为13.40m。
(2)基坑开挖深度范围内岩土层力学性质较差,大部分为软弱土层:①填土层,该层土质不均匀,结构松散,透水性较强;②层粉质粘土夹粉土,粘性土以软塑为主,工程性能差。上述土层基本为软弱土层,呈松散和软~可塑状态,强度底,其工程性能差,对坑壁的稳定性有一定影响,对基坑开挖不利。支护结构应有一定的结构强度和整体稳定性。
(3)环境条件较为紧张且在基坑东北侧靠近公安路和西北侧靠近一期地下室有大量的管线,埋置深度为地面下1.5~2.0m,且局部管线已在基坑范围内,需要架空或移位。坑内环境主要是对坑内已施工的工程桩,不能使坑内的工程桩发生偏移、断桩。
(4)隔渗与深井降水:侧壁土层中含粉砂较多,需要竖向隔渗,坑底已经揭露承压水含水层,需要进行疏干降水。
(5)本基坑开挖面积较大(开挖面积约8596m2,基坑支护周长约483m),且位于主城区,须合理组织施工,加强动态监测。
4.深基坑支护的施工技术
4.1技术要求。首先,施工时技术手段要先进可靠,确保基坑受力可靠以及支护的保护作用完全体现;其次,施工必须充分保证不能影响周围相邻的建筑物的安全和稳定,不能破坏周围的地下管线等;再次,基坑开挖期间,必须合理运用明排、降水、截水和回灌等形式控制地下水,保证基础施工安全。
4.2深基坑支护的施工流程。一般包括:施工前准备、支护桩的施工、联系梁等的施工、锚杆的施工、土方开挖。支护桩一般采用人工挖孔桩,然后用钢筋混凝土做护壁。联系梁施工时,先开挖基槽,经验收合格后,进行抗渗墙混凝土的浇筑,最后再对联系梁施工。基坑挖至锚杆标准高度后,开始进行钻孔、制作锚头、穿锚索、注浆,安装连系梁,穿外锚具,然后锚固,最后进行锚杆试验。
5.深基坑支护技术常见问题及注意事项 5.1基坑支护技术常见问题。一是基坑工程勘察常常不能满足设计要求,土层抗剪强度指标试验方法及取值不统一。现有岩土工程报告中岩土的取样数量均偏少,大部分岩土抗剪强度参数取值均为经验值,基坑工程计算结果的不准;基坑周边环境的勘查报告不完善,周边建筑物的结构型式、基础型式及埋深、与基坑周边的距离等描述一般均过于粗略,对于地下管线的描述则更不清晰,管线的类型、接头型式、管径及埋深等都不详。二是施工质量问题。基坑工程特别是土钉墙和喷锚工程专业性强,一些施工单位资质较差,违规施工,基坑工程不分层开挖,一次开挖到底,直接导致坑顶开裂,桩体位移、倾斜、断裂发生,坑壁失稳。三是基坑监测问题。基坑周边相邻建筑物、构筑物、道路、地下管线、地下水位等监测应当委托有岩土工程监测资质的工程监测单位承担,基坑监测工作是基坑工程中非常重要的一个环节,监测工必须贯穿基坑工程的全过程。有些建设单位对基坑监测工作的重要性认识不足,导致监测工作不到位;有些监测单位并未具备岩土工程监测资质,经验不足,未能根据实际情况调整监测频数,造成基坑支护结构失稳事故。
5.2基坑支护注意事项。针对以上问题,提出如下几点建议:1)加强基坑支护工程设计和施工质量管理和基坑工程专门勘察工作;2)充分重视基坑监测工作;3)特别重视降水影响问题。在勘察时应加强收集场地水文地质资料,如抽水试验,为设计提供较为准确的设计数据;4)在软土基坑开挖时,须特别注意对工程桩的保护,采取边挖、边凿(工程桩)、边铺、边浇(混凝土垫层)及边砌(基槽)的施工方法;5)加强施工监管力度,杜绝随意更改支护设计图纸和施工组织设计;6)加强土压力的原位测试工作,以期得到切合实际的土压力分布情况,完善和研究支护技术。
6.基坑工程施工风险分析及风险应对
6.1施工风险分析
6.1.1地质因素影响。地质性质影响着基坑工程的施工。若遇到砂性土层,在开挖阶段要做好止水措施,否则这会因它在地墙、钻孔灌注桩施工时易塌孔的性质导致流沙的产生。而淤泥质土因较软呈流塑状态且时空效应明显导致其容易在坑底隆起。土层间夹杂薄层砂的话也会因其透水性好而生成管涌和流沙。
6.1.2水文因素影响。基本上,絕大部分的基坑工程事故都来自于对地下水的控制失误。周边建筑物或管线变形破坏就是由地下水突涌或渗漏引起地层损失导致的。而且,当地层中承压水造成底板以下的围护结构渗漏时,就会导致坑底隆起值过大而发生坍塌。
6.1.3周边环境因素影响。周边建筑物或管线也对基坑本体有影响。基坑工程工艺选择和施工要求受不同的建筑保护等级的影响,周边环境的繁杂程度也会增加基坑主动土压力。另外,施工的时候一定要确保周边建筑物(管线)的安全、正常运营和基坑本体的安全。
6.1.4施工因素影响。不同的地质环境有其不同的施工工艺。为了在施工过程中避免事故的发生,一定要处理好基坑工程的每一个环节,如工序安排、工种协调、参建单位等。
6.2深基坑工程施工风险应对
6.2.1风险管理组织及职责。许多因素都影响着基坑工程。开挖阶段是风险事故频发期,但究其原因还是前期的降水或土体加固等的工作不到位而引起的。由此可见,基坑施工的主体工程以及辅助工程、临时工程都必须在风险管理中考虑到位。这就是深基坑风险管理的特点之一。而其另一个特点就是全员参与。风险管理涉及全体参建人员,其措施的落实和风险征兆的预警要全体人员共同参与。业主单位是决策层,它要决策风险管理计划及重大风险事件的专项预控或应急方案,还要批示过程中风险状况的汇报与建议。参建单位(除业主单位)属于执行层,它要起草风险管理计划、识别和评估风险、收集相关资料,还要制定相关风险预控和应急方案,并管理日常风险工作。各参建单位技术人员或外聘专家组成的松散型机构是深基坑工程风险管理组织中的咨询委员会,业主委托的各项方案的评审和过程中技术难题的咨询都由咨询委员会负责。
6.2.2建立风险防控制度。为了保证目标的完成以及风险管理活动的顺利进行和良好效果,制定风险管理制度是必须的。主要的风险管理制度具体有以下几点:①专家评审制度。为确保工程的安全进行,因聘请专家对重大基坑工程的风险评估结果或评估的高等级风险事件应对措施和施工方案进行评审。②风险交底制度。要对每一位参建人员进行风险交底,确保每个人都有风险意识,明确风险任务。因此风险交底制度要在施工的准备阶段及每一个施工过程前都要做好。③风险例会制度。要经常总结经验,定期开展风险管理例会,解决风险管理过程中的各项问题,安排进一步的风险管理工作。④风险管理绩效考核制度。它的目的在于增强相关人员风险管理责任心,激励风险管理积极性。
7.结语
综上,本文通过详细介绍了深基坑支护技术及其工作原理,结合某工程概况,确定了支护施工方案,并对深基坑支护技术存在的问题及风险防控进行了研究,有一定的参考价值。
参考文献:
[1]陈卫.深基坑工程土钉支护质量控制[J].科技致富向导.2011(18)
[2]周彦军.软土地层深基坑工程对邻近建筑物变形影响因素分析和应对措施[J].隧道建设.2007(02)
[3]沈保汉.桩基与深基坑支护技术进展[M].水利水电出版社,2006.(10),01.
[4]徐希萍,杨永卿.深基坑支护技术的现状与发展趋势[J].福建建筑,2008,(02).
[5]陈忠汉,程丽萍.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,2001.