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引言:深基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全,对深基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护的措施,是高层建筑施工过程中常常遇见的,本文作者通过在新疆乌昌地区的工作经验,对本地区常用的深基坑支护类型的总结,提出了深基坑工程支护技术当前存在的一些问题,并对支护技术的发展趋势进行了展望。
前言
近些年,深基坑工程施工事故频发,而且事故一旦发生,极易造成群死群伤,后果相当严重,究其原因,主要是施工方案及施工过程中各种安全预控措施不到位,国家早有规范要求,深基坑工程施工必须编制专项施工方案,论证后实施,以保证建筑物地下部位的正常施工。
一、深基坑工程的主要内容
1、岩土工程勘察与工程调查
按照国家规范要求,应进行深基坑地质勘察,确定岩土参数与地下水参数、周围地下埋设物(管道、电缆、光缆等)、城市道路等工程设施的工作现状,并对其随地层位移的限值作出分析。
2、支护结构设计
按照规划条件及岩土工程勘察报告,对围护结构、支承体系、土体加固等分析、模拟计算,需要考虑的有:地区经验、地层构造和相应的地层物理力学参数、环境放坡条件、地表水及地下水状况,四周市政设施等。
3、基坑开挖与支护的施工
包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施,土方开挖、基坑降水、边坡支护,三者紧密联系,相互配合。
4、施工现场量测与监控
目前现场测量与监控是乌昌地区深基坑支护工作中最为薄弱环节,基坑支护施工与设计是一个动态的,是相互紧密联系的,应该根据施工过程监测的数据和信息,及时向设计人员反馈,用信息化来指导下一步的施工。
二、深基坑支护的类型
各种建筑物都要开挖基坑,一些基坑较浅或场地较为开阔,可直接开挖或放坡开挖,但当基坑深度较深,周围场地又不宽时,一般都采用基坑支护,过去支护比较简单,放坡+锚喷支护,挡土桩等,近几年来随着基坑深度和体量的增大,一些内地较先进、成熟的支护技术,如有钢板桩、地下连续墙、双排桩、排桩+预应力锚索、钢管与型钢或钢筋混凝土内支撑内支撑,均在新疆有所实施,下文简单阐述。
1、钢板桩支护
钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成,把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙,被广泛应用于挡土和挡水。目前钢板桩常用的截面形式有U形、Z形和直腹板型。钢板桩由于施工简单而应用较广。因钢板桩本身柔性较大,如支撑或锚拉系统设置不当,其变形会很大,所以当基坑支护深度大于7m时,不宜采用。
2、排桩支护
排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。为了防止松散土体颗粒从桩间垮塌,应同时在桩间进行锚喷支护。灌注桩施工简便,可用机械钻(冲)孔或人工挖孔,技术成熟,质量可靠被广泛使用。排桩支护可分为悬臂式和支锚式,大多数情况下,悬臂式适用于三级基坑,支锚式桩适合于一、二级基坑工程。
3、土钉支护
土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件、通常采用打入式或植入式进入土层当中,并沿杆件孔全长注浆的方法做成,土钉与土体之间有一定粘结力或摩擦力,在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的的挡土技术,因利用了土体的自稳性,所以造价低,同时由于没有大量的混凝土、钢筋施工,不存在混凝土龄期问题,所以施工快速简便,较为普遍的应用于二、三级基坑。因其广泛的使用,事故也较多,从众多事故工程总结分析,土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用,水使土钉墙产生软化,引起整体或局部破坏,因此,规定采用土钉墙工程必须做好降水、防水措施。
三、存在的常见问题
深基坑工程支护技术虽已在不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验,但仍存在一些问题需进一步研究或提高。常存在的问题主要有以下几种:
1、土层开挖和边坡支护不配套
没有土方开发或支护方案就进行土方开挖,土方或主体无法施工时再进行支护,不得不采取二次回填或搭设架子来完成支护施工,通常来说,土方和挡土支护工作分别由专业施工队来分别完成,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,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,以致使支护施工滞后于土方施工,导致施工进度、施工质量都受到影响。
2、边坡修理达不到设计、规范要求
土方开挖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,只能就机挖表面作平整度修整,在没有严格检查验收就开始初喷,故出现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
本地区基坑支护所用土钉一般为50mm架子管制作,土钉长度一般5至8米,土钉所穿过的土层有粉土也有圆砾卵石,常见的是土钉达不到设计要求,加上土钉花管中注浆质量把控不严,注浆压力不够、注浆长度不足、充盈度不够等等,而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求,严重影响工程质量。
4、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砼常用的是干拌法喷射砼设备,其主要特点是设备简单、体积小,输送距离长,操作方便,可连续喷射施工。虽然干喷法设备操作简单方便,但由于操作手的水平不同,操作方法和检查控制等手段不全,再加上原材料质量控制不严(一些小厂的水泥粘结力极差)、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。 5、设计与实际情况差异较大
深基坑支护由于其土压力与传统理论的挡土墙土压力有所不同,在目前没有完善的土压力理论指导下,通常仍沿用传统理论计算,因此有误差是正常的,许多学者对此进行了许多研究,在传统理论土压力计算的基础上结合必要的经验修正可以达到实用要求。问题是对这样一个极为复杂的课题,脱离实际工程情况,往往会造成过量变形的后果。如某些设计、不考虑地质条件、地面荷载的差异,照搬照套相同坑深的支护设计。必须根据实际地面可能发生的荷载,包括建筑堆载、载重汽车、临时设施和附近住宅建筑等的影响,比较正确地估计支护结构上的侧压力。
6、工程监理不到位
按规定高层建筑、重大市政等的深基坑是必须实行工程监理的,大多数事故工程都没有按规定实施工程监理,或者虽有监理而工作不到位,只管场内工程,不管场外影响,实行包括设计在内的全过程监理的就更少。客观地说深基坑工程监理要求监理人员具有较高业务水平,而多数监理就只是监控主体结构工程质量、工期、进度,对于基坑支护不予监理,有的是对基坑支护进行监理的,但监理工程师是土建监理,对岩土相关知识较为薄弱,对支护施工监控不能完全薄我,尚待完善与提高。
7、施工监测不重视
基坑支护施工监测前文已说是最为薄弱的环节,没有专门的检测第三方,通常都是由支护施工单位自己完成,施工过程没有测点或者虽设置一些测点,数据不足,忽视坑边住宅的检测,或者不重视监测数据,形同虚设。支护设计中没有监测方案,结果发生情况不能及时警报,事故发生后也不易分析原因,不利于事故的早期处理。
四、深基坑技术的发展趋势
1、基坑向着大深度、大面积方向发展,周边环境更加复杂,深基坑开挖与支护的难度愈来愈大,笔者认为随着技术的发展,支护结构很可能成为主体结构的挡土构建或者临时性支护向永久性支护发展。
2、土钉支护方案的大量实施,使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要,湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。
3、目前,在有支护的深基坑工程中,基坑开挖大多以人工挖土为主,效率不高且危险性较大,专用的地下挖土机械的研发是提高工效的途径之一。
4、为了减少基坑变形,通过施加预应力的方法控制变形将迅速被推广。
五、结束语
随着建筑科技的进步,基坑越来越深,老的支护技术暴露了诸多问题同时也不能适应深基坑支护的需要,对基坑支护问题的重视并加强对基坑支护各个环节的监管,才能尽可能避免基坑事故的发生,注重对支护新技术的研究和支护设备的研发,方能有效的提高支护质量及工期。
(作者单位:新疆维吾尔自治区有色地勘局地球物理探矿队)
前言
近些年,深基坑工程施工事故频发,而且事故一旦发生,极易造成群死群伤,后果相当严重,究其原因,主要是施工方案及施工过程中各种安全预控措施不到位,国家早有规范要求,深基坑工程施工必须编制专项施工方案,论证后实施,以保证建筑物地下部位的正常施工。
一、深基坑工程的主要内容
1、岩土工程勘察与工程调查
按照国家规范要求,应进行深基坑地质勘察,确定岩土参数与地下水参数、周围地下埋设物(管道、电缆、光缆等)、城市道路等工程设施的工作现状,并对其随地层位移的限值作出分析。
2、支护结构设计
按照规划条件及岩土工程勘察报告,对围护结构、支承体系、土体加固等分析、模拟计算,需要考虑的有:地区经验、地层构造和相应的地层物理力学参数、环境放坡条件、地表水及地下水状况,四周市政设施等。
3、基坑开挖与支护的施工
包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施,土方开挖、基坑降水、边坡支护,三者紧密联系,相互配合。
4、施工现场量测与监控
目前现场测量与监控是乌昌地区深基坑支护工作中最为薄弱环节,基坑支护施工与设计是一个动态的,是相互紧密联系的,应该根据施工过程监测的数据和信息,及时向设计人员反馈,用信息化来指导下一步的施工。
二、深基坑支护的类型
各种建筑物都要开挖基坑,一些基坑较浅或场地较为开阔,可直接开挖或放坡开挖,但当基坑深度较深,周围场地又不宽时,一般都采用基坑支护,过去支护比较简单,放坡+锚喷支护,挡土桩等,近几年来随着基坑深度和体量的增大,一些内地较先进、成熟的支护技术,如有钢板桩、地下连续墙、双排桩、排桩+预应力锚索、钢管与型钢或钢筋混凝土内支撑内支撑,均在新疆有所实施,下文简单阐述。
1、钢板桩支护
钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成,把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙,被广泛应用于挡土和挡水。目前钢板桩常用的截面形式有U形、Z形和直腹板型。钢板桩由于施工简单而应用较广。因钢板桩本身柔性较大,如支撑或锚拉系统设置不当,其变形会很大,所以当基坑支护深度大于7m时,不宜采用。
2、排桩支护
排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。为了防止松散土体颗粒从桩间垮塌,应同时在桩间进行锚喷支护。灌注桩施工简便,可用机械钻(冲)孔或人工挖孔,技术成熟,质量可靠被广泛使用。排桩支护可分为悬臂式和支锚式,大多数情况下,悬臂式适用于三级基坑,支锚式桩适合于一、二级基坑工程。
3、土钉支护
土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件、通常采用打入式或植入式进入土层当中,并沿杆件孔全长注浆的方法做成,土钉与土体之间有一定粘结力或摩擦力,在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的的挡土技术,因利用了土体的自稳性,所以造价低,同时由于没有大量的混凝土、钢筋施工,不存在混凝土龄期问题,所以施工快速简便,较为普遍的应用于二、三级基坑。因其广泛的使用,事故也较多,从众多事故工程总结分析,土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用,水使土钉墙产生软化,引起整体或局部破坏,因此,规定采用土钉墙工程必须做好降水、防水措施。
三、存在的常见问题
深基坑工程支护技术虽已在不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验,但仍存在一些问题需进一步研究或提高。常存在的问题主要有以下几种:
1、土层开挖和边坡支护不配套
没有土方开发或支护方案就进行土方开挖,土方或主体无法施工时再进行支护,不得不采取二次回填或搭设架子来完成支护施工,通常来说,土方和挡土支护工作分别由专业施工队来分别完成,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,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,以致使支护施工滞后于土方施工,导致施工进度、施工质量都受到影响。
2、边坡修理达不到设计、规范要求
土方开挖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,只能就机挖表面作平整度修整,在没有严格检查验收就开始初喷,故出现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
本地区基坑支护所用土钉一般为50mm架子管制作,土钉长度一般5至8米,土钉所穿过的土层有粉土也有圆砾卵石,常见的是土钉达不到设计要求,加上土钉花管中注浆质量把控不严,注浆压力不够、注浆长度不足、充盈度不够等等,而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求,严重影响工程质量。
4、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砼常用的是干拌法喷射砼设备,其主要特点是设备简单、体积小,输送距离长,操作方便,可连续喷射施工。虽然干喷法设备操作简单方便,但由于操作手的水平不同,操作方法和检查控制等手段不全,再加上原材料质量控制不严(一些小厂的水泥粘结力极差)、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。 5、设计与实际情况差异较大
深基坑支护由于其土压力与传统理论的挡土墙土压力有所不同,在目前没有完善的土压力理论指导下,通常仍沿用传统理论计算,因此有误差是正常的,许多学者对此进行了许多研究,在传统理论土压力计算的基础上结合必要的经验修正可以达到实用要求。问题是对这样一个极为复杂的课题,脱离实际工程情况,往往会造成过量变形的后果。如某些设计、不考虑地质条件、地面荷载的差异,照搬照套相同坑深的支护设计。必须根据实际地面可能发生的荷载,包括建筑堆载、载重汽车、临时设施和附近住宅建筑等的影响,比较正确地估计支护结构上的侧压力。
6、工程监理不到位
按规定高层建筑、重大市政等的深基坑是必须实行工程监理的,大多数事故工程都没有按规定实施工程监理,或者虽有监理而工作不到位,只管场内工程,不管场外影响,实行包括设计在内的全过程监理的就更少。客观地说深基坑工程监理要求监理人员具有较高业务水平,而多数监理就只是监控主体结构工程质量、工期、进度,对于基坑支护不予监理,有的是对基坑支护进行监理的,但监理工程师是土建监理,对岩土相关知识较为薄弱,对支护施工监控不能完全薄我,尚待完善与提高。
7、施工监测不重视
基坑支护施工监测前文已说是最为薄弱的环节,没有专门的检测第三方,通常都是由支护施工单位自己完成,施工过程没有测点或者虽设置一些测点,数据不足,忽视坑边住宅的检测,或者不重视监测数据,形同虚设。支护设计中没有监测方案,结果发生情况不能及时警报,事故发生后也不易分析原因,不利于事故的早期处理。
四、深基坑技术的发展趋势
1、基坑向着大深度、大面积方向发展,周边环境更加复杂,深基坑开挖与支护的难度愈来愈大,笔者认为随着技术的发展,支护结构很可能成为主体结构的挡土构建或者临时性支护向永久性支护发展。
2、土钉支护方案的大量实施,使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要,湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。
3、目前,在有支护的深基坑工程中,基坑开挖大多以人工挖土为主,效率不高且危险性较大,专用的地下挖土机械的研发是提高工效的途径之一。
4、为了减少基坑变形,通过施加预应力的方法控制变形将迅速被推广。
五、结束语
随着建筑科技的进步,基坑越来越深,老的支护技术暴露了诸多问题同时也不能适应深基坑支护的需要,对基坑支护问题的重视并加强对基坑支护各个环节的监管,才能尽可能避免基坑事故的发生,注重对支护新技术的研究和支护设备的研发,方能有效的提高支护质量及工期。
(作者单位:新疆维吾尔自治区有色地勘局地球物理探矿队)