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学术交流

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论深基坑支护工程施工的若干方法

发布日期:2023-02-13   来源:


1.引言

深基坑的开挖与支护是一项系统工程涉及工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和工程管理。它是集土力学、水力学和结构力学于一体的综合性学科。目前关于基坑支护结构的稳定性分析多采用定值法即用抗力效应与荷载效应两者的比值作为稳定系数来评价基坑支护的稳定性。

2.深基坑支护的方法

基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖,是一项综合性很强的系统工程。它要求岩土工程和结构工程技术人员密切配合。基坑支护体系是临时结构,在地下工程施工完成后就不再需要。

一般高层建筑的深基坑开挖支护工程,会采用的几种措施主要是:

2.1悬臂式支护结构

挡土结构的使用是在现场不允许基坑维持其天然坡度的情况下用于保持基坑开挖稳定的构筑物,悬臂式挡土结构可能是地下连续墙、木桩、钢筋混凝土桩、钢板桩等。

2.2锚杆挡墙支护结构

锚杆式挡土墙指的是由钢筋混凝土板和锚杆组成,依靠锚固在岩土层内的锚杆的水平拉力以承受土体侧压力的挡土墙。为便于立柱和挡板安装,大多采用竖直墙面。立柱间距2.5-3.5m,每根立柱视其高布置2-3根锚杆,锚杆的位置应尽量使立柱受弯分布均匀。锚杆一般水平向下倾斜10°-45°,并使锚杆长度尽可能短。锚杆的有效锚固长度在岩层中一般不小于4m,在稳定土层内,应有9-10m。锚孔内灌以膨胀水泥砂浆;锚孔口与墙面间一段锚杆采用沥青包扎防锈。挡墙分级设置时,每级高度不大于6m,两级之间留有1-2m的平台,以利施工操作和安全。

2.3混合支护结构

这是由挡墙和固定挡墙就位的组合挡土结构体系,挡墙可以是板桩(钢、混凝土、木),有挡板或无挡板的立柱(或桩),钢筋混凝土灌注桩和地下连续墙等。而固定挡墙就位(支点)主要有撑梁支撑、斜撑或锚杆等。

2.4地下连续墙支护结构

地下连续墙施工震动小、噪声低,墙体刚度大,防渗性能好,对周围地基无扰动,可以组成具有很大承载力的任意多边形连续墙代替桩基础、沉井基础或沉箱基础。对土壤的适应范围很广,在软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中都可施工。初期用于坝体防渗,水库地下截流,后发展为挡土墙、地下结构的一部分或全部。房屋的深层地下室、地下停车场、地下街、地下铁道、地下仓库、矿井等均可应用。

3.施工阶段的控制要点

目前,建筑结构主体越高,基坑的深度也越来越深,在基坑施工中,要求也就越来越多,这样也就使得施工中要面临的问题也越来越多,为了更好的保证施工的质量,我们建议:
      3.1坚持分层分段开挖与支护的原则
      边坡破坏有一个从局部开始,逐渐扩大的过程。首先产生局部破坏的部位为突破点。当某部位土体应力达到或超过其强度时,突破点开始破坏,并引起周围土体力学性质的变化和临近部位应力的升值,使破坏面扩大。边坡开挖后,破坏了原自然土体的三向受力状态,在开挖面附近产生一个高能区。其中一部分能量传给周围土体,一部就成为使土体变形的动力。对近于直立的边坡,若一次开挖深度太大,积聚的能量就很大,有可能成为破坏的突破点而产生塌方。所以施工中必须控制开挖面的长度与深度,并进行快速支护,使支护尽早发挥效能,达到控制和消灭破坏突破点的目的。分层分段开挖并支护有利于边坡能量的释放。前期开挖掘层段的能量有一部分通过锚体传到土层较深部位,有一部分受已施工面板影响留在坡面浅层部位。当下一层段开挖后,就被后期开挖段吸收并释放。因此分层分段开挖并支护的施工方法也是一个能量释放的过程,最后总的开挖能量留在坡面的较少,对整个破面稳定是有利的。

3.2深基坑工程的施工控制要点
      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,对各施工要点要制定具体措施,并加强过程控制。如,确定土方开挖方案时,应对周围建筑物、构筑物进行拍照和录像,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。若挖土高差太大或挖土进度过快,极易改变土体原来的平衡状态,降低土体的抗剪强度,可导致土体快速滑移,这不利工程监控,易造成坍塌事故。

总之,深基坑支护施工中应加强过程控制。必须严格按照基坑支护设计、基坑支护施工组织设计、技术交底和相关规范等进行施工。施工中如出现异常情况应由现场技术负责人根据情况的性质和大小向基坑支护设计人汇报设计人应及时根据现场实际情况进行设计变更将问题消灭在萌芽中。
      3.3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。地下水的来源一般为上层滞水、潜水、承压水、雨水及基坑周围的渗漏管道水,由于水的来源复杂,枯水期和丰水期水位变化的影响,在制定止水方案时应从深基坑工程的防水、降水和排水3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,对周边有建筑基坑,宜采用以堵为主,抽水为辅,否则会导致基坑周围土体与水体的流失,使建筑物不均匀沉陷,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,反之,以降水为主

止水帷幕是高水位地区深基坑支护工程中常用的止水措施,其施工方法主要有高压喷射注浆法、浆喷深层搅拌法、粉喷深层搅拌法和压力注浆法等。采用浆喷深层搅拌法进行止水帷幕止水施工时,如果止水帷幕的搅拌桩成桩质量不好,深基坑开挖后会出现渗水较多的现象。若此时再采用灌浆的方法进行处理,则延误工期、增加造价。因此,在该类止水帷幕施工时要注意: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。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。不得随意在基坑支护结构上开口,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。

4.结语
      综上,对于深基坑支护设计和施工必须加强管理要做好深基坑支护设计和施工,需要做到:设计应全面考虑深基坑支护的设计依据和条件这是做好深基坑支护工程的前提条件。深基坑支护应重视设计加强对设计的全面管理。基坑支护施工是工程得以安全、顺利进行的保证,应加强施工过程控制。水是深基坑支护的大敌应重视对地下水的控制。同时作为宝贵的地下水资源应限制盲目、过度的抽降。⑤努力做好深基坑支护设计和施管理减少甚至杜绝基坑工程事故、规范建筑施工过程。

总之,应根据特定的工程要求和条件进行综合考虑,做出安全、可靠、经济的包括围护结构、支护体系、土方开挖、降水、地基加固、监测和环保的整体施工方案。


(作者:王建宏/编审:王宏/责任人:余燕君)


王建宏