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关键词:深基坑,基坑监测,监测方案,测点布置
中图分类号: TV551.4 文献标识码: A 文章编号:
1 、工程概况
某高层综合楼,主楼高19层,裙楼1~6层,设2层地下室。本基坑开挖面积约13550平方米,开挖深度8.00米,局部区域(电梯井位)开挖深度达12.0米。基坑支护周长约为530米,基坑侧壁安全等级为一级。施工工地周边环境较为复杂,为建筑物密集区,东侧为21层住宅楼及6层商住楼,南侧为实验中学,西侧及北侧均为2~4层民宅。
基坑开挖使得坑内外土体受力状态发生变化,继而会影响支护结构的受力,引起周围岩土体的变形,过大的变形会导致邻近结构和建筑设施的失效和破坏,通过实时的数据监测能够及时的了解基坑周围岩土体的变形情况,指导施工人员采取必要的支护措施,以保证建筑物和人员安全。
2 、监测方案
根据施工场地周围环境状况,监测重点为基坑坡顶位移以及基坑开挖对周边建筑物的影响。参照施工设计及规范要求并结合具体情况,本基坑主要监测内容为基坑坡顶水平位移、垂直位移和基坑周边建筑沉降。
2.1水平位移基准点的测设
水平位移基准点埋设4个,选基坑周边视野开阔的楼房房顶,布设成强度较高的大地四边形,如图1所示的KH1、KH2、KH3和KH4,同时在距离基坑较远的地方作两个固定点KH5和KH6。标石采用现场钢筋混凝土浇灌,顶面大小15cm×15cm,底面大小为25cm×25cm,高度1.3m,附设强制归心装置。基坑开挖之前,将4个水平位移基准点按高精度的边角网的技术要求施测,并且与远端固定点KH5和KH6联测,每次水平位移观测前要对该网进行内部符合性检测,以确定基准点的可靠性。
2.2 沉降位移基准点的测设
沉降观测基准点布设3个,可在距基坑工地100米范围外稳固可靠的位置选1个桥墩及2个墙脚点用冲击钻及150mm×40mm不锈钢圆顶螺丝设置沉降观测基准点。在基坑开挖之前对三个水准基准点组成闭合环进行几何水准测量。
2.3监测点的选定及制做安装
根据现场情况和《基坑监测点平面布置图》的要求在基坑东侧3幢建筑楼近基坑侧选择布设4个沉降监测点。为了达到观测目的,准确反映建筑物的变形情况,各监测点都有针对性地选定在建筑物有特征性的承重柱上。
观测点利用适用于沉降观测的专用标志,用Φ30-50mm钢筋打制,端点做表面磨光处理,用电钻在选定的位置钻点将其插入点中,使用高强度混凝土塞紧固定。
需要进行基坑周边土体水平位移观测和沉降观测的点位均布设于基坑周边的搅拌桩顶端,布点时采用冲击钻在基坑支护桩外的搅拌桩上钻点,插入预制好的500mm×18mm的螺纹钢并用高强度水泥紧固,顶端固定强制对中装置,以安置棱镜或椎形钢标,作为水平位移与沉降共用监测点,共布设监测点27处。
监测点的布置如图1所示的WY1-WY27。
图1基坑沉降、位移观测点位布置图
2.4 变形监测
2.4.1 基坑周边土体水平位移监测
根据基坑水平位移的特点,利用在水平位移基准点设站采用极坐标法对监测点进行监测。在基坑正常开挖(局部)前进行1-2次的监测点初始值的测定,并设定一条坐标基线。其后每次测算的监测点坐标与坐标基线相对照,设定垂直于坐标基线向基坑内侧的方向符号为正,向基坑外侧的方向符号为负。
水平位移监测时,基准点KH1、KH2及KH4同时作为工作基点。在每个工作基点上架设仪器时,都对视角范围内的监测点进行观测,因而,对每一个监测点来说,都测定两个或以上的水平位移分量,将这些分量合并后就是该监测点的水平位移量。
鉴于应用极坐标法对监测点进行监测缺少必要的校核条件,为了提高监测的精度,采用了分组前方交会、差分改正计算等方法来提高观测精度。
2.4.2 基坑周边土体及建筑的沉降观测
按照《工程测量规范》二等水准精度要求进行施测。监测点沉降观测路线采用符合水准路线形式将每个沉降观测点纳入水准线路内,以保证各沉降点都为等精度观测。首次观测时,现场标定线路中各要素的具置,便于以后均按同一线路施测,以保证观测的每一步骤和环节都严格按照相关规定和规范要求进行,同时保证仪器人员相对固定。
3、监测成果及分析
基坑开挖本身就是一个卸载基坑土体的过程,因卸载导致基坑内外土体原始应力状态发生改变,基坑坡顶发生位移,引起地表形变,从而使周围地表发生沉降,这些都会对周边建筑物造成影响,为确保安全,需要对基坑加强监测。
3.1基坑坡顶水平位移监测
选取水平位移较大并且具有代表性的测点数据(测点WY26、WY27),基坑水平位移监测时间-位移量曲线图如图2所示。整理及分析测点水平位移数据可得,整体上主要表现为正值,这说明基坑坡顶土体总体上是向基坑一侧移动的,产生这种现象的原因是基坑开挖之后,周围土体向基坑内部挤压造成土体在水平方向上发生位移,测点WY26、WY27最大水平水位已达30mm以上,基坑开挖成型时,岩土体最大水平位移出现的深度为6.0m~7.0m范围内,其中大多数测点监测到的最大水平位移在20mm左右,此时基坑开挖深度在6.0m~8.5m范围,这也说明了随着基坑的开挖,深度对同一深度层的岩土体的水平位移影响最大。也有出现负值的现象,分析原因是测点受施工开挖扰动的影响,向基坑外侧出现了人为性的偏移,其他测点水平位移基本在-10mm~+10mm范围内。观测过程中,基坑坡顶的27个水平位移监测点的期间累计水平位移量在-10.30mm~35.40mm之间,最终累计水平位移量在-4.90mm~30.10mm之间,均未超过控制值(38mm);27个水平位移监测点位移变化最大为WY26号监测点,其最终累计水平位移量为30.10mm,未达到控制值。
图2 基坑水平位移监测时间-位移量曲线图
3.2基坑坡顶垂直位移监测
选取垂直位移较大并且具有代表性的测点数据,基坑垂直位移监测时间-位移量曲线图如图3所示,选择了WY02、WY03、WY26、WY27四个监测点的数据。基坑坡顶的27个垂直位移监测点的期间累计垂直位移量在-15.50mm~10.50mm之间,最终累计垂直位移量在-11.90mm~4.70mm之间,但均未超过报警值(30mm);27个垂直位移监测点位移变化最大为WY26号监测点,其最终累计水平位移量为-11.90mm;沉降不明显。
图3基坑垂直位移监测时间-位移量曲线图(高于起始高程为正,低于起始高程为负)
3.3基坑周边建筑沉降监测
按设计要求,在基坑边上共布设了4个监测点,观测过程中,基坑周边建筑上的4个垂直位移监测点的最终累计垂直位移量在-23.30mm~0.40mm之间,除BX01,BX02中期破坏之外。BX03,BX04期间沉降明显,但均未超过报警值(30mm);通过对沉降的数据分析可得,在基坑开挖水的初期,距离基坑不同距离各观测点的沉降量基本一致,且数值较小,也就是说基坑开挖较浅的情况下,对周边的岩土体的影响不大;随着开挖深度加深,因各观测点距离基坑的距离不一样,因而沉降量出现差别,并且存在一定的影响半径。随着开挖工作的继续开展,基坑成型,土体沉降量也趋于稳定,但开挖区附近的土体沉降继续。
4 、结论
基坑开挖监测是指导信息化施工的必要条件,通过合理、有效的开展基坑周边及邻近建筑物的位移沉降变形,可以及时准确的进行安全评估、指导信息化施工顺利进行。本文通过对该工程深基坑监测方案和测点布置进行了说明,对实时监测的数据和结果进行了初步的分析和讨论,得出以下结论:
1)位移沉降监测在基坑开挖施工过程中能够及时反馈基坑周边岩土体和邻近建筑物的变化情况,出现险情和特殊情况能够及时采取有效措施来保障工程的安全,合理的指导施工。
2)基坑监测的数据结果有时候受施工扰动影响,会出现隆起沉降、水平位移正负都有的数据,属于正常现象,各点在总体的位移沉降变化上是趋于一致的,最终都会处于稳定状态。
3)本实例中的监测数据能够良好的反映出基坑在开挖过程中的岩土体变形情况,能够及时根据结果进行报警预测,说明监测方案合理有效、运用措施得当。
参考文献:
[1] JGJ120-99,《建筑基坑支护技术规程》[S]
[2] 王荣彦. 郑州东区基坑支护型式探讨[J]. 探矿工程, 2006 ,12
[3] YB9258-97,《建筑基坑工程技术规范》[S].
[4] GB50202-2002,《建筑地基基础工程施工质量验收规范》[S]
1.1深基坑工程中设计的支护结构问题
有些设计人员不能深刻认识到深基坑工程的特殊与复杂性,造成设计的支护结构不能基于深基坑的需要来采用必须的支护的措施,并且有着薄弱的环节的支护结构,会因为其结构的不合理之处容易出现频发事故的问题。
1.2深基坑工程的设计人员问题
深基坑工程的设计人员不但要有较强的理论知识还要有较可靠实际经验,两者都非常重要,但有些深基坑工程的设计人员不仅在工程的设计中没有足够的经验,而且在考虑施工的环节时带有比较大的主观能动性,不重视分析实际施工的环境与条件,导致深基坑工程的设计与实际施工有脱节,且会使施工时伴有更大的施工风险。
1.3施工技术人员缺乏了解深基坑工程的设计
施工的技术人员与施工的管理人员必须得全面参与到深基坑工程的设计方案中去,还得对设计方案加以理解与进行严格的审查,如果忽视这个问题,将会导致深基坑的工程设计与实际不符合,不能具体问题具体分析,还加大了工程施工难度与施工的风险,容易导致深基坑的工程设计人员与工程的施工人员产生较大的矛盾。
2深基坑的工程施工中技术与管理产生偏差
2.1工程施工的管理与实际有偏差深基坑的施工管理有着不符合实际,生硬刻板的内容,工程的管理人员与具体的工程施工人员缺少产生脱节沟通,这容易导致下层的施工人员不能很好地理解上层管理人员的意图,不能很好地理解与之有关的施工技术并很好地加以执行,这要满足深基坑的工程技术与管理的需要是非常困难的。
2.2工程施工的观念问题
如今的僵化陈旧的深基坑工程与落后的技术观念给深基坑工程的施工带来了不少问题,与工程有关的各项人员有着较低积极主动性并且难以提高,而且深基坑工程的管理与技术有着比较低的工作效率,很难达到可靠地控制其施工过程的目的。
2.3工程施工的组织不合理协调
在进行深基坑工程施工的组织设计与决定专项的施工方案时,没能对其中的管理与技术工作彼此之间的影响深刻考虑到。没有很好地去评估施工过程中造成影响的支护结构的设计方案,使深基坑工程施工时发生的各种矛盾难以得到有效的解决。
2.4工程施工时要配置适合的技术力量
深基坑的工程是一个系统的工程,关系到整个整体,不但要有比较强的管理力量的上层,还要有与之相关技术力量的下层,若是在实际施工时,工程的技术与管理产生脱节的现象,容易造成深基坑工程有着不足够的局部的技术含量,缺乏总体的管理,对深基坑工程的安全与质量有着较大的不良影响。
3深基坑工程的问题对策
3.1改善深基坑工程设计的方案第一,工程负责施工的一方要提前介入到确定设计工程方案的过程。第二,工程的施工主体要不断加强彼此之间的沟通加强理解,还要不断去提高自己本身的技术素质。第三,构建一个体系能让工程的设计方案之间互相加以补充、互相加以支持,并对深基坑工程的设计方案加以优化,使方案更加具有安全性、经济性并且便利性,并且对控制施工过程更加有力。
3.2构建激励与奖励机制在管理上制定各种各样的激励与奖励政策,提高深基坑工程技术氛围与管理的环境,在根本上优化员工的思想观念,加强上下层的信息传导与反馈,使方案更符合实际,减低施工风险。
3.3提高施工人员素质
除了要重视施工人员的能力外还要把目光放在提高施工人员的操作水平上,从各个方面上培训施工人员的技能,并加以引导与激励施工人员积极主动地去控制与提高施工的质量。
4结语
关键词:深基坑;地基;稳定性评价;支护选型
中图分类号:TV551文献标识码: A
一、前言
随着城市建设中高层、超高层建筑的大量涌现和城市地下空间的充分利用,深基坑工程越来越多。由于周围密集的建筑物、复杂的地下设施,使得深基坑放坡开挖不再能满足现代城市建设的需要,因此,深基坑开挖与支护引起了广泛重视[1]-[3]。本文以江南春树里小区深基坑工程为例,对其稳定性进行了评价,并提出相应的支护建议。
二、工程概况
武昌区徐东路以南,中北路以东。总建筑面积216544m2,地下室建筑面积62266m2。共由4栋高层、幼儿园及地下室组成。其中B1、B2、C1、C2为30层住宅,均拟采用剪力墙结构;建筑高度分别为96.7m和91.5m;地面设计标高分别为35.15m(B1)、35.50m(B2)和34.90m(C1、C2);中柱荷载为7000KN,边柱荷载为5600KN。幼儿园为一栋2层的砖混结构;整个场地均设有两层地下室,地下室高度为8m。
1.地形地貌
拟建场地从地貌上看属于长江南岸Ⅲ级阶地垅岗地貌,现地形较为平坦。依孔口标高计,地面标高变化在32.54m ~ 34.76m。
2.地层岩性
场地内分布的主要地层有:人工堆积层、第四系全新统湖塘相沉积层、第四系上更新统冲积层、第四系中更新统冲积+洪积层、第四系残积层和志留系坟头组石英砂岩组成。
3.地下水
场地内根据场地地层结构,地下水埋藏条件,场地地下水类型为上部滞水,主要赋存于人工填土中,其主要补给来源为大气降水和地表水渗入,附近生活废水也有补给。勘察期间测得上部滞水稳定水位埋深为1.50~6.20m,相当绝对标高26.79~31.73m。场地内地下水对混凝土结构和钢筋混凝土中结构中的钢筋均无腐蚀性,对钢结构具有弱腐蚀性。
4.不良地质现象
根据区域地质资料和勘探结果,勘察场地内未发现有影响工程稳定性的断裂或新构造运动迹象,整个场地是稳定的、适宜建筑。场地内的人工堆积层杂填土和素填土及第四系全新统湖塘相沉积层粉质粘土,工程性能差,未经处理不宜直接用作拟建建筑物的天然地基。
5.地基土的构成与特征简述
5.1人工堆积层
杂填土(地层代号1-1):杂色,主要由砖块、碎石、混凝土块夹少量粘性土组成,呈湿~饱和,松散状态。该层在整个场地内均有分布,层厚为0.15-1.90m。
素填土(地层代号1-2):黄褐色,主要由粘性土夹少量碎石组成,呈湿~饱和,松散状态。该层土主要分布于原沟塘地段,厚度为0.30-4.80m,层面埋深为0.15-1.90m、标高为31.18-33.46m。
5.2第四系湖塘相沉积层
粉质粘土(地层代号2):灰褐色,含少量腐植物和螺壳碎片,略有腐臭味,呈饱和、可塑状态。该层土主要分布于场地现有或被掩埋的沟塘中,厚度为0.40-2.00m,层面埋深为1.00-6.30m、标高为26.75-32.21m。
5.3第四系上更新统冲积层
粉质粘土(地层代号3-1):黄褐色,含少量铁锰结核和灰白色高岭土条纹,光泽反应较光滑,呈饱和、可塑状态。该层土在场地内局部分布,厚度为0.30-3.30m,层面埋深为3.10-11.50m、标高为21.21-30.29m。
粉质粘土(地层代号3-2):黄褐色,含较多铁锰结核和灰白色高岭土团块,土质结构紧密,光泽反应较光滑,呈饱和、硬塑状态。该层在场地内均有分布,厚度为1.20-11.60m,层面埋深为0.40-10.10m、标高为22.95-32.86m。
5.4第四系中更新统冲积+洪积层
粉质粘土(地层代号4):褐黄~浅黄色,含铁锰结核和大量灰白色高岭土团块,土质结构紧密,光泽反应较光滑,含少量碎石,呈亚棱角状,粒径5-30m,含量10%左右,呈饱和、硬塑状态。该层土在场地内均有分布,厚度为4.60-13.00m,层面埋深为9.20-14.10m、标高为19.32-24.16m。
5.5第四系残积层
粉质粘土(地层代号5):灰黄色,含铁锰结核和大量灰白色高岭土团块,手摸有砂感,局部夹碎石,粒径5-20m,含量10%左右,呈饱和、可塑状态。该层在场地内均有分布,厚度为1.30-5.30m,层面埋深为18.50-23.50m、标高为9.31-14.48m。
5.6志留系坟头组石英砂岩
强风化石英砂岩(地层代号6-1):棕红色,块状构造,裂隙发育,局部夹30~60%石英砂岩岩块,直径5-10cm,岩芯破碎呈碎块状。该层为较硬岩,岩体破碎,岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层在场地内均有分布,厚度为0.50-1.80m,层面埋深为22.40-25.50m、标高为7.52-10.70m。
中风化石英砂岩(地层代号6-2):棕红-灰色,块状构造,裂隙发育,岩体质地坚硬,夹大量石英脉,岩芯硬脆,破碎呈碎块状。该层为较硬岩,岩体较破碎,岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层在场地内均有分布,层面埋深为24.20-26.80m。
三、地基稳定性评价
1. 天然地基稳定性评价
拟建建筑物基础埋深8.0m,基底标高在26.90m,置于(3-2)层中。(3-2)层为硬塑状态中等偏低压缩性土,为良好的天然地基持力层,其下的(4)层也属良好下卧层。鉴于拟建建筑物属高层建筑,荷载大,采用天然地基时,以选择筏基为佳。当经过深宽修正后的(3-2)层承载力设计值尚不能满足要求时,可采用墩、筏结合基础,设计时墩端阻力特征值为经深宽修正后的承载力特征值。
按《高层建筑岩土工程勘察规范》(JGJ72-2004)第8.2.4条的规定,根据初步估算结果,场地地基判定为不均匀地基。由于基底下卧有相对软弱的(5)层,其厚度1.30~5.30m有一定的差异,加上基岩面也有起伏,因此设计时必须进行沉降、差异沉降、倾斜验算。
2. 桩基稳定性评价
当采用天然地基不能满足设计要求时,可选择桩基础。
2.1桩型的选择
大直径人工挖孔桩具有施工速度快,易保证质量的特点,并有成熟的经验,故建议本工程将大直径人工挖孔桩作为首选桩基方案。
2.2桩端持力层的选择
拟建建筑物为30层住宅楼,荷载较大,中柱荷载达7000 kN,由于(4)层下面有相对软弱的可塑状态残积土(5)层,强风化石英砂岩(6-1)厚薄不均,因此,其桩端持力层应选择中风化石英砂岩(6-2)层。
2.3单桩竖向承载力特征值的估算
假设条件:以Z44、Z56孔地层为例,桩径1200mm,认为桩端嵌入完整的硬质岩石(即石英砂岩)中,按下式估算单桩竖向承载力特征值:
式中为单桩竖向承载力特征值,为桩端岩石承载力特征值,为桩底横截面面积。
将已知值代入式中,得出的单桩竖向承载力特征值的估算见表1。单桩竖向极限承载力特征值应通过现场桩静荷载试验确定。
表1单桩竖向承载力特征值估算表
3.成桩可能性
拟建场地地形平坦,人工挖孔桩设备进场便利。根据场地地层情况,桩基穿越(6-10)层强风化石英砂岩进入(6-2)层中风化石英砂岩会较困难,人工挖掘难以实施,建议采用风镐或爆破的方式进行。
4.施工注意事项
人工挖孔桩应保持连续排水作业法施工,清底干净,衬砌可靠,防止出现施工事故。拟建场地位于居民区旁,特别要注意控制爆破施工时的噪音。
四、基坑稳定性评价
1.基坑底卸荷回弹
基坑开挖是一种卸荷过程,开挖愈深,初始应力状态的改变就愈大,这就不可避免地引起坑底土体的隆起变形,有的甚至可能由于受到过大的剪应力而导致基底隆起失效。基坑回弹(隆起)不只限于基坑的自身范围,而且要波及四邻地面,引起地面挠曲,对邻近建筑物或设施均产生影响,应引起注意。必要时要组织施工开挖过程中坑内外地面的变形监测,供及时分析趋势和采取措施之需。
在软至中等强度的粘性土(Cu≈12-50kPa)中进行深基坑开挖时,基坑底抗隆起稳定性可按下式进行验算:
(1)
式中:-承载力系数,=5.14;-抗剪强度由十字板试验或三轴不固结不排水试验确定(kPa);-土的重度(kN/m3);-入土深度底部土隆起抗力分项系数,即抵抗基底隆起的安全系数,一般要求≥1.4;-支护结构入土深度(m);-基坑开挖深度(m);-地面均布荷载(kPa)。
将相关数据代入计算如下:
1.285<1.4
故基坑底很可能发生回弹(隆起)。可采用降低地下水位、冻结法或在基坑开挖后立即浇捣相同重量的混凝土,使基坑的回弹量尽可能小。
2.基坑底渗透稳定性
如果基坑在粘性土中开挖,且坑底下有承压水存在时,当上覆土层减到一定程度是,承压水水头压力便冲破基坑底板造成渗流或(突涌)现象。
根据勘察资料可知,场地地下水类型为上部滞水,主要赋存于人工填土中,水量较小,无承压水,故可以不考虑基坑底的渗透问题。
3.基坑流砂问题
根据勘察资料可知,场地地下水类型为上部滞水,主要赋存于人工填土中,水量较小,且各层土的孔隙比都小于0.75;基坑开挖地层的含水量均小于30%。可判定基坑发生流砂的可能性较小。
4.基坑边坡整体稳定性
在房屋建筑与构筑物的基坑开挖中,在没有采用支护结构之前,基坑边坡(一般为粘土)整体稳定性一般采用极限平衡理论中的条分法(多采用瑞典条分法)进行估算,从而可确定最危险的滑动面。对于采用支护结构的基坑,稳定性验算仍采用条分法,验算时应将支护结构所产生的抗滑力矩计入总的抗滑力矩之中。本工程中基坑边坡整体稳定性采用“理正边坡稳定分析软件”进行辅助分析。
根据通用规范进行安全系数计算,假设为圆弧滑动,并不考虑地震影响,采用基坑边坡稳定性计算中最常用的瑞典条分法。基坑未采用任何支护。
计算得出基坑整体稳定性抗力分项系数平均值为1.075,无法满足“一般要求≥1.1~1.2,如果粘性土中不计渗流力作用时≥1.40”的要求。可见在不采用任何支护手段的情况下,基坑边坡整体呈临界或不稳定状态。
五、推荐深基坑支护方案
常见的深基坑支护结构及其适用范围如表2所示。根据前述江南春树里小区深基坑工程特点,推荐深层搅拌水泥土桩挡墙作为支护方式。考虑到雨季降水量大,基坑施工过程中有可能会有大量雨水聚集,可以选用开挖明沟结合小型水泵进行排水。
表2基坑支护结构及其适用范围
结论
1.江南春树里小区属于长江南岸Ⅲ级阶地垅岗地貌,地形较为平坦;地基土主要由杂填土、素填土与粉质粘土构成,下伏志留系坟头组石英砂岩;主要的不良地质现象为:场地内的人工堆积层杂填土(地层代号1-1)和素填土(地层代号1-2)及第四系全新统湖塘相沉积层粉质粘土(地质代号2),工程性能差,需经处理方可用作拟建建筑物的天然地基。
2.结合勘察资料与现场地质调查,胀缩土平均自由膨胀率小于40%,设计时可不考虑本场地地基土膨胀性问题;拟建场地抗震设防烈度为6度;场地20m深度内均为非液化土层,设计时可不考虑地基土的地震液化问题。
3.采用天然地基时,以选择筏基为佳。当经过深宽修正后的(3-2)层承载力设计值尚不能满足要求时,可采用墩、筏结合基础;如选用桩基,根据现场情况,推荐使用人工挖孔桩,进入石英砂岩地层时,采用风镐或爆破的方式进行开挖。
4.从基坑底卸荷回弹、基坑底渗透稳定性、基坑渗砂与基坑整体稳定性出发,对江南春树里小区深基坑进行计算。计算结果表明:基坑底会产生回弹(隆起),但基本不会发生大的渗透与流砂;当不采取任何支护措施时,基坑=1.075,无法满足要求。
5.推荐采用深层搅拌水泥土桩挡墙作为支护方式。考虑到雨季降水量大,基坑施工过程中有可能会有大量雨水聚集,可以选用开挖明沟结合小型水泵进行排水。
参考文献
[1] 陈建平,吴立,闫天俊,等. 地下建筑结构[M]. 武汉:中国地质大学出版社,2008.
关键词:深基坑支护;设计施工技术
1 前言
深基坑支护技术是一项极富于挑战性的工作,其技术性很强,涉及岩土力学、结构力学、材料力学和地质水文等学科,且施工难度大,风险性极高。工程技术人员在大量的工程中不断的实践,总结经验,深基坑支护技术有了不断发展和创新,使得我国各地的深基坑支护技术蓬勃发展。
2 工程实例
某商业大厦基坑支护是较典型的工程,因为此基坑周边管线多,基坑紧邻旧建筑物较多,旁边又是城市主要交通要道,该场区有较厚的松散填土层和较厚的流塑状淤泥层,给设计和施工带来一定的难度。该商业大厦占地面积200m2,为一大型高层商住楼,设两层地下室,地面26层,地下室基坑挖深9m-11.3m,坑顶周长163m。这给施工带来了一定的难度,由于施工人员对实际情况掌握较好,该工程达到了预期的使用效果。
3 设计要点及难点
3.1基坑护壁工程设计
(1)根据该场区的地质情况,可选用喷锚、挡土桩或地下连续墙支护,但由于基坑周边开挖边线距已有楼房和马路的距离较窄,且基坑周边深约1.5m以上管线较多,若采用挡土桩或地下连续墙支护,其施工工作面和各种管线的安全较难保证,且造价较高。故最终确定采取喷锚为主体支护结构,搅拌桩、钢管桩和旋喷桩为辅助支护结构的组合式支护方式。
(2)该基坑侧壁的安全等级为二级,其中北侧西段靠旧楼房段位移变形量控制在2cm内,而其它地段的位移变形量可控制在3cm内。
(3)由于该场区松散填土层和流塑淤泥层较厚,在施工喷锚前,需进行超前加固处理,其中I-I段和III-III段采用旋喷桩和钢管桩超前加固,II-II段采用双排搅拌桩超前加固。
(4)由于相邻有较旧的建筑物且其底部土层软弱,因此,对其采用注浆花管进行加固处理。
(5)为减少基坑边的位移量,对部分层位的锚杆施加预应力。
3.2设计采用参数
(1)搅拌桩:桩径500mm,桩心距400mm,桩长7.0m,土体置换率16%以上。
(2)旋喷桩:桩径1000mm,桩心距800mm,桩长9.5m,采用三重管旋喷法,成桩后及时插入1根Ф25钢筋,成桩桩体抗压强度不低于2Mpa。
(3)土层锚杆:成孔孔径130mm,锚拉筋采用Ф25钢筋,孔内充填物为M25水泥砂浆。
(4)网喷砼:网筋Ф6@200×200,加强筋Ф16@1200×1300,喷砼标号C20,喷射厚度120mm,其中1--1断面预应力锚杆位置加厚到200mm,且双层钢网,2--2断面预应力处加厚到150mm。
(5)预应力锚杆:成孔孔径130mm,锚拉索为2束7Ф5钢绞线,自由段4.5m孔内注M25水泥砂浆。
(6)钢管桩:成孔孔径150mm,桩心距450mm,桩长12m~15m,采用壁厚3.5mm、Ф114钢管。
4 深基坑支护工程的特点
深基坑支护包括以下内容:围护结构、支撑体系、土方开挖、降水工程、地基加固、监测和环境保护工程。具有以下几个特点:
(1)设计与施工相互依赖性:施工的每一个阶段,结构体系和外面荷载都在变化,而且施工工艺的变化,挖土次序和位置的变化,支撑和留土时间的变化等,都非常复杂,且都对最后的结果有直接影响,绝非最后设计计算简图所能单独决定的。
(2)与主体结构地下室的施工密切相关:基坑支护开挖所提供的空间是为主体结构的地下室施工所用,因此任何基坑设计,在满足基坑安全及周围环境保护的前提下,要合理地满足施工的易操作性和工期要求。
(3)与自然地质及环境条件密切相关:基坑工程与自然条件的关系较为密切,设计施工中必须全面考虑气象、工程地质及水文地质条件极其在施工中的变化,充分了解工程所处的工程地质及水文地质、周围环境与基坑开挖的关系及相互影响。
(4)基坑工程的从业人员需要具备及综合运用以下各方面知识:岩土工程知识和经验:按工程需要提出勘测任务并能对地质勘探报告提供的描述和各类参数进行研究、分析以合理选用参数进行支护结构的土压力计算,对基坑开挖带来的环境影响进行较为精确的预估,以及对地质情况变化带来的问题作出正确的判断和处理;建筑结构和力学知识:能够了解主体结构的设计要求、掌握其与基坑围护结构的相互关系、处理好临时围护结构与永久性主体结构的相互关系,以及围护结构和支撑作永久性结构的技术问题;施工经验:熟悉各种地基加固、防水、降水等特种工艺的施工方法、施工流程及相关设备的选择,能够对各种支护方案进行质量、工期、造价的对比;工程所在地的施工条件和经验:能根据各地区地质、环境、施工条件的特点因地制宜选择合理的设计施工方案,在支护结构设计计算时要充分吸取当地施工技术以及工程成功和失败的经验。
5 深基坑支护工程基本的技术要求
基本的技术要求必须满足:安全可靠性、经济合理性、施工便利性及工期保证性。
5.1设计要求:
(1)设计前要尽可能准备充分的资料:工程用地红线图、地下工程的平面图和剖面图以及建筑物±00绝对高程;场地的工程地质和水文地质勘察报告;基坑周边环境状况调查资料;基坑周边各种地下管线分布图;明确基坑深度(含局部加深)及安全等级要求,以及一些特殊的要求。
(2)动态设计:目前的设计理论尚不完善,对设计参数的选取还需改进,还不能事先完全考虑诸多复杂因素,在基坑工程施工中处理不当时可能会出现一些意外的情况,但只要设计、施工人员重视,并密切配合加强监测分析,及时发现和解决问题,及时总结经验。理论结合实践在施工过程中调整技术参数,做到动态设计、信息化施工。
(3)支护结构的选择:支护结构形式多种多样,千变万化,我们必须结合基坑挖深、土质情况以及场区周边环境和可能实现的技术方法等选择合理的、最佳的支护方案。此方案首先须使基坑稳定安全,在土方开挖期间和基础施工期间不产生结构破坏和超过容许的变形;其次造价要经济合理且施工周期短,因为一般基坑支护工程都为临时性工程,在地下室完工后其价值丧失;再而应方便施工,且较符合自己的技术特点。总之,必须从优选择经济合理、安全可靠的单独或组合式支护方案。
5.2施工要求
(1)做到严格管理、文明施工、安全生产,贯彻“动态设计,信息化施工”原则,认真分析施工中的土层特点和现象,及时反馈并能采取有效措施对各种问题进行处理。
(2)要由有经验的专业队伍施工:深基坑支护工程是技术含量特别高的工作,其风险很大,不管从设计到施工都要有过硬的本领,一项好的设计方案,如果没有一支好的施工队伍,那么要想成功完成基坑支护工作那是很难的。
(3)基坑开挖的技术要求:要编写专门的开挖方案,基坑边界周围地面和坑底应设排水沟;基坑周围严禁超堆荷载;软土基坑必须分段分层间跳开挖,层高不宜超过1m;开挖时严禁碰撞支护结构;发生异常情况时应立即停止挖土,并查清原因和采取措施处理后方可再挖。
(4)基坑监测的技术要求:基坑开挖前应作出系统的开挖监控方案;监测点的布置应满足监控要求,从基坑边缘以外1-2倍开挖深度范围内的需要保护物体均应作为监控对象;位移观测基准点数量不应少于两点,且应设在影响范围以外;各项监测的时间间隔可根据施工进程确定,当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时,应加密观测次数,当有事故征兆时,应连续监测;监测结果应及时提交。
在岩体工程施工过程中,深基坑支护施工是一项难度相对较高的工作,为避免发生事故,这种临时维护工作需要较好的技术水平与操作能力;施工不良的岩土工程深基坑支护会对整个工程项目的质量带来重大影响,很可能出现塌方,渗水,建筑材料脱落等情况,甚至会对工作人员的生命财产带来无法弥补的损失。近些年,我国岩体工程建筑行业对深基坑支护技术的要求提出了更高的指标,并且在这方面取得了重大的技术飞跃,岩石工程施工中由深基坑支护不良等原因所造成的工程安全事故很大程度的降低。可是,岩石工程深基坑支护施工工作依然存在不足,在岩石工程深基坑支护施工过程出现一些安全问题中不难发现,一些施工方案需要进行完善,施工中主要出现的问题分为以下几个方面。
1.1工程施工不依照设计图纸进行
在岩体工程施工过程中,常常出现由于施工过程未依照设计图纸进行而导致的安全事故,这类问题很大程度对工程施工的进度与质量产生影响,例如,施工工人在对岩土进行钻洞的时候未使用规定的工具进行实际测量,而为了提升工作效率仅仅经过粗略估算就开始打洞。这种情况会对后面连续而来的施工安全产生重大影响,使施工中暗藏隐患,很有可能使整个工程施工不能继续进行而导致工程项目延迟,只能重新设计施工计划。在岩石工程深基坑施工过程中,施工人员起到了关键的作用,所以对施工人员的专业能力有严格的标准,一些工作人员为了节省时间或降低劳动强度,敷衍了事,建筑材料浪费等不良行为经常出现。
1.2施工技术过程存在问题
为满足工程需要而对自然边坡和人工边坡进行改造的过程是岩土工程深基坑支护施工的关键环节,在进行边坡施工时,过挖情况时有发生,很大程度对后续的施工和工程进度产生影响,使工程项目的整体质量降低,出现此类问题的主要因素是施工和管理方面的不足。施工技术在为满足工程需要而对自然边坡和人工边坡进行改造过程中起到重要的作用,不仅需要大型机械在挖掘的过程中依照深基坑支护施工边坡的角度和长度标准进行,与此同时,还要在施工过程中正确处理挖掘出的土方以避免土壤过多累积而出现通道阻塞,这类因素都会出现过挖和欠挖的情况,所以施工技术在深基坑支护施工过程中起到了关键性作用。
1.3工程施工管理存在不足
在为满足工程需要而对自然边坡和人工边坡进行改造和深坑施工过程中,工程施工管理是关键的环节。少数建筑企业为了缩短工期,加紧对之前设定的工程进行施工,增加公司利润而忽略了工程施工过程中存在的难点。由于工程施工管理人员的胡乱指示和工作人员分配不合理等原因,许多难度较高的部位,比如边坡施工等部位并未运用足够的建筑材料进行处置,很大程度对工程施工的安全性和稳定性造成影响,出现滑坡的概率增大,过挖或欠挖的情况,使工程整体施工质量也随之下降。多数建筑企业并未采用岩石工程施工基坑支护管理的动态化和信息化系统,管理者不能及时的对工程施工现场的情况进行掌控。
2提高岩土工程深基坑支护施工质量的方案
2.1提升岩土工程深基坑支护的施工技术理念
随着我国岩体工程的飞速发展,岩体工程施工项目的设计构造和工程框架都有了很大程度提高,国外的一些建筑企业已有统一的岩体工程深基坑支护的技术方案,不仅能够提升岩体工程施工的安全系数,还能解决工程施工过程中出现的技术问题,完善在施工过程中各个工序的安排与时间顺序,节省工程施工的时间。通常岩土的压力散布都是采用库伦法进行计算,为了防止施工过程的疏漏,等值梁法能够更好地提升工程操控,可是运用这种方法所取得结果和工程实际依然存不小的差异。我国为了提升岩体工程的工程质量,引进了国外先进的施工技术,通过以检测为主要手段的信息审查核对技术计算岩石和泥土压力的散布,且提升了岩土工程深基坑支护的技术理念,使岩体工程的施工效果得到了改善。
2.2提升工程变形观测的技术手段
岩土工程深基坑支护施工的观测技术对工程总体质量的检验起着非常关键的作用,如今已发展出多种观测技术手段,能够依据对周围事物的压力大小和变形情况的检测结果,实时的测量深基坑的压力和变形情况,并依据相关的偏差值,有效地纠正理论的深基坑状况,降低土方开挖的难度与施工技术标准。为了更精确的测定所取得的数据,施工人员要采用规定的硬件和软件对周围环境条件实行检测,发现问题及时找到原因并且采取措施,以确保结果的有效性和施工过程的安全性。
2.3完善深基坑支护施工的技术手段与管理方式
施工技术手段和管理方式是岩体工程施工过程中重要的因素,要想提升岩土工程深基坑的施工效果就要从基础上对深基坑施工技术手段进行完善。对岩体工程施工过程发生安全事故进行研究,不难发现,大多数安全事故都是因为管理不合理,技术操作不规范等因素导致的,改善岩土工程深基坑施工技术的方式能够很大程度的降低安全事故发生的可能性,提升工程施工的速度和成效。而工程施工管理也是急需处理的问题,施工企业需要安装信息化和动态化的工程现场管理程序,更好的实时监管工程的施工进度和人员分配,对工程技术人员的操作能力进行监督,避免岩土工程深基坑施工中安全事故的发生。所以,工程施工技术和工程质量的改善都能够提升岩土工程深基坑支护施工技术的整体质量,对岩体工程施工技术的发展具有长远意义。
3总结