论文部分内容阅读
[摘要]80年代以来，随着我国经济建设不断发展，高层建筑不断的增加，随着建筑高度的增加，根据构造要求与使用要求，基础的埋深也随之不断增加。为确保基础工程的安全施工，及其周边建筑物的安全，须对因基础施工的要求而开挖的基坑进行有效的支护。建筑物的基坑支护设计是一门从实践中发展起来的技术。随着我国建设的发展，基坑支护技术有了较大的提高，出现很多基坑支护型式同时，随着基坑支护工程的发展，基坑支护设计理论也有很大的提高。本文介绍了高层建筑物基坑降水支护设计的一些体会和施工中采取的具体措施.并对基坑降水支护的设计与施工提出若干建议。
[关键字]基坑工程 支护 降水
[中图分类号] TU7 [文献码]B [文章编号] 1000-405X（2013）-1-262-2
1引言
基坑施工过程中，为避免产生管涌、流砂、坑底突涌，有效防止坑壁土体的坍塌，减少基坑开挖对周围环境的影响和保证施工安全，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及下部承压水对基坑底板产生影响时，就需选择合适的降低地下水水头或水位的方法进行基坑降水。
2基坑工程的内涵
基坑工程是基础工程的组成部分。如果形象而完整地说，它是为了高耸塔杆和高层建筑、烟囱等构筑物的结构基础，或城市地下商场、地下影剧院、地铁车站、地下车库、地下工业槽坑等各类地下工程开辟地下空间，以便它们进入施工的一个重要技术领域。基坑工程最终并不形成任何固定资产或物质产品，它是-种技术含量高的、大型的"服务性工程行为"。如果地下工程或基础结构施工完毕，基坑会完全消失。因此，也可以把它称为地下工程或基础结构施工的先导技术。
因为高层建筑的基坑深度较深，又通常被称为深基坑。除在较少的情况下基坑或者深基坑工程可用放坡开挖外，一般应考虑以下各项的内容：
（1）围护结构的撑锚体系的施工与设计；
（2）基坑围护结构的施工与设计；
（3）施工控制与监测、险情处理及环境保護。
（4）土方开挖设计与施工；
（5）基坑内外土体加固的施工与设计；
（6）控制或降低基坑内外地下水位的施工与设计；
其中第6项应包括土方开挖全过程对支锚体系和围护结构的应变、内力和位移、降水的效果、基坑周围临近建筑物、工程桩的状况、土体加固效果、道路和地下管线等的劣损、倾斜、位移和安全状况进行监控与观测，以及发生险情时的应急措施。
3基坑支护的选型与建议
基坑支护设计的首要工作是基坑支护形式的合理选择，应根据周边环境、地质条件的要求及不同支护形式的造价、特点等综合确定。一般当周边环境要求较宽松，地质条件较好的时候，可采用柔性支护，如土钉墙等；如果周边环境要求比较高，需用较刚性的支护形式，从而控制水平位移，如地下连续墙或排桩等。同样，对于支撑的形式，当地质条件较差，周边环境要求较高时，采用锚杆易扰动周边土体并对周边环境的安全造成影响，采用内支撑形式是比较好的；当周边环境要求高，基坑深度较大，地质条件比较差时，可利用地下连续墙加逆作法，这种支护形式是最强的。保证周边环境的安全是基坑支护最重要的。
3.1支护结构方案选择的依据
选择基坑支护结构方案主要依据以下几个方面：
（1）地下室的结构状况及层数，如底板及楼板的厚度、地下室层高、内墙分布状况、地下室墙板的厚度等；
（2）基坑的面积、基坑开挖的深度及形状；
（3）基坑周围环境，包括地下管线、临近建筑物、其它活荷载及恒荷载；
（4）地下室所在场地的水文地质与工程地质条件，主要是各土层的含水率、土层分布、抗剪强度、重度、压缩模量、渗透系数、地下水位及基床系数等；
（5）工程造价及施工工期；
（6）降水、挖土方法及总的施工流向。
3.2单道锚杆支护结构的静力平衡法
静力平衡法其实就是在墙下端是自由支撑时，求解内力时按静定结构。这就需要首先求得墙插入坑底以下的深度t。它的要求在插入深度为f时，令墙后的主动土压力对支撑点产生的力矩和墙前被动±压力对支撑点产生的力矩相等。用这种方法得到的平衡方程是关于t3的函数，这方程比较难解，特别是在层状土中且有地下水的条件下。因此，一般均采用试算法。
关于增大值t的计算方法：当伊值较小时，可能需要较大的插入深度才能平衡，有的甚至无法平衡。并且这种情况下的插入深度会比按下述的深埋条件下的等值梁法计算的插入深度更大，这就会导致浅埋比深埋还要深的现象。确定了墙的插入深度之后，就应对支撑力进行计算，由于这时按平衡条件下的墙插入深度已变大，通常，被动土与主动压力的合力都应该对应的有些增大，而且主动土压力合力的增量小于被动土压力合力的增量，所以与增大前相比，支撑力插入深度将减小。由于考虑到安全，可仍按插入深度增大前的被动与主动土压力合力计算支撑力。即RA=EA-EP式中RA为支撑力；EA主动土压力合力；EP被动土压力合力。
撑力RA确定以后，即可求围护墙的弯矩分布，为求Mmax，可先求剪力为零点的位置，该处的弯矩即为Mmax。
4支护结构水平抗力标准值计算
用下面的方法计算基坑内侧水平抗力标准值epjk
⑴对于砂土及碎石土，基坑内侧抗力标准值按下列规定计算：
式中， σpij为作用于基坑底面以下深度Zj处的竖向应力标准值，可按下式计算： Kpi第i层土的被动土压力系数，应按下式计算：
⑵对于粘性土和粉土，基坑内侧水平抗力标准值宜按下列计算：
5降水设计方案比选分析
在降水工程中，在保证降水效果的同时应尽量降低对环境产生的不利影响。所以，对降水进行设计的时候应以坑内降水优先考虑对象，坑外降水要在坑内降水不能够达到降水要求时考虑。下面的方法也可以进行坑内降水，尽量避免降水对环境的有害之处。加深隔水帷幕的深度，在已有的隔水体系之下高压旋喷灌浆，延长隔水帷幕深入目的承压含水层的距离，含水层的水平向水力联系应该被隔断，减小水力梯度，渗透路径在垂直方向上应该延长，从而减小涌水量及涌水速率。 对于开挖面以下，隔水体系底端以上某一深度的地层进行高压旋喷灌浆，人工形成一层弱透水夹层，该夹层四周连接着隔水帷幕，使得减小了含水层渗透的速率，垂向渗透系数大大降低，最终使得涌水速率和涌水量减小了。
6工程施工
施工范围包括灌注桩、冠梁、锚杆、降水井施工。
6.1施工工艺总流程
灌注桩施工一降水井施工一冠梁施工一第1次土方开挖一描杆施工一第2次、第3次土方开挖一盲沟、集水井施工一轻型井点施工。
6.2主要施工方法
6.2.1支护桩施工工艺流程：
施工准备→测量放线→钻孔→清孔→安放钢筋笼→浇注水下混凝土
6.2.2降水井施工：
（1）施工工艺流程：测量放线→降水井钻孔→清孔换浆→滤水管安装→回填滤料→洗井。
（2）滤水管安装：使用无砂水泥管作为滤水管，内径300mm，外径380mm，单节长度0.8m。安装时有两种方法，①井底安装：在第1节井管上沿外圆绑3块竹板后，下至井底，再下第2节井管，井管顺着竹板骑在第1节管上，依次循环，直到井管接至原地面，当竹板不够长时，应在要下的井管上接竹板：②井口安装：用钢丝扣固定住第1节井管，并停留在孔口，然后在码放第2节井管，并利用滑轮下放至管口与井口齐平，再接再下放，直至井管下到孔底。
（3）钻孔：先使用？300钻头钻孔，至设计底高程后，再用？600的钻头扩孔，成孔时严禁使用粘土护壁，防止孔壁上形成泥皮而影响降水效果。
（4）回填滤料：滤料采用0.5～lcm机克细碎石，填在孔壁與管壁之间的缝隙里，回填至地面，滤料既能滤水，又起到防止塌孔的作用。
（5）洗井：洗井使用泥浆泵，抽至水清砂净，洗井最好不要使用潜水泵，以防损坏潜水泵。
6.2.3锚杆施工
（1）施工工艺流程：施工准备→钻进成孔→清孔换浆→锚杆和注浆管安放→第一次灌注砂浆→补浆→安装腰梁→张拉→锚固。
7结语
基坑工程是地下建筑施工中内容丰富而易于变化的领域。工程界已逐渐认识到建筑基坑工程是一门新型综合性强学科，也是一项风险性工程。它涉及土力学、工程地质、原位测试技术、结构力学、施工技术、基础工程、土木与结构共同作用以及环境岩土工程等多门学科，这种综合技术学科在理论上尚待发展。基坑工程很多都是临时性工程，限制工程经费限制的比较紧。同时又有许多影响基坑工程的因素，例如地下水情况、地质情况的影响、天气变化、对工程具体的要求、施工管理及顺序、周围场地环境等等。基坑工程的施工与设计，既要控制结构及其周围土体的变形，又要保证施工过程中整个支护结构的安全，以保证周围环境（相邻建筑及地下公共设施等）的安全。在安全前提下，设计既要合理，又能使施工方便、使造价节约、将工期缩短。要提高基坑工程的设计与施工水平，必须正确选择计算方法土压力、和参数，选择合理的支护结构体系。同时，还要有丰富的施工与设计经验与教训。
参考文献
[1]吴野.基坑工程支护设计、施工与监测技术的研究.内蒙古科技大学.2007年05期
[2]龙焕林.基坑工程支护设计中几个问题的探讨.山西建筑.2012年04期
[3]张坤.深基坑工程降水实例分析.山西建筑.2010年23期
[关键字]基坑工程 支护 降水
[中图分类号] TU7 [文献码]B [文章编号] 1000-405X（2013）-1-262-2
1引言
基坑施工过程中，为避免产生管涌、流砂、坑底突涌，有效防止坑壁土体的坍塌，减少基坑开挖对周围环境的影响和保证施工安全，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及下部承压水对基坑底板产生影响时，就需选择合适的降低地下水水头或水位的方法进行基坑降水。
2基坑工程的内涵
基坑工程是基础工程的组成部分。如果形象而完整地说，它是为了高耸塔杆和高层建筑、烟囱等构筑物的结构基础，或城市地下商场、地下影剧院、地铁车站、地下车库、地下工业槽坑等各类地下工程开辟地下空间，以便它们进入施工的一个重要技术领域。基坑工程最终并不形成任何固定资产或物质产品，它是-种技术含量高的、大型的"服务性工程行为"。如果地下工程或基础结构施工完毕，基坑会完全消失。因此，也可以把它称为地下工程或基础结构施工的先导技术。
因为高层建筑的基坑深度较深，又通常被称为深基坑。除在较少的情况下基坑或者深基坑工程可用放坡开挖外，一般应考虑以下各项的内容：
（1）围护结构的撑锚体系的施工与设计；
（2）基坑围护结构的施工与设计；
（3）施工控制与监测、险情处理及环境保護。
（4）土方开挖设计与施工；
（5）基坑内外土体加固的施工与设计；
（6）控制或降低基坑内外地下水位的施工与设计；
其中第6项应包括土方开挖全过程对支锚体系和围护结构的应变、内力和位移、降水的效果、基坑周围临近建筑物、工程桩的状况、土体加固效果、道路和地下管线等的劣损、倾斜、位移和安全状况进行监控与观测，以及发生险情时的应急措施。
3基坑支护的选型与建议
基坑支护设计的首要工作是基坑支护形式的合理选择，应根据周边环境、地质条件的要求及不同支护形式的造价、特点等综合确定。一般当周边环境要求较宽松，地质条件较好的时候，可采用柔性支护，如土钉墙等；如果周边环境要求比较高，需用较刚性的支护形式，从而控制水平位移，如地下连续墙或排桩等。同样，对于支撑的形式，当地质条件较差，周边环境要求较高时，采用锚杆易扰动周边土体并对周边环境的安全造成影响，采用内支撑形式是比较好的；当周边环境要求高，基坑深度较大，地质条件比较差时，可利用地下连续墙加逆作法，这种支护形式是最强的。保证周边环境的安全是基坑支护最重要的。
3.1支护结构方案选择的依据
选择基坑支护结构方案主要依据以下几个方面：
（1）地下室的结构状况及层数，如底板及楼板的厚度、地下室层高、内墙分布状况、地下室墙板的厚度等；
（2）基坑的面积、基坑开挖的深度及形状；
（3）基坑周围环境，包括地下管线、临近建筑物、其它活荷载及恒荷载；
（4）地下室所在场地的水文地质与工程地质条件，主要是各土层的含水率、土层分布、抗剪强度、重度、压缩模量、渗透系数、地下水位及基床系数等；
（5）工程造价及施工工期；
（6）降水、挖土方法及总的施工流向。
3.2单道锚杆支护结构的静力平衡法
静力平衡法其实就是在墙下端是自由支撑时，求解内力时按静定结构。这就需要首先求得墙插入坑底以下的深度t。它的要求在插入深度为f时，令墙后的主动土压力对支撑点产生的力矩和墙前被动±压力对支撑点产生的力矩相等。用这种方法得到的平衡方程是关于t3的函数，这方程比较难解，特别是在层状土中且有地下水的条件下。因此，一般均采用试算法。
关于增大值t的计算方法：当伊值较小时，可能需要较大的插入深度才能平衡，有的甚至无法平衡。并且这种情况下的插入深度会比按下述的深埋条件下的等值梁法计算的插入深度更大，这就会导致浅埋比深埋还要深的现象。确定了墙的插入深度之后，就应对支撑力进行计算，由于这时按平衡条件下的墙插入深度已变大，通常，被动土与主动压力的合力都应该对应的有些增大，而且主动土压力合力的增量小于被动土压力合力的增量，所以与增大前相比，支撑力插入深度将减小。由于考虑到安全，可仍按插入深度增大前的被动与主动土压力合力计算支撑力。即RA=EA-EP式中RA为支撑力；EA主动土压力合力；EP被动土压力合力。
撑力RA确定以后，即可求围护墙的弯矩分布，为求Mmax，可先求剪力为零点的位置，该处的弯矩即为Mmax。
4支护结构水平抗力标准值计算
用下面的方法计算基坑内侧水平抗力标准值epjk
⑴对于砂土及碎石土，基坑内侧抗力标准值按下列规定计算：
式中， σpij为作用于基坑底面以下深度Zj处的竖向应力标准值，可按下式计算： Kpi第i层土的被动土压力系数，应按下式计算：
⑵对于粘性土和粉土，基坑内侧水平抗力标准值宜按下列计算：
5降水设计方案比选分析
在降水工程中，在保证降水效果的同时应尽量降低对环境产生的不利影响。所以，对降水进行设计的时候应以坑内降水优先考虑对象，坑外降水要在坑内降水不能够达到降水要求时考虑。下面的方法也可以进行坑内降水，尽量避免降水对环境的有害之处。加深隔水帷幕的深度，在已有的隔水体系之下高压旋喷灌浆，延长隔水帷幕深入目的承压含水层的距离，含水层的水平向水力联系应该被隔断，减小水力梯度，渗透路径在垂直方向上应该延长，从而减小涌水量及涌水速率。 对于开挖面以下，隔水体系底端以上某一深度的地层进行高压旋喷灌浆，人工形成一层弱透水夹层，该夹层四周连接着隔水帷幕，使得减小了含水层渗透的速率，垂向渗透系数大大降低，最终使得涌水速率和涌水量减小了。
6工程施工
施工范围包括灌注桩、冠梁、锚杆、降水井施工。
6.1施工工艺总流程
灌注桩施工一降水井施工一冠梁施工一第1次土方开挖一描杆施工一第2次、第3次土方开挖一盲沟、集水井施工一轻型井点施工。
6.2主要施工方法
6.2.1支护桩施工工艺流程：
施工准备→测量放线→钻孔→清孔→安放钢筋笼→浇注水下混凝土
6.2.2降水井施工：
（1）施工工艺流程：测量放线→降水井钻孔→清孔换浆→滤水管安装→回填滤料→洗井。
（2）滤水管安装：使用无砂水泥管作为滤水管，内径300mm，外径380mm，单节长度0.8m。安装时有两种方法，①井底安装：在第1节井管上沿外圆绑3块竹板后，下至井底，再下第2节井管，井管顺着竹板骑在第1节管上，依次循环，直到井管接至原地面，当竹板不够长时，应在要下的井管上接竹板：②井口安装：用钢丝扣固定住第1节井管，并停留在孔口，然后在码放第2节井管，并利用滑轮下放至管口与井口齐平，再接再下放，直至井管下到孔底。
（3）钻孔：先使用？300钻头钻孔，至设计底高程后，再用？600的钻头扩孔，成孔时严禁使用粘土护壁，防止孔壁上形成泥皮而影响降水效果。
（4）回填滤料：滤料采用0.5～lcm机克细碎石，填在孔壁與管壁之间的缝隙里，回填至地面，滤料既能滤水，又起到防止塌孔的作用。
（5）洗井：洗井使用泥浆泵，抽至水清砂净，洗井最好不要使用潜水泵，以防损坏潜水泵。
6.2.3锚杆施工
（1）施工工艺流程：施工准备→钻进成孔→清孔换浆→锚杆和注浆管安放→第一次灌注砂浆→补浆→安装腰梁→张拉→锚固。
7结语
基坑工程是地下建筑施工中内容丰富而易于变化的领域。工程界已逐渐认识到建筑基坑工程是一门新型综合性强学科，也是一项风险性工程。它涉及土力学、工程地质、原位测试技术、结构力学、施工技术、基础工程、土木与结构共同作用以及环境岩土工程等多门学科，这种综合技术学科在理论上尚待发展。基坑工程很多都是临时性工程，限制工程经费限制的比较紧。同时又有许多影响基坑工程的因素，例如地下水情况、地质情况的影响、天气变化、对工程具体的要求、施工管理及顺序、周围场地环境等等。基坑工程的施工与设计，既要控制结构及其周围土体的变形，又要保证施工过程中整个支护结构的安全，以保证周围环境（相邻建筑及地下公共设施等）的安全。在安全前提下，设计既要合理，又能使施工方便、使造价节约、将工期缩短。要提高基坑工程的设计与施工水平，必须正确选择计算方法土压力、和参数，选择合理的支护结构体系。同时，还要有丰富的施工与设计经验与教训。
参考文献
[1]吴野.基坑工程支护设计、施工与监测技术的研究.内蒙古科技大学.2007年05期
[2]龙焕林.基坑工程支护设计中几个问题的探讨.山西建筑.2012年04期
[3]张坤.深基坑工程降水实例分析.山西建筑.2010年23期