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摘要:伴随着我国国民经济日益蓬勃发展,大量大型建筑、高层建筑拔地而起,日益增多。众所周知,任何建筑都必须有一个好的基础,对大型高层、超高层建筑来讲,这点尤为重要。基坑工程是一门综合性、实践性很强的学科,但是在现今的实际施工中面临着基坑越来越深的趋势,于是深基坑的施工安全技术的重要性日益凸显。本文主要阐述目前深基坑支护存在问题,以及深基坑支护的技术要求。
关键词:深基坑;支护技术; 施工
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
高层建筑的迅速兴起,促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验,新技术、新结构、新工艺不断涌现。但是,现在的城市建筑间距很小,有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米,给基础工程施工带来很大的难度,给周围环境带来极大威胁,也相应地增加了施工工期和施工费用。另外,原来的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等,已不符合深基坑开挖与支护结构的实际情况,导致一些基坑工程出现事故,造成巨大的损失。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,因此,深基坑支护的安全问题工程技术人员应予以高度重视。
二、基坑支护形式
常见的基坑支护型式主要有:排桩支护,桩撑、桩锚、排桩悬臂;地下連续墙支护,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。伴随着目前建筑发展趋势,深基坑施工也向大深度、大广度方向发展。基坑施工的规模的加大也直接导致了施工周期变长,施工难度加大。
三、目前深基坑支护存在的问题
3.1、支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当
深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度,但由于地质情况多变且十分复杂,要精确地计算土压力目前还十分困难,至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题,尤其是在深基坑开挖后,含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值,很难准确计算出支护结构的实际受力。
在深基坑支护结构设计中,如果对地基土体的物理力学参数取值不准,将对设计的结果产生很大影响。土力学试验数据表明:内磨擦角值相差5°,其产生的主动土压力不同;原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力,则差别更大。施工工艺和支护结构形式不同,对土体的物理力学参数的选择也有很大影响。
3.2、基坑土体的取样具有不完全性
在深基坑支护结构设计之前,必须对地基土层进行取样分析,以取得土体比较合理的物理力学指标,为支护结构的设计提拱可靠的依据。一般在深基坑开挖区域内,按国家规范的要求进行钻探取样。为减少勘探的工作量和降低工程造价,不可能钻孔过多。因此,所取得的土样具有一定的随机性和不完全性。但是,地质构造是极其复杂、多变的、取得的土样不可能全面反映土层的真实性。因此,支护结构的设计也就不一定完全符合实际的地质情况。
3.3、基坑开挖存在的空间效应考虑不周
深基坑开挖中大量的实测资料表明:基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡的失稳,常常以长边的居中位置发生。这足以说时深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲,这种平面应变假设是比较符合实际的,而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以,在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时,支护结构要适当进行调整,以适应开挖空间效应的要求。
3.4、支护结构设计计算与实际受力不符
目前,深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论,但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明,有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数,从理论上讲是绝对安全的,但有时却发生破坏;有的支护结构安全系数虽然比较小,甚至达不到规范的要求,但在实际工程中却满足要求。
极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计,而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态,也是一个土体逐渐松弛的过程,随着时间的增长,土体强度逐渐下降,并产生一定的变形。所以,在设计中必须充分考虑到这一点。
四、基坑支护技术要求
深基坑施工的特点决定了深基坑施工的技术要求。主要包括: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,大型高层建筑通常都建在城市中心,周围建筑物繁多复杂,地下市政管线众多,所以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,地下水控制也属于基坑支护的一部分。因此,必须合理运用明排、降水、截水和回灌等形式控制地下水。
地下结构施工及基坑周边环境的安全主要是由支护体所保障。所以深支护体系的设计、施工能力水平直接关系到基坑施工的安全性,工程整体的安全可靠。
4.1、基坑支护的设计
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设计方案,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,不要生搬硬套传统的设计理念。在现今的深基坑支护结构的设计领域,还没有公认的、权威的的计算公式,基本上都是摸着石头过河。深基坑支护结构的设计要区别其他设计领域,要改变传统观念,利用施工监测反馈动的态信息指引设计体系。
(2)重视支护结构理论和材料的试验研究,实践是检验真理的唯一标准。正确的理论必须建立在大量试验研究的基础之上。在深基坑支护结构的实验方面,我国与发达国家有较大距离,还有大量的路要走。不过,我国由于经济的飞速发展,大量高层超高层建筑拔地而起,所以积累了拥有大量的第一手施工数据,但缺少科学的测试数据,无法形成理论,我们以后一定要重视。
(3)勇于创新,设计支护结构时,开拓思路,多进行新的尝试。在施工中深基坑支护结构各元素往往是相互结合的,各结构相互结合,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。
基坑支护是一种特殊的结构方式,具有很多的功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件,因此,要根据具体问题,具体分析,从而选择经济适用的支护结构。
4.2、深基坑支护工程施工
基坑支护施工要综合考虑工程所在地的地理条件、工程类型、基坑开挖规模、周边环境、支护结构等因素。基坑支护施工要注重支护结构的稳定,坑体变形,并根据周边环境条件,控制变形在一定的范围内。控制的关键是基坑的稳定性、地面变形及地下水的控制,并要根据实际情况适时地调整方案。在进行深基坑支护施工时应注意以下几点:
(1)随着人们环保意识的加强,支护体施工时,要尽量减少支护工程施工产生的环境污染。
(2)施工场地周围建筑物和地下管线往往限制了基坑的施工,施工时要充分考虑工程对周围设施的影响,尽量不要影响这些设施的正常运转,尽可能把影响降低。
(3)合理安排施工流程,使施工在有限场地和时间内运转顺畅。人员、工序调度要高效。
五、结束语
建筑基坑的开挖与支护结构是一个系统工程,涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。深基坑施工的安全可靠,直接关系着高层建筑的安全性、稳定性和长久性。深基坑的支护工程要从支护的设计和施工两面着手,确保质量。良好的基坑支护施工技术,是整个工程施工顺利的前提与保证,是整个庞大工程的重要开端。因此,加强对建筑深基坑施工技术的认识与研究意义重大。
关键词:深基坑;支护技术; 施工
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
高层建筑的迅速兴起,促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验,新技术、新结构、新工艺不断涌现。但是,现在的城市建筑间距很小,有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米,给基础工程施工带来很大的难度,给周围环境带来极大威胁,也相应地增加了施工工期和施工费用。另外,原来的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等,已不符合深基坑开挖与支护结构的实际情况,导致一些基坑工程出现事故,造成巨大的损失。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,因此,深基坑支护的安全问题工程技术人员应予以高度重视。
二、基坑支护形式
常见的基坑支护型式主要有:排桩支护,桩撑、桩锚、排桩悬臂;地下連续墙支护,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。伴随着目前建筑发展趋势,深基坑施工也向大深度、大广度方向发展。基坑施工的规模的加大也直接导致了施工周期变长,施工难度加大。
三、目前深基坑支护存在的问题
3.1、支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当
深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度,但由于地质情况多变且十分复杂,要精确地计算土压力目前还十分困难,至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题,尤其是在深基坑开挖后,含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值,很难准确计算出支护结构的实际受力。
在深基坑支护结构设计中,如果对地基土体的物理力学参数取值不准,将对设计的结果产生很大影响。土力学试验数据表明:内磨擦角值相差5°,其产生的主动土压力不同;原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力,则差别更大。施工工艺和支护结构形式不同,对土体的物理力学参数的选择也有很大影响。
3.2、基坑土体的取样具有不完全性
在深基坑支护结构设计之前,必须对地基土层进行取样分析,以取得土体比较合理的物理力学指标,为支护结构的设计提拱可靠的依据。一般在深基坑开挖区域内,按国家规范的要求进行钻探取样。为减少勘探的工作量和降低工程造价,不可能钻孔过多。因此,所取得的土样具有一定的随机性和不完全性。但是,地质构造是极其复杂、多变的、取得的土样不可能全面反映土层的真实性。因此,支护结构的设计也就不一定完全符合实际的地质情况。
3.3、基坑开挖存在的空间效应考虑不周
深基坑开挖中大量的实测资料表明:基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡的失稳,常常以长边的居中位置发生。这足以说时深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲,这种平面应变假设是比较符合实际的,而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以,在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时,支护结构要适当进行调整,以适应开挖空间效应的要求。
3.4、支护结构设计计算与实际受力不符
目前,深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论,但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明,有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数,从理论上讲是绝对安全的,但有时却发生破坏;有的支护结构安全系数虽然比较小,甚至达不到规范的要求,但在实际工程中却满足要求。
极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计,而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态,也是一个土体逐渐松弛的过程,随着时间的增长,土体强度逐渐下降,并产生一定的变形。所以,在设计中必须充分考虑到这一点。
四、基坑支护技术要求
深基坑施工的特点决定了深基坑施工的技术要求。主要包括: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,大型高层建筑通常都建在城市中心,周围建筑物繁多复杂,地下市政管线众多,所以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,地下水控制也属于基坑支护的一部分。因此,必须合理运用明排、降水、截水和回灌等形式控制地下水。
地下结构施工及基坑周边环境的安全主要是由支护体所保障。所以深支护体系的设计、施工能力水平直接关系到基坑施工的安全性,工程整体的安全可靠。
4.1、基坑支护的设计
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设计方案,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,不要生搬硬套传统的设计理念。在现今的深基坑支护结构的设计领域,还没有公认的、权威的的计算公式,基本上都是摸着石头过河。深基坑支护结构的设计要区别其他设计领域,要改变传统观念,利用施工监测反馈动的态信息指引设计体系。
(2)重视支护结构理论和材料的试验研究,实践是检验真理的唯一标准。正确的理论必须建立在大量试验研究的基础之上。在深基坑支护结构的实验方面,我国与发达国家有较大距离,还有大量的路要走。不过,我国由于经济的飞速发展,大量高层超高层建筑拔地而起,所以积累了拥有大量的第一手施工数据,但缺少科学的测试数据,无法形成理论,我们以后一定要重视。
(3)勇于创新,设计支护结构时,开拓思路,多进行新的尝试。在施工中深基坑支护结构各元素往往是相互结合的,各结构相互结合,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。
基坑支护是一种特殊的结构方式,具有很多的功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件,因此,要根据具体问题,具体分析,从而选择经济适用的支护结构。
4.2、深基坑支护工程施工
基坑支护施工要综合考虑工程所在地的地理条件、工程类型、基坑开挖规模、周边环境、支护结构等因素。基坑支护施工要注重支护结构的稳定,坑体变形,并根据周边环境条件,控制变形在一定的范围内。控制的关键是基坑的稳定性、地面变形及地下水的控制,并要根据实际情况适时地调整方案。在进行深基坑支护施工时应注意以下几点:
(1)随着人们环保意识的加强,支护体施工时,要尽量减少支护工程施工产生的环境污染。
(2)施工场地周围建筑物和地下管线往往限制了基坑的施工,施工时要充分考虑工程对周围设施的影响,尽量不要影响这些设施的正常运转,尽可能把影响降低。
(3)合理安排施工流程,使施工在有限场地和时间内运转顺畅。人员、工序调度要高效。
五、结束语
建筑基坑的开挖与支护结构是一个系统工程,涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。深基坑施工的安全可靠,直接关系着高层建筑的安全性、稳定性和长久性。深基坑的支护工程要从支护的设计和施工两面着手,确保质量。良好的基坑支护施工技术,是整个工程施工顺利的前提与保证,是整个庞大工程的重要开端。因此,加强对建筑深基坑施工技术的认识与研究意义重大。