建築工程深基坑的支護設計與施工技術

建築工程深基坑的支護設計與施工技術

導言

深基坑的支護設計和施工技術的可行性是確保深基坑施工安全的前提,與高層建築的長久性、穩定性和安全性息息相關。高層建築深基坑的支護工程要從支護設計和施工技術2方面考慮,深基坑的支護設計對於工程質量起著至關重要的作用;先進的深基坑施工技術可保證基坑的穩定性,是工程順利施工的起點,為整個建築工程的施工奠定基礎。

目前,在城市用地日益緊張的大中型城市,高層建築的多層地下室、地下車庫、地下商場等工程都涉及到深基坑施工,其在深度與規模上不斷增大,為保證建築物的安全性、穩定性和長久性,建築基礎一定要滿足地下埋深、嵌固的規範要求。隨著城市建設的不斷髮展,建築物的穩定性和安全等級需求也日益增高,因此對深基坑的支護設計與施工技術提出了更加嚴格的要求,不僅要保證基坑側壁的穩定性,以達到擋土和防滲的目的,還要滿足基坑變形控制要求,防止發生位移,確保基坑周圍原有建築物、地下管廊等的正常執行。目前,深基坑的支護設計與施工技術是建設部大力推廣並應用的新的基坑施工技術,基坑支護是地下設施建設過程中的重要部分,尤其在高層建築的施工中應用廣泛。基坑支護設計與施工技術是一項綜合性、區域性、個體性很強的工程。

深基坑的支護設計與施工技術的基本要求

為有效節省地上土地資源而充分利用地下空間的深基坑工程在不斷增加。我國住房和城鄉建設部2009年頒佈了《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》,規定:深基坑指開挖深度不小於5m的土方開挖、支護和降水工程,或深度開挖未超過5m,但地質條件、周圍環境及地下情況比較複雜,或影響相鄰建(構)築物安全的基坑的土方開挖、支護和降水工程。深基坑施工問題在支護設計與施工技術上對整個建築行業有著巨大影響。深基坑的支護設計是深基坑施工技術中的輔助性工程,我國在基坑支護設計與施工技術上有很多成功案例。但針對不同地域的土質及具體實踐應用的基坑支護設計、施工問題仍是當前比較受關注的。深基坑的支護是結構工程、環境工程、土力工程等多門學科互相交叉及眾多複雜因素互相影響的工程,應做到實踐與理論並存。基坑支護區域性差異明顯,工程地質、水文地質條件不同的深基坑工程區域性差異更為突出。

深基坑一般施工工期較長,從開始施工基坑周邊邊坡防護結構至地面以下的全部施工工序為隱蔽工程,存在著許多安全隱患,不僅要受到自然災害(強降雨、颱風等),而且還要注意周邊的堆載物、振動及施工等諸多不利條件,隨時都有可能造成安全隱患,所需技術措施要遠超永久性的基礎及上部主體結構。而深基坑的開挖深度及形狀會隨時間及外界條件造成位移、變形,這些因素會對深基坑穩定性產生較大影響。因此,應高度重視影響深基坑穩定及變形問題。

深基坑支護設計要點

1.支護結構的設計計算

深基坑支護施工作為一個完整的結構體系,應滿足經濟性、安全性、可行性的基本要求。深基坑支護結構設計計算可從以下方面考慮。

(1)確定深基坑支護的型別。透過對深基坑所在的水文地質、工程地質、開挖深

度、周邊環境等因素的分析,確保所選用的支護型別經濟合理,支護結構安全可靠。

(2)水壓力對土體的作用。在支護結構設計過程中,應對超孔隙水壓力對土體的作用有足夠的認識,明確土體的各項物理學性質特徵,取值一定要仔細,為使取值更加安全,應在樁基結束後,做好土體的原位測試與試驗,進而獲取更加準確的資料,積累更多經驗,提高工程設計與施工水平,降低事故發生率。

(3)深基坑邊坡堆載物荷載計算。基坑支護的穩定性與其邊坡堆載物的荷載有很大關係,深基坑開挖過程中,嚴禁基坑坡邊超堆荷載,應採取措施防止碰撞支護結構、工程樁或擾動基底原狀土。

(4)抗隆起穩定計算。深基坑本身的變形控制和穩定性是抗隆起穩定的2個重要指標,不僅關係著基坑的穩定性、安全性,也與深基坑周邊環境的變化息息相關。因此抗隆起穩定計算是基坑支護結構設計工程中必不可少的設計內容。

2.深基坑的時空效應

深基坑開挖後,基坑四周及基底將失去原有的平衡,根據以往施工經驗及實際測量的資料表明:基坑周邊會隨著時間不斷向基坑內側傾斜,其傾斜規律是沿著水平位移方向呈現中間大兩邊小。深基坑長邊方向的中間部位往往是基坑邊坡發生失穩現象的常見位置,這表現了深基坑開挖是空間與時間的問題,與空間和時間的聯絡密切相關,這就是深基坑工程的時空效應。透過時空效應理論的分析計算,按照分層、分步、對稱、平衡及限時的原則確定開挖與支撐的施工工序。深基坑開挖工程運用時空效應施工,可提升現場施工生產效率,在一定程度上縮短了施工時間,節省施工成本,提高經濟效益。

深基坑施工技術要點

1.深基坑邊坡止水控制

根據深基坑所在場地工程、水文地質等條件影響,深基坑開挖的方式也不相同,在地下水位較低或無地下水地區,開挖深度至少達6m,在地下水位較高及沿海地區,開挖深度不應超過3m,否則會造成塌方,因此,地下水控制是深基坑開挖施工中的一個難點。

在深基坑施工前,應根據地質、設計等相關部門提供的基坑場地資料,深入瞭解深基坑周邊的環境及地質情況,並分析產生地下水的因素,若深基坑周邊有其他建(構)築物,首先考慮的降水原則是把地下水堵在基坑開挖面以外,然後透過抽水、排水的方式進行降水,避免深基坑四周水土流失嚴重,致使建(構)築物不均勻沉降,嚴重時甚至會發生坑底管湧現象,在一定程度上降低施工進度,拖延施工時間,造成成本升高。目前,止水帷幕是高水位及沿海地區深基坑支護中經常使用的止水方法,常見種類有壓漿止水帷幕、深層水泥攪拌樁止水帷幕,旋噴樁止水帷幕。採用深層水泥攪拌樁止水帷幕施工時,首先要收集相關技術資料,在施工前確定水泥漿料的配合比、泵送時間、攪拌速度和復攪深度等。確保深層水泥攪拌樁成樁的質量,若成樁質量較差,開挖後基坑周邊將會出現滲水、漏水的現象。此時無論採用何種方法進行處理,都會延誤工期、增加造價。因此,深層水泥攪拌樁施工時要考慮以下幾點。

(1)確保成樁質量。首先採用合理的水泥漿料配合比,根據設計配合比拌制水泥漿,控制攪拌時間、使漿料均勻結合,保證輸送漿料連續進行,不得產生離析現象。

(2)保證樁的有效搭接長度,搭接區域要密實,防止空洞、蜂窩及樁頭開裂的現象發生。

(3)做好施工技術交底,不得在支護結構上隨意開孔,否則會破壞支護結構,影響止水效果,造成地下水滲漏到基坑的現象。

2.深基坑施工監測

深基坑施工場地周圍若有建(構)築物,這些建(構)築物相當於基坑邊坡的堆載,在基坑開挖後,不僅會引起四周土體的位移及變形,同時還會破壞其自身的結構。然而,當前基坑的支護設計及施工方法正逐步成熟,基坑周圈土體變形及位移的計算方式還有待研究,因此,只能透過監測方式來指導基坑開挖與支護工作,及時解決基坑開挖與支護施工中出現的問題,保證整個基坑工程的安全施工,保證人員及財產安全。

深基坑施工監測的主要方式是安排專業施工測量人員對基坑施工現場及毗鄰建(構)築物進行監測,根據基坑開挖施工中所監測的實測資料,對比勘察與設計的監測資料,全方面掌握基坑土體位移變化的方向及頻率,根據預警分析表,預測接下來工作的方向,做到隨時可以預報施工中可能出現的各種險情。位移變化超過設定的預警值時,可立刻採取相應的解決措施,避免變形進一步加劇,為深基坑工程提供安全技術保障。在進行深基坑施工監測時應做好以下內容的測量:支護結構及其空隙內壓力;監控點高程與平面位移;支護結構沉降和裂縫;支護結構與被支護的土體內側向位移;基坑坑底部位凸起位置;相鄰基坑中建築物與管線變形情況;地下水位的變化情況等。一般來說,深基坑施工監測具有以下特點。

(1)時效性。深基坑施工監測一般會配合降水和開挖施工工序,具有鮮明的時間效應。而對於普通的工程測量來說沒有明顯的時間效應,深基坑施工監測的結果通常隨時間而變化,不同時間的監測結果都存有差異,因此一日以前或幾小時前的測量結果都會失去直接意義,所以深基坑施工中監測需隨時進行,一般是每天測量1次,如果在測量物件變化異常時期,則每天測量數次。

(2)等精度。通常來說,深基坑施工監測一般只要求測量基坑周邊變化的相對值,對絕對值的測量沒有要求。通常普通測量要求在地面上對被監測的建(構)築物進行定位,這是一個絕對值座標的測量,而在監測深基坑邊坡變形及位移的測量中,僅要求測量邊坡相對於原來基準點的位置即可,而可能完全不需要知道基坑邊坡原來的位置(座標、高程)。由於這個鮮明的特點,使得深基坑施工監測有其自身規律。因此,深基坑施工監測工作中應儘可能做到等精度。在相同的位置使用相同的儀器,由同一觀測者按同一施工測量方案進行施測。

結束語

隨著我國經濟水平的不斷提升,越來越多的高層建築及地下建築得以發展,對深基坑工程的施工質量和施工安全也提出了更高的要求。而深基坑工程是整個建築工程必不可少的環節,對於地產及施工企業來說,應引起足夠的重視。對於建築人員來說,合理應用深基坑的支護設計與施工技術,是保證深基坑工程乃至整個建築工程順利施工的前提,也是推動建築行業穩定發展的重要保障。