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1工程概况
北京地铁四号线中关村站处于商业高度发达的高科技园区中心,车站主于交通繁忙的中关村大街主路下方,为全埋式地下车站,共设四座出入口和两座风道。其中三号出入口位于车站西北角,设计为单层现浇钢筋混凝土箱型框架结构,采用明挖法施工,基坑宽6.3m,挖深达13.0m,基坑土层从上至下为人工填土层、粉土层、粉质粘土层、粘土层、粉砂、中粗砂和砂砾层。结构西侧8m为恒昌数码电脑商城和中关村科技广场展示中心,结构东侧2m为中关村大街主路,基坑四周市政管线密布。只好采取直壁式支护开挖施工方法。基坑围护结构采用Φ800mm混凝土灌注排桩和钢管支撑体系,桩顶设0.8m高冠梁将排桩连接成整体,钢支撑采用Φ400钢管,支撑水平间距3.0~4.5m,竖向设3道。
2降水施工
基坑开挖前,需将坑内的地下水位降低并排除,使坑内土体在基坑开挖时,通过排水固结达到一定强度,提高坑内土体的水平抗力,减少基坑的变形量;增强基坑底部稳定性,减少坑底土体的隆起。本出入口结构范围地层地下水主要为:①上层滞水,位于地面下3~4m,含水层为人工填土层和粉土层,透水性弱;②潜水,位于地面下8~9m,含水层为粉质粘土层和粉土层,透水性一般;③承压水,位于地面下12m以下,含水层为粘土层、粉砂、中粗砂和砂砾层,透水性强。基坑降水采用管井+渗井方式,降水早于基坑开挖前20天开始。降水过程中对临近建筑物和地下管线的安全进行观察监测,同时在坑外地面设回灌井,必要时应采取回灌措施,确保周边建筑物安全。
3基坑围护施工
基坑四周设800mm混凝土灌注排桩围护结构,桩间距1.0~1.2m,转角部位局部加强。围护桩采用旋挖钻机成孔,导管法水下浇注混凝土成桩。钻孔施工时,为减少对邻桩的干扰,保证成桩质量,采用隔三打一的办法施工(即每隔三根桩施工一根桩)。
冠梁将围护桩连接成整体排架,使全体围护桩形成共同受力体系,抵抗外部土体或围岩侧向荷载。围护桩施工完成后,立即进行冠梁开挖和桩顶混凝土凿除清理,围护桩主筋锚入冠梁,冠梁采用与围护桩同标号混凝土现场浇注,浇注时同时安装预埋钢板,满足下部钢支撑安装需要。
土方开挖后围护桩间采用喷锚支护,防止桩间土体掉块。
4基坑土方开挖施工
基坑土方开挖遵循“分段、分层、分块挖土,先中间后两边,随挖随撑,限时完成”的原则,利用土体在基坑开挖过程中位移的变化规律,对基坑开挖作动态管理,采用监控量测手段实行信息化施工,确保基坑变形量在设计允许之内。
水平开挖采用从一端先向另一端分段顺序开挖,竖向开挖采用由上到下顺序分层开挖。开挖时支撑和挖土紧密配合,随挖随撑。基坑沿纵向分段分层开挖,每层每段开挖长度不宜超过支撑的间距,第一层一般为7~8m,在第二层及以下土层一般为4m左右,每层开挖面标高以该层支撑的底面或设计基坑底标高为准,开挖完成及时安装钢支撑施加预应力。
为防止边坡失稳,施工前先清除基坑边堆土等荷载,同时在基坑四周做好防排水和管线保护措施。基坑开挖主要采用挖掘机进行,每一开挖区域分别配备长臂挖掘机和小型挖掘机。长臂挖掘机置于地面垂直开挖和装运土方,小型挖掘机主要用于底部、边角清理开挖和收集土方。
基坑开挖分层进行,从上到下、按层次序进行开挖,严禁掏底开挖。土方开挖分三层进行,每层均挖至钢支撑以下0.5m位置,坡度和台阶满足挖掘机作业要求同时尽量缩短长度。开挖流程见图1。
5钢支撑施工
围护桩外加钢支撑构成基坑空间受力体系,来支撑基坑外巨大的土压力和诸多外加荷载,达到安全施工的目的。因此围护结构支撑的质量控制十分关键,支撑采用Φ400mm钢管(一般均采用Φ400mm、Φ600mm和Φ800mm钢管,管径视基坑宽度和支撑间距而定)。钢管支撑为轴心受力结构,支撑直接撑在冠梁或钢围檩(俗称“腰梁”),通过钢围檩直接承受排架桩传递的土体荷载或外力,以控制围护桩向基坑内部位移变形。支撑一端设置应力调节装置(俗称“活络头”),主要通过千斤顶施加预应力来调节支撑长度,用于控制支撑轴力。
钢支撑和钢围檩均采用工厂制作,现场安装时支撑必须直顺无弯曲,接头紧密牢固。围檩与围护桩墙必须密贴,若有间隙须用速凝细石混凝土填实;当有角撑时,围檩或围护桩墙的连接处除设专门的斜支座确保支撑轴心受力外,还应在围檩与围护桩墙间设置剪力传递的措施。安装实景见图2。
钢支撑安装后立即按设计值在支撑一头或二端施加第一次预应力,并检查接头拧紧螺栓。一般在第一次施加预应力后12h内监测预应力损失及围护结构水平位移情况,并复加预应力至设计值。施加支撑预应力应注意以下事项。
(1)当昼夜温差过大导致支撑预应力损失时,立即在当天低温时复加预应力至设计值。
(2)当基坑变形的速率超过控制范围,接近警戒值,而支撑轴力未达到自身的规定值时,可增大支撑轴力来控制变形。
(3)当围护结构变形过大,采用被动区注浆控制围护结构位移时,应在注浆后1~2h内对在注浆范围的支撑复加预应力至设计值,以减少围护结构外移所造成的应力损失。
(4)当支撑的轴力接近或超过设计值时,通过增设支撑来分解轴力,提高抗变形能力,阻止基坑变形进一步增大。
钢支撑拆除分层进行,当基坑内结构施做到钢支撑处时,并且此时的结构混凝土达到设计强度75%时,便可拆卸钢支撑。在钢支撑拆卸前先施加预应力将预加力端的钢楔卸去,放散支撑轴力,然后吊出钢支撑,拆除钢围檩。
6施工监测
深基坑监测是信息化施工常用的一种方法,在确保深基坑开挖安全上起着十分重要的作用。监测的主要内容有支撑轴力、围护桩位移和沉降变形、基坑周边地表沉降、基坑周边管线的位移沉降、基坑周边构建物的位移沉降、基坑隆起、地下水位变化等。在基坑开挖施工中,发现监控数据接近或超过警戒值时,应立即分析原因,准确地找出施工过程中存在的问题,及时调整施工步骤,采取相应的对策,便能有效控制基坑变形,确保基坑安全。
7施工注意事项
(1)施工降水不宜过快,降水过程中应加强周边建筑物、管线和地表沉降监测。土方开挖必须在水位监测指导下进行。
(2)施工过程中注意基坑周边用水管理,加强管线渗漏情况观测,切断基坑周边水源补给途径。若放线坑壁有渗漏情况,应查清原因,切忌盲目注浆堵漏。
(3)在施工中应严格控制基坑周边堆载,基坑周边2m范围内严禁堆载,基坑周边1.4倍坑深范围应控制堆载。
(4)土方开挖必须与支撑架设同步施工,按设计要求分层开挖,严禁超挖和掏底开挖。开挖段的长度必须根据基坑深度和坡度合理确定,不宜过长。当基坑挖至设计标高后,必须马上浇筑垫层混凝土,进一步减少基坑变形值。底板混凝土必须在5~7d内完成,相应结构层施工及时跟上,以建立永久的受力平衡体系,从根本上控制住基坑变形。
(5)加强施工监测,掌握边坡的稳定状态、安全程度和支护效果,以便随时调整设计参数及基坑施工方案,确保基坑安全可靠。
深基坑支护是一个结构体系,需要满足一定的变形与稳定要求,才能确保建筑工程的质量。而正常使用极限状态和承载能力极限状态是深基坑支护设计要求中的两种极限状态要求。正常使用极限状态是由于开挖引起周边土体产生的较大变形或支护结构变形而影响正常使用,但又没有对结构的稳定性产生影响的极限状态;而承载能力极限状态是指支护结构滑动、倾倒、破坏或周边环境的破坏而形成大范围失稳的极限状态。基坑支护设计时要保证相对承载力极限状态的安全系数,才能确保支护结构稳定。同时在基于支护结构稳定的前提下,应控制好位移量,以防止影响到周围建筑物的安全使用。在设计的计算理论方面,要计算出支护结构稳定性,同时也要计算出支护结构的变形问题,基于周围环境条件下,将变形控制在允许范围值内。支护结构的位移控制主要是水平位移,因其便于直观监测位移情况及位移量变化。
2深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用
2.1土钉支护施工土钉支护施工主要通过利用土钉与土体之间发生的相互作用以加固边坡的功能,可以使土体具有良好的稳定性和整体性。土体主要受弯矩作用和拉力作用影响而发生变形,因此,在设计土钉的抗拉力和强度时,结合相关施工标准,根据建筑工程施工实际情况进行有效设计。土钉支护施工时应注意:(1)严格根据相关要求进行土钉拉拔试验,以确保土钉的实际拉拔力,该项试验检测应由具有一定资质的第三方进行。此外,还应准确把握好注浆力度和注浆量。(2)根据钻机的总长度准确计算实际孔深,并明确标注每个孔口的深度。(3)严格根据施工设计要求控制好浆液的水灰比和外加剂数量及类型。通过重力完成注浆操作,直至注满。同时应在浆液初凝之前进行补浆作业,一般是1至2次。
2.2土层锚杆施工土层锚杆施工主要通过锚杆钻机钻孔直接到达预计深度,注入水泥浆以保护孔壁,同时穿钢丝绞线,进行多次补浆施工,最后基于满足设计要求强度下锁定张拉。具体施工流程如下:测量人员应严格根据设计要求在施工现场确定锚杆具置,随后让锚杆机就位,然后详细检查锚杆各个方面有无问题,如钻杆倾角、锚杆水平位置、标高等,确认无误后方可进行作业;在钻孔过程中,应严格根据设计要求钻孔深度进行作业。同时使用锚杆前,应全面检查锚杆是否存在问题,尤其是隐蔽工程要检查并做好相应的记录。此外,作业过程中,如果遇到异常问题或遇到障碍物时应立即停止钻孔,详细分析问题产生原因并采取有效的措施予以解决后方可继续作业。锚杆水平方向孔距应根据施工相关规定进行严格控制,允许误差范围为在50mm以内,保证垂直方向孔距误差在100mm以下。对于钻孔底部的偏斜尺寸应控制在锚杆长度的3%以下。对于注浆的材料种类选择及配合比确定方面,应严格根据设计标准进行,同时要确保浆液内干净,无杂物。浆液在搅拌时采用一边搅拌一边用的形式进行,且应匀速搅拌。注浆时应按照孔底自下而上的顺序进行作业,直至孔口溢出浆液时停止注浆。除此之外,进行张拉锚杆时,应预先标定好张拉设备,张拉施工均需满足锚固体与台座混凝土强度在15MPa以上的条件后方可进行作业。锚杆张拉前,应选取0.1至0.2倍的设计轴向拉力值,并对锚杆进行预张,一般为1至2次,以使锚杆各个部位间紧密,达到杆体完全平直的状态。
2.3护坡桩施工护坡桩施工是护坡施工中常用技术,具有高施工效率、污染小等优点,主要应用于地质环境较为复杂的施工中。具体施工流程如下:使用螺旋钻机达到预定深度,按照从孔底自下到上的顺序不断压入浆液,以无塌孔问题或地下水的位置为界限,不断使浆液上升,直至达到相应位置,然后将其全面提出钻杆,将骨料和钢筋笼投放,最后进行多次高压补浆作业。
3深基坑施工质量监督
深基坑支护系统的施工质量高低直接影响着整个工程施工质量高低,因此,应加强深基坑支护施工质量的监督工作。明确挖土方案及施工组织情况,充分运用观测体系以随时掌控施工突况,确保施工安全与质量。加强对深基坑边坡变形情况、周边建筑及地下管线变形等方面情况的检查,减少安全隐患。同时,还应严格执行安全责任制度,明确分工与职责。
4小结
关键词:深基坑;支护施工;问题
引言
在现代城市建筑中,高层建筑的数量与日俱增,由此增加了基坑工程的施工难度。建筑的高度越高,基坑的深度也就越深,开挖难度越大,基坑支护是整个建筑工程的基础保障。所以要合理的设置埋深标准,提高建筑物的稳定性。为了确保基坑支护工程的质量符合标准,应该不断的提升施工水平,加强施工管理,为基坑支护工程的质量提供基础保障。
1 深基坑支护施工中存在的问题
现今深基坑支护结构的设计理论虽然有了很大发展,但是在实际施工中仍然存在许多不足的地方,主要表现为如下几个方面。
1.1 边坡修理不达标
基坑施工中的边坡施工是基础要素,在施工中经常会出现边坡修理不达标的现象,致使在挡土支护后出现超挖和欠挖的情况,影响到施工质量。这些主要是由于在施工中,施工机械没有按照施工规范执行,操作人员的技术水平有限,致使边坡表面的平整度和垂直度不能够达到规范要求的标准,在利用人工进行修整的过程中,由于受到条件的限制,在深度上无法做到,所以边坡修理不达标。
1.2 施工过程与施工设计的差别大
对于基坑施工的设计非常重要,其是根据施工现场的地质条件和施工环境而制定的设计方案,对于工程的质量有重要的影响,所以在施工的过程中,应该严格按照设计图纸执行,保证工程的质量。但是在实际施工中,却和设计方案存在很大的差异。有些施工企业为了节省成本,或者是追赶工期,为了局部的利益而偷工减料,致使工程的质量存在严重的安全隐患。基坑支护工程是一个空间处理的过程,所以需要按照一定的规律来执行,保证施工的效率。而在传统的设计中是按照平面应变来处理的,所以在施工中,容易出现差距。
1.3 土层开挖和边坡支护不配套
在基坑支护工程施工中,土层的开挖和边坡的支护需要相互配合,才能够保证工程按照规定的工期完成,并且符合规定的质量标准。对于工程量比较大的土方工程,一般都是由专业化的施工企业来完成的,从严格意义上来讲,绝大部分是两个平行的合同,在施工的过程中,需要对土层开挖和边坡支护协调管理,保证两个项目能够顺利的完成。但是在实际施工中,土方施工单位为了抢工期,赶进度,施工程序比较混乱,甚至没有给支护施工留有足够的工作面,致使在支护施工中,由于工作面不足而影响到施工的效率和质量。
1.4 管理不到位
对于技术含量比较低的工程,对其进行的管理也比较简单,技术含量高的工程,组织管理也相对比较复杂。只有高效的组织管理,才能够保证工程的顺利进行。但是在实际施工中,有些企业为了追求自身的利益,不顾及工程的大局,在施工中随意的改动设计方案,与设计方案出现严重的偏离,或者是将工程进行转包,都严重的影响到工程的顺利进行。在现代化信息管理模式下,应该加强信息系统的建立,在工程建设中,协调各个工序,保证工程的施工质量。
2 深基坑支护实施策略
2.1 转变传统深基坑支护工程设计理念
现如今我国在深基坑支护技术上已经积累很多实践经验,初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规律,为建立健全深基坑支护结构设计的新理论和新方法打下了良好的基础。但对于岩土深基坑支护结构的实际设计和施工方法仍处于摸索和探讨阶段,而且,目前我国还没有统一的支护结构设计的相关规范和标准。土压力分布还按库伦或朗肯理论确定,支护桩仍用“等值梁法”进行计算。这些陈旧的计算理论所计算出的结果与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大,既不安全也不经济。因此,深基坑支护结构的施工工程设计不应该再采用以往传统的“结构荷载法”,而应彻底改变传统的设计观念,逐步建立以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系。
2.2 重视变形观测,并注意及时补救
岩土工程中深基坑支护结构变形观测的内容包括:基坑边坡的变形观测及周围建筑物及地下管线变形观测等。通过对监测数据可以及时分析并及时了解土方开挖及支护设计在实际应用中的情况,分析其存在的偏差便可以及时的了解基坑土体变形状况以及土方开挖影响的沉降情况还有地下管线的变形情况等。对设计中存在的偏差,在下部施工中及时校正设计参数,对已施工的部位采取恰当的补救和控制措施,为此,要求现场变形观测的数据必须准确、可靠、及时,要求变形观测人员严格按照预定设计方案精心测量、认真负责,保证观测质量。如果在实际测量中确实发现异常情况,就需要即时研究采取措施以防止其恶化。而一旦出现大的变形或滑动,立即分析主要原因,做出可靠的加固设计和施工方案,使加固工作快速而有效,防止变形或滑动继续发展。研究和应用已有的基坑工程行业和地区性规范以及当地的工程经验。对于重大复杂的基坑工程目前国内采用专家论证的形式,对保证工程安全、降低造价是有效和现实的一种方法。
2.3 全程控制基坑支护的施工质量
基坑支护工程的质量不仅要求有较高的施工技术,施工过程中的质量管理同样重要。因为基坑施工中涉及到众多的环节,任何一个环节出现差错,都会对整个工程造成严重的影响,再进行补救将会非常的困难。在施工之前,施工人员要充分的了解设计图纸,理解设计意图,对施工现场的地质条件以及周边的环境进行详细的了解,确保排水系统能够正常运行,为施工的顺利进行创造有利的环境。施工单位在施工过程中不得随意改变锚杆位置、长度、型号、数量,钢筋网间距,加强筋范围,放坡系数等。设计方案变更时必须重新经专家评审。基坑支护施工单位要与挖土施工单位紧密配合,坚持分层分段开挖和分层分段支护的施工原则进行施工。岩土深基坑开挖的过程中应采取措施以防止碰撞支护结构、工程桩或挠动基底原状土。
3 结束语
基坑支护工程是整个建筑的基础,其质量的好坏直接影响到整个建筑的质量,所以要严格控制基坑支护工程的质量。在基坑支护工程施工中,对于施工现场的地质条件要进行详细的勘察,根据地质水文状况以及周边的施工环境制定出完善的施工方案。在施工的过程中,应该严格控制各项工作,对于施工材料要控制好质量,做好人员和设备的调动安排,保证资源的优化配置。加强施工过程中的监督管理工作,发现问题及时处理。在不断的施工实践中,基坑支护施工技术将会不断的完善,为建筑业的发展奠定坚实的基础。
参考文献
[1]付国军.探讨高层建筑工程深基坑支护施工技术[J].现代物业(上旬刊),2012-01-05.
【关键词】地铁工程,深基坑,施工技术,风险管理
中图分类号: TU74 文献标识码: A 文章编号:
一、前言
随着经济社会的发展,地铁已经成为我国许多城市不可缺少的交通设施。而地铁深基坑工程具有开挖难度大、费用高、降水困难及周围环境影响大等特点,它已经成为地铁建设中的一大难题。深基坑工程质量的好坏,直接影响到基坑工程的造价和安全。深基坑施工对保护周边建筑的安全具有重大的经济效益和社会效益。因此,在新时期,伴随着城市化建设步伐加快,加强对城市地铁的施工技术管理和风险控制,对完善城市的交通网络,保证地铁系统的运行安全具有十分重要的社会经济意义。
二、地铁深基坑施工技术要点控制
1.基坑围护支撑体系
(一)地铁深基坑支护方式包括地下连续墙+支撑、围护桩+支撑、土钉+喷射混凝土等支护形式,受场地限制一般采用围护桩+内支撑的支护体系,根据土体侧压力、地下水位情况确定围护桩类型、桩径及间距。围护桩施工一般采用冲击钻、旋挖钻、全套管回转钻、人工挖孔等工艺。冲击钻、旋挖钻对地质条件比较苛刻,在砂卵石、软土地层中成孔难度较大,且噪音大、污染环境、工艺落后,很难在市区施工中推广,全套管回转钻成孔速度快,精度高、污染轻,适用于所有地层,是目前围护桩施工中值得大力推广的先进工艺。
(二)钻孔灌注桩施工完成后,进行冠梁处土方开挖施工,土方开挖采用挖掘机或装载机直接将土方装车运走,开挖至设计冠梁底标高后进行冠梁及砖挡墙施工,冠梁以上土方开挖采用自然放坡形式。待挡墙施工完毕后对挡墙背后采用粘土回填并夯实至地面。冠梁施工前需将钻孔桩桩头凿除,清洗、调直桩顶钢筋,冠梁主筋应与桩顶锚固筋焊接,以保证结构的整体性。
(三)深基坑钢管内支撑体系是保证深基坑稳定关键因素,根据土体侧压力值确定钢管直径、管壁厚度等参数。角部支撑由于受力复杂是内支撑体系控制的关键环节,为防止角部支撑滑动应安装防滑装置。在基坑开挖过程中充分利用“时空效应”,钢支撑的安装和预应力的施加应控制在12h以内。施工中应作到随挖随撑,防止开挖深度与钢支撑架设不匹配造成基坑监测值变化异常,影响基坑稳定。
2.土方开挖及其施工要点控制
基坑开挖按照“分层分段开挖,随挖随撑,开挖与支撑结合”的原则,采取竖向分层、纵向分段的措施开挖,及时支撑,减少围岩土体暴露区域和时间。基坑开挖中设置集水槽,集水槽随开挖随加深,将基坑中积水及时抽出,保证土方开挖无水作业。
土方开挖采用竖向分层、纵向分段拉槽、横向扩边的原则,每1层每1段土方施工中,在横断面跨中开中槽,由车站东端开始沿纵向挖掘;由中槽向两侧开挖面进行开挖作业。中槽的大小首先要满足挖掘机回转弃土的要求,同时要尽可能多地保留两侧土体,以支撑围护结构,减小对周边环境的扰动,并满足钢支撑施作要求。中槽开挖至4m后架设钢支撑,然后横向扩边拓展,挖至钻孔桩附近时人工配合,以免机械开挖破坏围护桩。当放坡开挖至坡脚线附近运输车辆无法进入时,将采取多台挖机接力倒运开挖;局部位置无条件作业的,可用坑内挖机将土方装至提升料斗内,再用行轨龙门将其吊。
(一)土方开挖过程必须严格接照技术方案设定的顺序分段分层开挖,严格做到开挖一层、支护一层,上层未支护完,不得开挖下一层,并且做到不得在大雨天开挖施工。
(二)根据钢支撑位置确定基坑竖向分5层开挖,每层开挖至钢支撑下50cm。开挖完成及时安装钢支撑,按设计要求预加轴力后方可继续开挖;第5层开挖至设计坑底标高以上20~30cm时进行人工清底,以控制好基底标高和防止土层扰动。
(三)土方开挖前必须先放边坡线 ,土方开挖中必须随开挖进度放出开挖边线,以便及时控制开挖深度及边线,避免超挖或开挖不足。
(四)坑底人工的清土、基坑边角部位和桩边机械开挖不到之处的土方应配备足够的人工及时清运至挖机作业半径范围内,及时通过挖机将土方挖走,避免误工。
(五)基坑开挖尤其是最底一层开挖中必须特别小心,避免挖斗碰撞基桩,在各层开挖中均应避免挖机直接碾压桩头,若挖机无法避开密集的桩头时,需先截掉部分桩头。
三、地铁深基坑风险管理与控制
建设、规划、勘察、设计、施工、监理、第三方监测等单位组成深基坑施工风险管理体系的基本单元。根据深基坑风险来源分为客观风险和主观风险,主观风险包括各参建单位风险管理不到位,如由于前期拆迁影响造成后期工期压力较大,出现盲目抢工;设计环节对区域地质条件认识不足;监理单位技术力量和同类工程管理经验薄弱;施工单位施工和技术管理不到位等。客观风险包括复杂地质、水文条件,周边管线及建筑物对深基坑施工造成的影响。
1.严格控制施工设计
设计阶段应保证现场勘察资料的真实性、完整性,设计意图应充分结合现场实际具有可操作性,如有的设计单位为了提高基坑的稳定性,采取加密钢支撑、底撑换撑设计方案,造成施工阶段实施难度较大,现场可操作性差,反而对深基坑的稳定性造成了潜在安全隐患。施工方案的编制和审核是降低深基坑风险的另一个关键因素。方案编制阶段应充分考虑周边管线对深基坑造成的潜在影响并采取相应的措施。
2.科学进行项目决策
地铁深基坑工程的复杂性已远远超出任何一个专家的知识领域或一种专业的专家群,而是需要技术、管理、财务、环境等一大批相关的不同领域的专家群体。利用群体决策支持系统可最大限度的发挥各决策人员的作用,增强决策结果的可信度,提高决策效果,帮助管理人员“做正确的事情”,将工程总体风险值压缩在合理的范围之内。
3.建立完善的深基坑风险监控体系,实现风险控制程序化
建立深基坑风险评估、分级、变形指标、风险预警控制体系,严格按程序进行风险控制,实现风险控制科学化、程序化。在设计阶段根据深基坑周边环境和基坑深度进行风险评估及分级,确定变形临界值,对风险进行量化。在施工阶段根据基坑变形监测情况及时通过监测平台预警,根据预警响应程序参建各单位采取措施,对防止事故发生起到了一定的积极作用,这套风险管理体系应在地铁行业大力推广。
4.施工条件的具备是工程顺利实施的前提。重要部位和环节施工前,对技术、环境、人员、设备等相关条件是否满足工程质量和安全生产要求的检查验收,成为有效规避或减少安全质量事故的有效措施,近来采取对重要部位和环节进行分类,并按制定的检查要素,组织施工前条件验收成为风险控制的重要手段。城市地下空间项目是在已有城市基础设施具备的环境中实施,项目的本身往往又是多个分项组成,而分项目实施的顺序,对地下工程来说,决定了项目设施的成败和功效,具有十分的重要的意义,控制分项目实施的步骤也是风险控制的重要因素。
四、结束语
地铁深基坑工程难度大,基坑安全控制极为重要。深基坑工程应选择合适的支护形式和降水方式。在施工过程中,基坑开挖要严格按照设计进行,同时密切关注周围地表沉降、围护桩水平位移等监测监测数据。良好的施工安全风险管理体系为深基坑工程的顺利进行提供保障。加强其施工技术管理和风险控制具有十分重要的意义。
参考文献:
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[2]刘臣俊, 深基坑工程施工中的安全风险管理研究 [会议论文] 2010 - 2010城市轨道交通关键技术论坛暨第二十届地铁学术交流会
[3]-钱健仁,黄捷,吴盛,刘壮志 郑州地铁车站超深基坑施工风险管理与控制[期刊论文] 《华北水利水电学院学报》 -2011年3期
关键词:高层建筑;深基坑支护;质量
Abstract: In this paper, combined with the author's many years of work experience in deep foundation pit support of high-rise building construction technology and quality control as the focus, the full text of the discussion, for reference.
Key words: high building; deep foundation pit; quality
中图分类号:TU74文献标识码: 文章编号:
一、高层建筑深基坑支护的主要形式和技术要求
(一)深基坑支护的主要形式
1.混凝土挡土墙与基底加固相结合的支护。该种形式因其技术含量较低,便于进行施工操作且成本较低等优势为建筑企业所青睐。但随着近几年对高层建筑工程要求的逐年提高,其施工工期长、环境影响较大、基层加固质量难控性高等不足之处也逐步暴露出来。
2.土钉墙支护。该种支护形式以钢结构为主干,结合混凝土面层形成较为坚固的混合土体,其以造价低廉、施工便捷和工艺简单等优点被广泛应用于深基坑支护工程中。
3.复合土钉墙支护。主要是由混凝土搅拌桩等超前支护组成的防渗帷幕,能够有效地解决喷射面与土体的粘结问题,并且具有较好的隔水性。基坑深度一般为 5~10m,比较适合在距离周围建筑物较远且对变形要求较高的基坑中使用。其优点是工期短、成本低、施工工艺简单。
4.喷锚网支护。是一种比较先进的支护形式,比较适合在土质条件较差的地方使用,具有施工灵活、设备简单、支护费用低、对基坑附近建筑物影响程度小等优点。
(二)深基坑支护的技术要求
高层建筑深基坑支护的主要作用是在基坑开挖过程中用以挡土和挡水,并以此来确保基坑开挖施工能够顺利进行,防止由于基坑坍塌对周边建筑、地下管线等造成危害。在高层建筑的支护结构当中一小部分是临时性的,大部分基本都是永久性埋于地下,如地下连续墙等。因此,支护结构不仅应能够确保基础安全,同时还要便于施工、经济合理。高层建筑深基坑支护的基本要求如下:其一,应采用技术先进、结构简单、可靠性高的施工技术,同时还要确保支护体系能起到挡土的作用,以保持基坑边坡的稳定;其二,应确保基坑周围建筑、道路以及地下管线等的安全;其三,基础施工应在地下水位以上进行;其四,经济上应合理,并注意环保和施工安全。
二、高层建筑深基坑支护的施工技术
在高层建筑的深基坑支护中,具体的施工流程一般包括以下几个步骤:
(一)施工前期的准备工作
在进行支护施工之前,需认真对施工现场的标高以及基坑开挖深度进行复核,并对基坑周边的建筑物类型、道路和地下管线等的详细资料进行调查,施工过程中一旦出现与勘查报告及设计要求不符的情况时,必须立即通知相关设计单位进行调整。
(二)支护桩施工
支护桩的施工是整个支护过程中较为重要环节,成桩的质量优劣直接影响整个支护结构的质量,因此,必须对施工过程的主要工序进行严格控制,如成孔、清孔、制作及安放钢筋笼、混凝土的配合比等。
(三)锚杆施工
锚杆是一种较为新型的成拉杆件,其一端与挡土墙进行可靠联结,另一端则锚固于地基的岩石中,主要是利用锚杆与岩石之间的锚固力来承受各种向外的倾覆力。当基坑开挖至锚杆的标高之后,应先进行土层锚杆施工,具体步骤为:钻孔、制作锚头、穿锚索、注浆,浆液通常采用水泥砂浆,注浆结束后,开始安装钢腰梁、台座、垫板、穿外锚具、最后进行张拉锚固,并在现场进行试验,确定锚杆符合设计要求后方可结束。
(四)土方开挖
在基坑土方开挖过程中,一般挖土量都会比较大,尘土会使周围的居民受到一定的影响,所以在开挖过程中,应采用分层开挖的方式进行,这样就可以一边挖一边运,避免了大量的土方堆积。土方开挖的速度应根据对围护结构监测结构的变化而变化,一旦结构发生位移、沉降等异常现象时,需立即停止,并及时查明原因,采取相应的措施进行处理。
三、高层建筑深基坑支护施工的质量控制要点
高层建筑深基坑支护的施工阶段是整个工程中较为关键的阶段,因此,必须对该阶段的质量进行严格控制。
(一)深基坑施工
在高层建筑深基坑工程中,包括许多重要环节,如挖土、防水、挡土及维护等,是一项较为复杂的系统工程,一旦其中任何一个环节出现失误,都将会对整个工程造成影响,严重时还会发生安全事故。因此,施工单位必须严格按照施工流程和有关的技术规范等组织施工,并对重要位置的施工制定详细可行的施工方案,同时还应加强过程控制。例如,在确定土方开挖方案时,需对基坑的地质报告、地下设施以及周边建筑物等实际情况进行详细分析,如果是特殊土体则应精心组织施工,对于软土地区而言,基坑的开挖深度不宜过大;膨胀土地区尽量不要在雨季进行开挖。
(二)深基坑周围土体止水效果的控制
由于地下水对深基坑工程的施工影响较大,因此,在地下水位较高的地区进行深基坑施工,必须制定详细的止水方案。在制定具体的止水方案时,应从防、降、排这三个方面加以考虑,并根据地勘部门提供的详细地质资料,分析地下水的主要成因,同时还应对基坑周围的环境进行深入了解,绝对不能仅靠不间断的抽水来降低水位,不然很有可能造成基坑附近的土体发生流失,致使周边建筑物不均匀沉陷,严重时甚至会发生管涌,不仅增加了处理难度,而且还会延误工期。止水帷幕是深基坑支护中较为常用一种止水措施,为了确保支护工程能够顺利进行,在止水帷幕施工时需注意以下几点:1.确保桩体质量合格;2.确保桩的密实度和搭接长度符合要求,防止桩头开叉、蜂窝、空洞等现象的发生;3.严禁在支护结构上随意开口,否则不仅会使支护结构的安全受到影响,而且还破坏了止水帷幕的效果,地下水则很容易从开口位置渗入。
(三)深基坑支护的信息化管理
深基坑支护信息化管理的主要手段是安排较为专业的施工监测人员对基坑及周围环境进行实时监测,并根据监测到实际情况与预期性状进行对比分析,发现异常情况及时采取相应措施进行处理,确保工程安全。深基坑支护的具体监测内容如下:1.支护结构顶部的水平位移情况;2.支护结构及周围建筑、道路的沉降、裂缝情况;3.基坑底部隆起情况。上诉监测内容除了应每天进行一遍目测之外,还应每隔 10m 左右设置一个观测点,并在基坑开挖后,每隔 3 天左右监测一次,位移较大时可调整为 1 天 1 次。监测到的结果必须能够真实反映被测目标的动态趋势,并绘制变化曲线图。另外,在开挖较深的基坑时,需对支撑的内应力进行测试,当应力值达到设计值的 90%时,应采取必要的防范措施。
(四)突发事件的处理
在高层建筑深基坑支护施工过程中,经常会发生一些不可预见的事件,为了确保支护结构的质量,需制定应急预案。常见的突发事件如下:1.基坑内流沙、管涌;2.支护结构局部出现沉降、裂缝;3.气象异常;4.相邻工地施工的影响;5.地下障碍物妨碍施工正常进行等。上诉突发事件一旦发生后,应及时启动应急预案,并组织有关单位研究解决对策。
四、 结束语
总而言之,随着高层建筑的发展,深基坑支护的难度会越来越多。只有在施工过程中对施工质量进行严格控制,才能确保整体工程的质量。
参考文献:
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[2]甘尚琼.深基坑支护设计方案优选问题探讨[A].第二十届全国高层建筑结构学术交流会论文集[C].2008(06)
关键词:高层建筑;深基坑支护;施工管理
Abstract: the deep foundation pit supporting is effective in ensuring foundation pit construction and underground structure peripheral environment safe a supporting structure, is the high-rise buildings in the important part of foundation pit engineering. In recent years, the foundation pit engineering safety accident occurred frequently, so to strengthen the management of the construction of the foundation pit is important. This paper briefly analyzes the high-rise building the present situation of the construction of the deep foundation pit supporting, and found that the problem, summarize and, at the same time, of a high-rise building deep foundation pit construction management and control key points are discussed in this paper.
Keywords: high building; Deep foundation pit supporting; Construction management
中图分类号:TU71文献标识码:A文章编号:
随着我国社会经济的飞速发展,无论是民用建筑还是公用建筑都已向着高层化发展,并正在逐步取代传统建筑。基坑工程是高层建筑的基础性问题,是确保高质量高层建筑的关键性因素。而对于高层建筑基坑开挖时,不可缺少的就是基坑支护施工,特别对于深基坑(深度超过5米)的支护施工,所谓的深基坑支护即采用支护结构来确保地下结构的施工和基坑周边的环境安全。但是由于基坑支护结构不属于高层建筑的组成部分,只是临时的防护建筑,由此导致某些施工单位为了赶进程、节省投资而忽略深基坑的支护施工,这将对施工的安全性和优质性造成严重的不良影响。基于此,施工企业应不断加强深基坑的设计管理、施工现场管理及施工技术管理,以确保深基坑施工的安全性和高层建筑的施工质量。
一、高层建筑深基坑支护施工管理现状概述
截至目前为止,我国关于高层建筑的深基坑工程施工技术显然已取得了一定的发展与进步,但通过实践了解与分析,发现目前高层建筑深基坑支护施工仍存在一些不规范、不安全的地方:首先是深基坑边坡修理不规范的问题,由于施工管理人员不重视基坑支护施工而管理不到位、不周全,导致施工人员在施工过程中出现多挖或少挖的现象;其次是深基坑施工设计的有效性问题,深基坑的施工设计本身属于平面设计,而实际上需要体现的是立体的空间施工,因此通常造成深基坑支护结构构造误差问题,另外实际的支护施工过程中的偷工减料现象,也使得施工设计得不到有效的落实;最后是边坡支护和土层开挖不相符的问题,由于深基坑施工中的挡土支护施工要求的技术含量较高、工序也较为复杂,因此挡土支护施工通常是承包给较为专业的施工队伍。专业的施工队伍通常为了赶进度而忽视边坡支护施工,从而出现施工现场杂乱无章,且不便于管理,最终导致边坡支护与土层开挖不配套的现象。
二、高层建筑深基坑施工管理与控制要点
1、深基坑施工前的设计管理
从某种程度上讲,设计方案的合理与否将对深基坑支护工程的施工产生直接性的影响,因此加强对设计坑施工前设计工作的管理十分有必要。高层建筑深基坑支护方案的设计和制订,是一项涉及范围较广、技术含量较高的工作,不但要熟练掌握水文地质的相关知识,还应明确水文地质的不确定性。从现实的实例来看,深基坑施工所发生的事故,其中有39%~45%的事故是由施工设计方案不合理而引发的,为有效避免此类事故的发生,第一,应改变传统的“结构荷载法”设计方法,而采用较为先进的以监测为主导动态设计方法;第二,加强对施工方案设计人员的选择,应选择熟练掌握地基与地质知识的设计人员,并且具有较为丰富的深基坑边坡支护设计等经验;第三,加强对设计方案的审核工作,准确掌握设计图纸意图。另外最为直接、有效的办法就是,业主应选择资质较高、经验较为丰富的设计单位来完成对深基坑支护施工方案的设计工作。
除上述某些施工企业自行设计方案外,部分企业需将深基坑支护方案设计工作分包给专业的设计单位。对于此,分包单位的正确选择成为施工企业对深基坑施工管理的头等问题,要确保选择分包单位的正确性、合理性,应充分了解并掌握分包单位的具体信息,其中包括分包单位的施工设计资质、分包单位的设计经验及分包单位的社会信誉等。经长期的实践证明,较高的资质、丰富的经验及良好的社会信誉是有效确保分包单位选择合理性的重要依据。
2、深基坑施工现场及施工技术的管理
2.1、深基坑周围土体止水效果的管理与控制
由于深基坑施工是在地下进行的,因此地下水的合理处理是深基坑支护施工的关键性问题。加强对深基坑周围土体止水效果的管理与控制,可以从以下几方面做起:
(1)、深基坑周围土体止水方案的合理设计。高层建筑的深基坑工程施工过程中,地下水对其的影响是非常高的,并严重影响到施工的安全性。通常地下水的来源主要有雨水、上层滞留水、承压水及深基坑周围管道漏水等,由于地下水来源较为复杂,在一定程度上决定了止水方案的高难度。合理、有效的止水方案是基坑工程施工的基础性问题,因此在制订深基坑止水方案时,应从地下水的特点及其来源入手,即充分考虑到防水、降水和排水三个方面,与此同时深刻了解施工现场的地质资料,从而保证了止水方案的全面性和可行性。
(2)、深基坑支护常用的止水措施。高层建筑深基坑支护工程通常选用止水帷幕的止水措施,此种措施主要适用于水位较高的深基坑施工。止水帷幕的止水方法有高压喷射注浆法、深层搅拌法及压力注浆法等,上述方法最终将汇集到搅拌桩问题上,至此搅拌桩质量的高低将是影响止水效果好坏的直接性因素。为有效确保止水帷幕搅拌桩的质量,应加强对水泥浆掺加量、搅拌的均匀性等的管理和控制、除此之外还应保证搅拌桩合理的搭接长度和密实度,以最大程度避免地下水的深入,并确保深基坑支护结构的稳定性和安全性。
2.2、深基坑支护工程施工管理
总的来说,当今高层建筑设计坑支护工程的施工管理,应努力挣脱传统的管理方法,而不断尝试新型的管理方法。目前深基坑的实际操作中,施工单位多采用信息化的管理方法来实现对深基坑支护工程的全程管理。
支护结构的稳定性。深基坑的施工质量主要取决于深基坑的整体刚度和稳定性,而深基坑的整体刚度和稳定性又在一定程度上取决于深基坑支护结构的稳定性,因此对于支护结构的稳定性管理至关重要。深基坑的支护结构,通常会因各种因素发生变形、产生沉降,或者出现位移等问题,这将标志着设计坑支护结构的完全失败。通过不断地实践和研究,采用信息化管理方法对深基坑支护结构进行管理、控制,能够有效避免支护结构出现稳定性问题。深基坑支护结构的信息化管理,即安排专业的施工监测人员对设计坑施工现场及周围土体情况进行实时监测。在监测的过程中,监测人员根据监测到的基坑支护结构和岩土变位等情况,与实际方案中的预期性状进行比对,切实的做到动态性的分析、动态性的监测,以便于监测人员对深基坑支护施工状况了如指掌,从而能够及时发现问题,及时采取相应的措施解决问题,并最终确保了深基坑施工的安全性。对于深基坑支护结构工程的监测,除上述外还应包含深基坑底部隆起度、支护结构顶部水平位移、支护结构沉降和裂缝等。
总而言之,高层建筑深基坑支护工程是一项涉及面广并具有不稳定因素的系统性施工过程。深基坑的支护施工管理,应从施工前的准备阶段做起,切实做好施工方案的设计工作,以有效确保施工设计方案的可行性。同时在施工过程中,摒弃传统的施工作业方式,积极采用新型的信息化管理方法实现对支护结构的监测与管理。总之,高层建筑深基坑支护工程的管理应从施工中的各个环节、各个工序抓起,加强对整个基坑支护工程的施工管理与控制,以确保施工过程安全性的同时,为整个高层建筑的高质量施工奠定基础。
参考文献:
[1] 刘立波.高层建筑深基坑支护的施工与管控》.中国科技纵横.2011年02期.
[2] 赵科立 刘喜.浅议高层建筑深基坑支护技术.工程建筑.2011年08月.
论文摘要:设计方案的合理性是直接影响深基坑支护工程成败的关键因素,一个成功的深基坑支护设计方案应当经济合理、安全可靠、施工技术可行。在我国,深基坑的出现较晚,深基坑支护设计日趋成熟,但由于设计参数众多,地质不明因素的影响,使设计工作的难度加大。文章结合作者多年的工作经验,分析了高层建筑深基坑支护施工过程的控制要点。
近年来,随着大批的高层和超高层建筑的建设,开发商为提高建筑用地率,加之国家有关规范对基础埋置深度和人防工程的要求,多层、高层、超高层建筑地下室的设计必不可少,有的地下建筑甚至有三四层,深的达十多米,于是,地下建筑开挖时的深基坑支护成为一个必要的施工过程。但由于深基坑支护为临时建筑,不在建筑主体施工的范围内,为节省投资、降低成本及加快进度,业主、施工单位往往只强调基坑支护施工的临时性,而忽略了基坑支护施工的重要性、复杂性及风险性,认为只要基础工程完成时,基坑支护未垮掉便解决问题,有的施工单位甚至认为挖一个大坑、简单地处理一下坑壁即可,致使深基坑施工时安全质量事故时有发生,不仅延误了工期,还造成了巨大的经济损失。
一、施工准备阶段的控制要点
(一)设计管理
设计方案的合理性是直接影响深基坑支护工程成败的关键因素,一个成功的深基坑支护设计方案应当经济合理、安全可靠、施工技术可行。在我国,深基坑的出现较晚,深基坑支护设计日趋成熟,但设计参数众多,地质不明因素的影响,使设计工作的难度加大。据2000年的资料统计,在基坑工程施工质量事故中,由于设计原因造成的事故占总数的43%。设计原因主要表现在:无证挂单设计、盲目设计、参数取值错误、地下水处理方法失误、支护方案选择不当等。要改变这种状况,首先,设计人员应具有较强力学知识(理论、材料、结构、流体、土力学)和地基与基础等多学科的知识,又要有丰富边坡支护设计经验,熟悉当地的水文地质状况和特点,在结合建筑及周围环境特点的基础上,设计出经济合理的深基坑支护方案。其次,工程人员在施工前应对方案进行认真审核,理解设计意图,及时与设计人员沟通以掌握方案,在施工组织时,使各个组成部分、各道工序协调有序。再次,业主方应了解深基坑支护的重要性,选择有经验的设计单位设计支护方案。
(二)分包单位的选择
由于深基坑支护的特殊性,其施工应由具有施工资质与能力的专业分包队伍进行。施工单位的技术力量、整体素质是影响工程质量的重要因素之一,监理工程师应协助业主审查总包单位选定的专业队伍,选择社会信誉好、技术力量强、施工经验丰富的分包单位,最好有类似工程的施工经历,同时应防止层层转包、“层层剥皮”,以致影响工程质量的现象发生。
(三)施工专项方案审定
施工专项方案是具体指导施工的重要文件。但在目前,有些施工单位往往是照搬他人的方案;有的虽说是按具体工程的实际情况编制的,但控制要点不具体,措施针对性不强,基本上无指导意义。因此,监理工程师应认真审核施工单位提交的专项方案,对不能满足施工要求的,坚决要求其修改完善后按程序申报,特别复杂的方案可组织专家汇审,待总监审批后方能实施。审核内容主要有:施工平面图、基坑的支护方式、基坑开挖方式、降水措施、施工工期、监测布置的合理性等。
二、施工阶段的控制要点
施工阶段是项目实施的关键阶段,监理工程师应根据地质勘探资料和当地水文气候条件,结合当地深基坑工程施工的经验和条件,确定工程的关键项目,要求施工单位制定专项施工方案报监理机构审核,并强调要制定突发事件的应急预案。
(一)深基坑工程的施工
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。例如,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,这样不利工程监控,易造成坍塌事故。
(二)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。 转贴于
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以下几点:
1.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。
2.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。
3.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。
(三)深基坑支护的信息化管理
深基坑施工的质量问题实质上是基坑的整体刚度和稳定性,即基坑支护结构是否会发生变形、是否会产生沉降及水平方向的位移或倾斜、支护结构是否有裂缝以及基坑底是否产生隆起和变形,若发生这些问题将导致基坑支护结构的失败。
基坑支护结构信息化管理的主要手段,是安排专业施工监测人员对基坑现场及周围建筑物进行监测,根据基坑开挖期间监测到的基坑支护结构或岩土变位等情况,比照勘察、设计的预期性状,动态分析监测资料,全面掌握位移变化的大小、方向、变化频率,对照报警标准,预测下一阶段工作的动态,及时对施工中可能出现的险情进行预报,超过位移设定的预警值时,应及时采取有效的应对措施,确保工程安全。
深基坑支护结构工程监测的主要内容有:支护结构顶部水平位移;支护结构沉降和裂缝;临近建筑物、道路的沉降、倾斜和裂缝;基坑底隆起的观测等。以上监测除每天进行目测之外,一般每8~10m设一个监测点,关键部位适当加密,开挖后每天监测3次,位移大时应适当加密。
观测结果要真实反映所测目标的动态趋势,并绘出变化曲线图,以传递险情前兆信息,找出险情发生的必要条件,如地质特性、支护结构、临近建筑物、地下设施等,结合相关的诱发条件,如气象条件、开挖施工、地下水变化等,根据基坑支护结构的稳定性计算结果进行科学决策,以排除险情。开挖较深的基坑时,还应测试支撑的内应力,当应力值达到设计值的90%(或支撑变形达10mm)时,要及时采取防范措施。另外,因现场施工情况复杂,监测点极易被破坏,要注意对监测点的保护。
(四)突发事件的处理
建筑施工是一个投资大、周期长、参与人员多的过程,施工过程中会发生许多不可预见的事件。对于基坑支护结构的施工,更要做好应对突发事件的技术准备。常见的突发事件有:基坑内管涌、流沙;基坑支护局部出现成因不明的裂缝、沉降;气象异常,出现持续多日的狂风暴雨;相邻工地施工的影响,如降水、打桩、开挖土方;地下障碍物妨碍基坑支护结构或止水帷幕的施工等等。事件发生后,及时启动应急预案,并会同相关单位研究解决办法。
关键词:隧道基坑;变深度地续墙;支撑轴力;三维有限元
Research on the axial force in a long strip of sloping pit
Zhao Chengcheng1Guo Zhixing2
(1.Tianjin Huaxing Survey and Design Co., Ltd. Tianjin 3002412. Tianjin Gangjin Architects & Engineers Co., Ltd. Tianjin 300308; )
ABSTRACT:the deep excavation is a Complex process of dynamic change when Interaction between envelope and soil, there are many uncertainties in the course of excavation. This paper analysizes the axial force of support in the course of excavation through measurement and simulation in two ways, then summed up the value of axial force with the conditions in the process of excavation.
KEY WORDS: deep foundation pit ; underground diaphragm wall;axial force of support;3D finite element
中图分类号: TV551.4 文献标识码: A 文章编号:
1.工程概况
研究段内地下连续墙深度18-23.5m,混凝土的强度等级为C30,地下连续墙内侧设置衬墙。竖向支撑道数为1~5道,采用Φ609钢管支撑,支撑的纵向间距为3m,坑内设置2~4排Φ402×12钢管工具柱,工具柱之间设置纵向型钢系梁。
2、实测分析
此隧道基坑工程监测点很多,本文选择了具代表性的三个标准段支撑轴力变化情况进行研究。本文研究随着开挖时间的推进,钢支撑轴力的变化规律,及四道支撑间的相互影响。具体分析如下:
图1 支撑轴力随开挖时间的变化曲线
钢支撑轴力分析结果:
(1)第一道撑在安装完的一段时间内,轴力变化基本较平缓,随着第二层土方的开挖,第一道支撑轴力逐渐增大,最大值约为500kN,但待第二道支撑安装完并发挥作用后,第一道撑轴力开始逐渐减小,最后趋向稳定。
(2)第二道支撑的轴力变化曲线与第一道撑类似,但是第三道支撑安装以后,轴力出现大幅度下降,因此第二道支撑轴力从开始就持续增大,第三道撑轴力出现回升后,第二道撑轴力才慢慢减小,最终趋于稳定。
(3)第一道钢支撑安装之初,轴力值随开挖时间呈现增大的趋势,随着第二道支撑的安装,第一道撑的轴力开始出现减小的趋势,最后在第三道撑安装完成后,第一道撑轴力趋于稳定;第二、三道支撑轴力的变化规律与第一道撑轴力变化近似一致,最后一道支撑轴力始终处于较稳定状态。这是因为每道支撑发挥作用是在下一层土方开挖但下一道支撑尚未安装期间。
(4)基坑开挖过程中,从第一道撑到最后一道撑,钢支撑轴力基本处于增大的趋势,轴力增大值基本在300kN左右,因此在基坑设计时,为了经济效益,从上到下,其支撑的截面可以适当减小。
3、模拟计算结果分析
模拟计算后,支撑取S11方向的应力,然后通过应力与轴力间计算公式:F=σ×A,其中F为轴压力,σ为模拟计算得到的应力,A为钢支撑的截面积。
图2支撑轴力随工况的变化曲线
分析结果:
(1)第二层土方的开挖期间,第一道撑的轴力会出现大幅度增加过程,随着第二道支撑开始发挥作用,第一道支撑的轴力开始逐渐减小。
(2)第二道支撑安装后,轴力值也出现小量增长过程,但到第三道支撑完成后,第二道支撑轴力开始慢慢回落。
(3)随着第四层土方的开挖,第三道支撑的轴力也逐渐增大,而第四道支撑自安装后就一直较稳定,轴力值约为1470kN。
4、模拟与实测对比分析
图3 模拟与实测支撑轴力对比曲线
分析结论:
(1)模拟支撑轴力与实测轴力的变化趋势近似一致,从第一道支撑轴力到第四道支撑,其轴力基本呈增大趋势,且随着下一道支撑开始承担作用,每道支撑的轴力就开始逐渐减小。
(2)实测中,每道支撑轴力波动较大,但最终都趋于一稳定值,而模拟轴力并没有稳定阶段,分析原因,实测监测中,随着底板的完成,整个基坑的变形都趋于稳定,而模拟结果就是按设置的四个分析步得出的。
结论
本文通过实测与模拟两方面对条形坡基坑开挖过程中支撑轴力变化进行分析,从而为以后相近工程起到了施工超前预测、预报的效果,提高类似工程的设计、施工的可靠性。
参考文献:
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在我国目前城市化步伐加快的建设背景下,各类交通枢纽、大体量房建工程、 大型市政工程、地铁车站及车辆段等建设工程,在给我们的城市化做贡献的同时, 建设施工阶段的深基坑工程也在我们的工程技术人员带来一个个难题。深基坑工程由于受到建设环境及工程项目的唯一性、特殊性等各种不确定性因素的影响, 极易造成基坑工程的安全事故。因此,如何尽可能地减小对环境破坏程度和遏制深基坑工程中的事故发生,已经成为政府管理部门和建筑领域同仁们非常重视的课题。
本文通过对深基坑工程事故的资料收集和整理,分析了深基坑工程事故的支 护结构体系破坏的六种形式。针对深基坑工程出现的事故,按责任方进行统计分 析,列举了勘察方失误、设计方失误、施工方失误、监理方失误和投资方的管理 失误等几类事故原因。
通过对深基坑结构体系的破坏形式分析,以及对建设工程参建各方的责任分 析,对建设中深基坑的支护设计以及施工过程中的管理进行分析总结,最终提炼出目前深基坑施工管理的一些要点。
关键词:深基坑工程,破坏形式,原因分析
中图分类号: TV551.4 文献标识码: A
绪论
1.1选题背景
上世纪90年代以来,随着高层建筑大量的建设和市政工程(如 地铁工程中的车站、地下通道)对地下空间的开发与利用,使基坑工程向更深、更大的方向发展。但在其建设过程中,由于施工技术难度加大、基坑开挖与支护工期长、现场施工条件复杂等原因,产生了很多安全事故和环境破坏的问题。因此如何有效地遏制基坑工程中的事故发生以及灾害损失和减少对环境的影响,已经成为了一个迫切需要重视的课题,这就使得建筑工程领域对深基坑工程事故因素进行着力研究,在工程项目各阶段进行有针对性的安全控制。
1. 2课题研究的动机
目前建筑施工各领域的地基基础工程逐渐向深和大发展,而近年 由于深基坑工程引发的较大事故也时有发生,深基坑工程是施工中经常面对的重要分部分项工程,对深基坑工程进一步研究是所有工程技术人员的重要课题。
1.3本论文的研究目的
针对深基坑工程的事故因素进行研究,使深基坑工程安全事故防范于未然。并在实施过程中,本着“安全第一,预防为主”的方针, 以达到以下目的:
1、提高深基坑工程的安全化程度
2、实现对深基坑工程实施过程的安全控制。
3、建立安全的最优方案,为决策提供最好的依据。
1.4课题研究的意义
深基坑工程安全事故因素分析的必要性和意义主要体现在以下两个方面:
1、有利于降低深基坑工程事故的发生。
2、帮助决策者进行科学合理的决策。
一、概述
由于地质条件复杂、设计和施工管理不完善的原因,我国基坑工程安全事故发生率较高,其中深基坑工程安全事故比例更高。这些基坑工程事故主要表现为支护围护结构的破坏,基坑内塌方、大面积的滑坡、基坑周围道路的开裂或塌陷等等[1]。
首先,根据查阅和收集大量的深基坑工程事故,将基坑工程的事故进行了分类;而后,对造成深基坑工程事故的原因按不同的责任方(投资方、勘察方、设计方、施工方和监理方)进行了深入的分析。
二、深基坑工程事故的统计分析
通过两个渠道来收集深基坑工程事故实例,一是已出版的关于基坑事故分析书刊。如唐业清[1]、曾宪明[2]和王曙光[3]等深基坑著作。二是收集论文集、手册中发表或引用的工程事故实例[4]-[6]。
按责任方的不同对收集的250个深基坑工程事故的实例,进行统计分析,得到了以下的统计数据,如表2.1所示。
表2-1深基坑工程事故责任方统计表
从上数据可以得出:首先,由于施工方施工引起基坑工程事故约 占54%,其中包括施工质量差、不严格遵守施工规程、治理水的措施不力、随意修改设计、管理混乱和缺乏本地区施工经验等诸多因素。为了确保深基坑工程的安全,选择施工单位时考虑施工单位的资质是 深基坑工程施工关键的一环。其次,由于设计不当造成基坑工程事故的占总数的34%,其中包括不遵守规范的相关规定、支护方案选择不当、支撑结构设计失误、荷载取值不准确、土体强度指标选择失真、 锚固结构设计失误、设计人员缺乏经验等。另外,建设单位的管理约 占5%、监理方监督方面的占2.8%、基坑工程勘察方的事故有占3.7% 左右,也要引起各责任方的重视。
三、深基坑工程事故的分析
1、深基坑工程事故破坏形式分析
深基坑工程事故一般是是因支护体系的破坏而导致影响相邻筑物及既有市政设施的使用功能受到影响,甚至发生破坏。粗略地将破坏形式分类如图2-1。
图2-1深基坑工程事故分类图
支护体系破坏形式一般很多,破坏的原因往往是几方面因素综合 造成的,将其分为六类。
a、支护结构整体失效。当围护结构插入深度不够,造成边坡整 体滑动破坏,如图2-2(a)所示。
b、围护结构断裂。围护结构不能以抵抗土压力形成的弯矩时或 者围护墙体承受弯矩变大,产生围护折断破坏,从而使围护结构折断 造成基坑边坡坍塌。如图2-2(b)。
c、支撑系统失稳破坏。对于支撑式围护结构,支撑体系强度不够或稳定性差,对拉锚式围护结构,锚拉力差,造成围护体系破坏。如图2-2(c)所示。
d、踢脚破坏。拉锚式和内撑式围护结构,当插入深度不够或者坑底压力很小和土质差时,易造成围护结构踢脚失稳破坏,如图2-2(d) 所示。
e、基底隆起破坏。基坑内外土体的高度差产生的压力差,外侧土体向坑内方向挤压,造成基坑底部的土体隆起,引起围护体系失稳 破坏,2-2(e)如图所示。
f、坑底管涌破坏。当基坑渗流引起管涌时,被动土压力将会减 小,以致丧失,从而造成围护体系破坏,如图2-2(f)所示。
(a)支护结构整体失效;(b)围护结构折断:(c)支撑体系失稳破坏;(d)踢脚失稳破坏;(e)基底隆起破坏;(f)管涌破坏图2-2围护体系破坏的基本形式。
基坑破坏的主要原因可能是由一种原因引起的,也可能同时由几种原因共同引起的,但破坏形式往往是几种形式的综合。因为坑底隆 起造成破坏也产生整体失稳和墙体断裂破坏;围护结构断裂造成破坏 也产生踢脚破坏,有时也产生基坑隆起破坏;踢脚破坏也产生基坑隆 起和整体失稳现象。
2、深基坑工程事故原因分析
为了充分利用地下空间,大城市的高层建筑、地下建筑、地铁车站、隧道等工程的大幅增多,深基坑工程也随之不断增多。深基坑工程既涉及到土力学强度问题和变形问题,又涉及到土体与支护结构之 间的相互作用问题。通过分析,把事故原因归纳为以下的原因:
(1)投资单位的原因
a未对深基坑工程项目进行前期的详细规划,只是盲目进行申报,建设条件不成熟,致后期施工无法顺利完成。
b没有严格审查勘测、设计、施工、监理和检测单位的资质条件,就选随意选择实施单位,造成深基坑工程的各个环节都出现问题。 c深基坑工程项目没有严格地按照工程建设程序进行办理,没有按规定办理有关报建程序,没有办理必须施工许可证和质量安全审批以及监督手续,致使深基坑工程质量和安全监督失控,造成重大事故。 d任意发包深基坑工程项目。施工资质不够的施工单位专业技术水平低、管理能力差,无法应对基坑施工中出现各种复杂的情况,最终造 成深基坑工程质量安全事故的发生。
e对深基坑工程过度地压低设计费用,使得设计中存在不少质量和安全问题,一些方面考虑不周;对深基坑工程施工,则是过度压缩施工时间,施工则偷工减料,造成深基坑工程重大的质量安全问题。 f只是盲目套用以前用过的深基坑工程支护方案、图纸,而不请设计单位进行支护设计,结果造成深基坑工程的安全事故。
(2)勘察单位的原因
勘察数据资料及其结论是深基坑设计的基本依据,所以勘察数据不准确、不详细甚至是错误,必然会引起勘察结论偏差和错误,势必决定着深基坑支护工程存在着安全事故问题。勘察存在的问题是: a不具备相应资质的勘察单位越级承包勘察基坑工程项目。因专业技 术能力有限和设备不足,技术人员专业水平不够,而造成勘察数据不准确、甚至是错误,结果会造成设计和施工的质量安全事故发生。 b进行深基坑工程勘察时,未认真仔细地对工程场地进行实地勘察, 只是套用附近建筑物以往勘察数据资料,往往提供的数据和指标与实际情况不相符合,对设计和施工造成误导,结果会造成质量安全事故。 c没有按照规范和工程的实际情况来确定勘察方案,随意减少勘察内容、范围和勘察取点数,忽视专门对水文地质进行勘察工作。d在一些地质的特殊情况下,进行深基坑工程勘察时,没有附加新勘察项目。
(3)设计单位的原因
设计是深基坑施工前很关键的一环,对施工的质量和安全有着决定性影响。设计阶段存在的问题:
a一些设计单位根本不具备相应的设计资质,越级承包设计项目。 b由于深基坑工程涉及的专业面比较广,一些设计人员没有相应足够的专业知识与经验,很难设计出符合要求的图纸。 c有些深基坑工程设计人员在对工程现场环境不熟悉的情况下,在地 形、水文地质资料不完整的条件下,主观地进行设计构思、盲目地照 搬别人的资料图纸,或随意套用以前的设计方案,草率地画出施工图。 d深基坑支护方案的设计选择错误。如:盲目地套用支护结构方案、支护结构方案不符合开挖中对周围环境保护要求、支护方案选择根本不符合支护要求。
e进行设计时计算误差大。例如:土体强度指标值失真、设计荷载取值不当和对地下水处理考虑不当。
f设计单位屈服于投资方或施工方的要求压力,随意修改设计方案。
(4)施工单位的原因
施工阶段是深基坑工程质量和安全最关键的一环,也是施工现场 一线工程技术人员密切接触的环节,如能较好把控施工阶段,则可以发现和修正前期的失误;反之,这一阶段也会隐藏大量的质量安全问题:a—些未取得相应施工资质的施工单位,参与深基坑工程的施工项目。 因施工能力有限,而造成深基坑工程安全事故。 b施工单位为了获取更多的利润,随意更改设计方案和施工时偷工减料。使施工开挖、地下水处理、支护结构等工序中存在质量和安全问题,引发重大的工程安全事故。c在进行深基坑工程施工时,未严格遵守施工规程而造成施工方法不 当。例如:基坑没有分区分层开挖,造成开挖高差过大;基坑暴露时 间过长,未进行垫层的施工,引起支撑结构产生过大的变形,发生基 坑事故;施工过程中各工种工序之间协调不周,引起深基坑工程事故。 d治理水的措施不力。深基坑施工中,处理地下水是一个难点,因土质与地下水位的不同,基坑开挖和支护施工的方法也随之不同。对地 下水的处理是深基坑工程施工中很重要的一部分,它关系到是整个工 程的成败。由地下水引起在深基坑工程事故数在深基坑工程事故中占很高的比例。对地下水处理不当,有时还引起地面沉降,对环境造成 不良影响。为确保深基坑工程施工的正常进行,必须对地下水进行有 效处理。e施工信息化程度不高。信息化施工是一项新技术,具有成本小和成 效大的特点,是利用施工中所获取的岩土工程信息反馈用以指导调整 施工的工作。因为施工过程中可获得大量工程信息和资料,所以,深 基坑工程施工中,进行安装各种监测仪器,来采集施工中的地质信息 (地下水位、水质、岩土体的变形、土压力的变化等数据)。根据这 些信息及时调整设计,反馈到施工中,一方面可保证施工安全,另一方面可使设计优化,消除安全隐患,实现工程安全。
(5)监理单位的原因
监理人员在施工时应对施工方的施工进行质量和安全的监理。其存在的问题有:
a缺乏相应的监理资质的监理单位,或监理人员专业素质不强,对业 务和监理职责不熟悉。
b未配备必要的监理设备和设施。监理配备的设备不齐,无法全面而又到位地进行监理工作的开展。
c监理人员未履行好监理的职责。某些监理人员安全意识不高,工作不认真负责,对施工中错误的施工行为和违规作业未及时制止。或忽视了对建筑材料的检验,使劣质的建材进入深基坑工程施工里。忽视 对设计质量的严格审查,使设计的安全隐患带到施工阶段里,造成施工时的安全事故。
(6)深基坑监测的问题
合理的设计和施工对深基坑工程的安全起决定作用,贯穿在施工全过程的安全监测也对深基坑工程的安全起决定作用,所以对于超深、超大的深基坑工程,监测是重要和必需的。其事故的原因主要有: a在深基坑施工工程中未进行必要的监测。建设单位为节省成本,未埋设基本的监测仪器和工具,未安排必须的监测工作对深基坑工程安全检测,仅凭工程师对深基坑工程安全进行肉眼检查,埋下安全隐患。 b深基坑施工工程中监测不合理。投资方与施工方虽然设置监测工作,监测内容却不合理,不能构成真正的监测网络体系,没起到监测 深基坑工程安全的作用,导致深基坑安全事故的发生。C现场各参施单位人员对监测数据分析能力欠缺,有时不及时对检测数据进行分析;有些监理监测到危险却不及时报警;有些监测单位因 检测失误而对监测数据作假。都对深基坑施工安全造成很大的影响。
结 论
每一项单位工程都有其独立性、特殊性和唯一性,对于较大单位(单项)工程中最为重要的深基坑工程来说,“安全”无疑是每一个建设者头顶悬着的利剑,然而,这样一个大的系统工程,且地表以下的土层是千变万化的,虽然现在有高科技的勘察手段,但在开挖之前 谁也不可能对图层的变化完全预判准确。深基坑工程事故一般是由许 多不利因素共同作用造成的,甲方、勘察、设计、施工、监理与深基 坑工程的安全均有着密切的关系,但是,如果按照规范的程序实施每 一个步骤,尤其是在施工阶段,各方加以协调配合,有可能将许多失 误化解,从我部案例可见,深基坑工程安全事故可防、可控。
参考文献
唐业清等.基坑工程事故分析与处理[M].中国建筑工业出版社,1999.
曾宪明,林润德,易平.基坑与边坡事故警示录[M].中国建筑工业 出版社,2001
王曙光.深基坑支护事故处理经验录[M].机械工业出版社,2005
刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].中国建筑工业出版社,1997.
江见鲸,龚晓南,王元清等.建筑工程事故分析与处理[M].中国建 筑工业出版社,1998.
程杰华.基坑工程的事故原因分析[J].土木与建筑