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引言·
·
1
一、基坑支护·
2
1.1基坑工程概述·
1.1.1
基坑支护的特性·
1.2基坑开挖的影响·
3
1.3基坑开挖与支护现状与发展·
4
1.4基坑施工中存在的问题·
5
二、基坑支护体系·
7
2.1基坑支护的目的与要求·
2.2基坑工程内容·
2.2.1深基坑工程的主要内容·
2.2.2基坑工程勘察内容·
2.2.2.1岩土勘察·
2.2.2.2周围环境勘察·
8
2.3基坑支护体系的选择原则·
11
2.4、基坑支护结构分类及适用范围·
三、深基坑工程技术、质量安全与保证措施·
14
3.1施工前期准备工作·
3.2挖土原则·
3.3工程质量控制措施·
15
3.4一般安全措施·
3.5文明施工措施·
16
四、基坑结构与支护监测·
17
4.1基坑支护监测步骤与方案·
17
4.2监测对象与项目·
4.3测点布置·
4.4监测方法及精度要求·
18
4.5监测频度
19
五、基坑支护加固工程实例·
21
结论·
28
参考文献·
29
致谢·
30
引言:
随着经济的发展与人们居住环境要求的提高,近年来我国建筑、市政等工程得到飞速发展。
在城市中,寸土寸金,因而在建筑向高空发展的同时,地下空间的利用也成为一个重要方向。
高层及多层建筑的地下室、地下商场、地下车库等工程施工,都会面临地基基础工程和深基坑工程。
我国的地基基础工程已经形成了研究、设计、施工及监测等一整套的科学理论。
随着2002年新的国家建筑结构类规范(如:
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002)的颁布实施,已说明我国的基础设计已与世界接轨。
从80年代末期到现在,我国在深基坑工程的研究、设计、施工及监测等方面也取得了长足的进步,既吸取了世界发达国家的先进技术,又研究、开发了一系列适应我国国情的设计方法与施工技术。
在我国已取得数万平方米的超大型基坑及开挖20多米的深基坑设计与施工的成功经验。
深基坑工程技术在我国已逐建趋于成熟。
建筑物基础是建筑结构物直接与地基接触的最下部分,是建筑结构的重要组成部分,它影响着整个建筑的经济和安全。
由于工程具有工程量大、技术难度高、不可预见的因素多得特点,所以对其安全可靠性严格要求,否则不但会影响基础和基坑本身,而且会影响周边环境。
因此要求设计时要全面考虑、仔细、认真。
参[4]
一基坑支护
1.1.基坑工程概述
深基坑工程是指建筑物地下部分在施工过程中,需开挖基坑、进行降水和对基坑侧壁支挡,同时要对周围建筑物、道路和地下管线进行检测及维护,确保整个过程的正常、安全施工。
围护结构通常是一种临时结构,安全储备较小,具有比较大的风险。
围护结构应满足安全的基本要求,保证基坑周围未开挖土体的稳定,保证相邻建筑物、地下管线的安全和不受损害,还要保证作业面在地下水位以上。
基坑支护绝大都属临时性工程但其技术复杂性很高,稍有不慎,不仅将危及基坑本身安全,而且会殃及临近的建筑物,给道路桥梁和各种地下设施,造成巨大损失。
所以基坑支护和加固工程,不仅要求确保边坡的稳定,而且要满足边线控制要求,确保基坑内的建筑物、地下管线、道路等的安全。
1.l.1
基坑支护的特性参[1]参[2]
1)基坑支护体系绝大都是临时结构,安全储备较小,具有较大的风险性。
基坑工程施工过程中应进行监测,并应有应急措施。
在施工过程中一旦出现险情,需要及时抢救。
在开挖深基坑时候注意加强排水降水措施,风险较大应该提前做好应急预案。
2)基坑工程具有很强的区域性。
如软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质不同的地基中基坑工程差异性很大。
同一城市不同区域也有差异。
基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖都要因地制宜,根据本地情况进行,外地的经验可以借鉴,但不能简单搬用。
3)基坑工程具有很强的个性。
基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质水文地质条件有关,还与基坑相邻建(构)筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性,以及周围场地条件等有关。
有时保护相邻建(构)筑物和市政设施的安全是基坑工程设计与施工的关键。
4)基坑工程综合性强。
基坑工程不仅需要岩土工程知识,也需要结构工程知识,需要土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的综合。
5)基坑工程具有较强的时空效应。
基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。
在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。
土体,特别是软粘土,具有较强的蠕变性,作用在支护结构上的土压力随时间变化。
蠕变将使土体强度降低,土坡稳定性变小。
所以对基坑工程的时间效应也必须给予充分的重视。
6)基坑工程是系统工程。
基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。
合理的施工组织设计将对基坑开挖与支护成功具有重要作用。
不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致基坑结构桩基变位、支护结构过大的变形,甚至引起支护体系失稳而导致破坏。
同时在施工过程中,应加强监测,力求实行信息化施工。
7)基坑工程具有环境效应。
基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对周围建(构)筑物和地下管线产生影响,严重的将危及其正常使用或安全。
大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。
1.2基坑开挖的影响参[1]
(1)邻近建筑物的沉降开裂
由于深基坑在开挖的时候容易使地表产生沉降问题,从而使得邻近建筑物发生沉降开裂,这种沉降位移的产生大多数与地表水的含水量有关,如果地表水的含水量降低的话,沉降范围一般而言会比较大。
这种沉降位移也同护坡的变形有关,一旦护坡发生变形,在深基坑的附近就会发现沉降位移。
当基坑发生位移的时候,严重者会产生地下的承压水受压力而向上喷涌的现象产生,由此更会使得基坑土体开裂。
根据实践经验,工程中存在着三种类型的地下水:
一是浅层潜水型,二是弱承压水型,三是及基岩裂隙水。
根据这一地层结构,探测这一过程沉积环境,以野外勘探和现场原位的方式进行测试,以结合土工试验成果来加以综合分析,从上到下,这一土层依此为:
人工杂填土、亚粘土、亚粘土、粉细砂、淤泥质亚粘土。
大约在开挖前的两周开始对工程进行降水维护,这样的话可以保证土体在开挖的时候有足够的水份来保证稳定性。
在支护桩桩顶开始设置钢筋混凝土冠梁,位于隧道的地方则采用钢筋混凝土支撑体系。
土方开挖为垂直明挖,结构是先撑后挖。
开挖的深度为每层钢筋混凝土支撑高度3米,开挖的时候就注意进行坡面挂网喷浆和钢筋混凝土支撑。
在实际中,我们可以看到边开挖基坑紧邻的建筑已经开始出现了裂缝,虽然程度各不相一,有的横向拉裂,局部有少量地砖翘起。
(2)基坑开挖对地下建筑物及管线的影响
深基坑在开挖的时候,地下建筑物等会对其产生一定的影响,比如说地下管道等,同时这些地下建筑物以及基坑邻近建筑物也会受到深基坑的影响。
第一应力状态容易使土地保持稳定性,但是深基坑的挖掘加速了这种应力状态向第二应力状态的改变,从而引起了位移等现象,这样的话对地下管道等地下设施和其他建筑物等造成了一定的影响,会使相邻近的建筑物发生开裂甚至倾斜的情况,还会使地下管道发生变形等。
严格控制施工现象,安全施工事关大局。
(3)基坑开挖会造成边坡位移
深基坑在开挖的过程中,由于基土的挖掘与堆积,会使得边坡的外力逐渐增大,再加上边坡原有的压力,就会出现边坡位移的现象。
这种边坡向下滑坡也很可能出现塌陷等情况的发生。
当然,如果及时采取支护等措施,虽可以起到一定的作用,但一旦支护不当,还是不能维护边坡的稳定性。
不论是开挖前,还是支护后,施工人员都要多加注意。
(4)流砂现象的出现
基坑开挖深于地下水位以下时,在坑内抽水,有时坑底的土会成流动状态,随地下水涌起,边挖边冒,无法挖深的现象称为流沙,当坑外水位高于坑内抽水后的水位,坑外水压向境内移动的动水压力大于土颗粒的浸水浮重时,使土粒悬浮失去稳定,随水冲入坑内,从坑底涌起或两侧涌入,变成流动状态。
如施工时强挖,抽水愈探,动水压力就愈大,流砂就愈严重。
出现流沙现象时,土完全丧失承载力,土体边挖边冒流砂,致使施工条件恶化,基坑难以挖到设计深度。
严重时会引起基坑边坡塌方;
临近建筑因地基被掏空而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。
1.3基坑开挖与支护现状与发展
基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题。
放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代。
人类土木工程活动促进了基坑工程的发展。
特别是到了本世纪,随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断出现,对基坑工程的要求越来越高,出现的问题也越来越多,促使工程技术人员以新的眼光去审视基坑工程这一古老课题,使许多新的经验和理论的研究方法得以出现与成熟。
在本世纪30年代,人们已开始研究基坑工程中的岩土工程问题。
在以后的时间里,世界各国的许多学者都投入研究,并不断地在这一领域取得丰硕的成果。
基坑工程在我国进行广泛的研究是始于80年代初,那时我国的改革开放方兴未艾,基本建设如火如荼,高层建筑不断出现,相应地基础埋深不断增加,开挖深度也就不断增加,从而进一步促进了深基坑开挖技术的研究与发展,产生了许多先进的设计计算方法,众多新的施工工艺也不断付诸实施,出现了许多技术先进的成功的工程实例。
但由于基坑工程的复杂件以及设计、施工的不当,工程事故发生的概率仍然很高。
任何一个工程方面的课题的发展都是理论与实践密切结合并不断相互促进的成果。
基坑工程的发展往往是一种新的围护型式的出现带动新的分析方法的产生,并遵循实践、认识、再实践、再认识的规律,而走向成熟。
早期的开挖常采用放坡的形式,后来随着开挖深度的增加,放坡面空间受到限制,产生了围护开挖。
迄今为止,围护型式已经发展至数十种。
从基坑围护机理来讲,基坑围护方法的发展最早有放坡开挖,然后有悬臂围护、内撑(或拉锚)围护、组合型围护等。
放坡开挖需要有较大的工作面,且开挖土方量较大。
在条件允许的情况下,至今仍然不失是基坑围护的好方法。
悬臂围护是指不带内撑和拉锚的围护结构,可以通过设置钢板桩或钢筋混凝土桩形成围护结构。
它也可以通过对基坑周围土体进行改良形成,如水泥土重力式挡墙结构。
为了改善悬臂式围护结构的受力性能和变形特性,满足较深基坑的支档土体要求,发展了内撑式围护和拉锚式围护结构。
为了挖掘围护结构材料的潜在能力,使围护结构形式更加合理,并能适合各种基坑形式,综合利用“空间效应”,发展了组合型围护型式。
围护结构最早用木桩,现在常用钢筋混凝土桩、地下连续墙、钢板桩以及通过地基处理方法采用水泥土挡墙、土钉墙等。
钢筋混凝土桩设置方法有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩和预制桩等。
1.4基坑施工中存在的主要问题
基坑是建筑工程的一部分,其发展与建筑业的发展密切相关,而深基坑是充分利用土地资源的方式之一。
由于我国地少人多,人均占有土地还不及全世界人均占有土地的l/10,为节约土地,向空间要住房,向旧房要面积,许多高层建筑拔地而起。
据不完全统计,1980~1989年10年间,我国新建高层建筑1000余幢,l990~1999年l0年间,全国新建的高层建筑超过9000幢。
适当发展多层和高层,向空中和地下发展,是解决我国土地资源紧张的重要出路。
随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现,深基坑工程越来越多。
同时,密集的建筑物、大深度的基坑周围复杂的地下设施,使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要,因此,深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。
尤其是90年代以来,基坑开挖与支护问题已经和正在成为我国建筑工程界的热点问题之一。
基坑工程数量、规模、分布急剧增加,同时所暴露的问题也很多。
总体来看,目前我国基坑开挖与支护状况具有以下特点:
1).基坑越挖越深或为了使用方便,或为了符合国家规定及人防需要,建筑投资者不得不向地下空间发展。
过去,即使在大城市建l~2层地下室,也不普遍,中等城市更为少见。
现在在大城市、沿海城市,尤其是特区,地下3~4层已很寻常,5~6层也有。
2).工程地质条件越来越差
城市建设不象水电站、核电站等重要设施那样,可以在广阔地域中选择优越的建设场地,只能根据城市规划需要,因此,地质条件往往较差。
这一点在某些沿海经济开发区较为突出。
有些开发区位于填海、填湖、淤河、泥塘或沼泽地,工程地质条件十分复杂。
3).基坑四周已建或在建高大建筑物密集或紧靠重要市政设施大兴土木不仅要确保本身基坑稳定,更不能殃及池鱼。
4).基坑围护方法多
诸如人工挖孔桩、预制桩、深层搅拌桩、地下连续墙、钢支撑、木支撑、砂袋堆撑、拉锚、抗滑桩、注浆、喷锚网支护法,各种桩、板、墙、管、撑同锚杆联合支护法以及土钉墙法等等,应有尽有,各显神通。
综合起来,目前存在的主要问题有以下几个方面:
1).深基坑技术有待尽快发展提高,以适应当前工程的需要
当前深基坑开挖支护工程已发展到以深、大、复杂为特点的新时期,特别是沿海地区,地下水位较高,深基坑工程施工工艺的改进等问题,均有待于进一步的研究和尽快发展。
2).一些基坑工程设计质量较低,是发生事故的主要原因
一些部门误认为深基坑开挖支护工程是施工部门的事,无需设计资质,设计院及岩土工程部门介入较少,设计大多是由施工单位自己完成、由于设计人员的技术水平参差不齐,参数取值、计算方法无章可循,使一些工程设计缺陷多、隐患较大,盲目挖潜,以致造成安全储备过低,发生严重工程事故,或盲目增加安全系数造成严重浪费。
3).施工混乱,管理不力,对属于岩土工程的地下施工项目,资质限制不严格,基坑支护工程转手承包较为普遍,少数施工单位不具备技术条件,人力、物力等基本素质较差,为了追求利润或为迁就业主,随意修改工程设计,降低安全度。
现场管理混乱,以致出现险情时惊慌失措。
4).质量检验方面也有不少问题
基坑支护结构的质量检测、验收方法也无章可循,给基坑支护结构的质量监督和质量评价带来困难,没有针对基坑支护工程特点建立竣工验收的质量管理体系,检测部门资质混乱。
5).深基坑工程对工程勘察有特殊要求基坑工程勘察工作十分重要,但许多勘察单位常常忽略对基坑环境地质的勘察,专门针对基坑的工程地质及水文地质的勘察重视不够,对各种计算参数的试验方法及取值也缺乏科学性或不符合现场实际情况,对于费时费力的现场试验及原位测试工作较少进行,有些勘察深度和勘察点的布置不符合基坑工程要求,以致给设计、施工带来困难和隐患。
6).监理工作的问题:
对于深基坑工程的特殊要求,要把对基坑工程的监理作为整个建筑工程监理的一个重点。
二基坑支护体系
2.1基坑支护的目的与要求参[5]
1).确保坑壁稳定,施工安全;
2).确保邻近建筑物、构筑物和管线安全;
3).有利于挖土及地下室的建造;
4).支护结构施工方便、经济合理。
2.2.基坑工程内容参[1]
2.2.1深基坑工程的主要内容
①岩土工程勘察与工程调查。
确定岩土参数与地下水参数;
测定邻近建筑物、周围地下埋设物(管道、电缆、光缆等)、城市道路等工程设施的工作现状,并对其随地层位移的限值作出分析。
②支护结构设计。
包括挡土墙围护结构(如连续墙、柱列式灌注桩挡墙)、支承体系(如内支撑、锚杆)以及土体加固等。
支护结构的设计必须与基坑工程的施工方案紧密结合,需要考虑的主要依据有:
当地经验,土体和地下水状况,四周环境安全所允许的地层变形限值,可提供的施工设施与施工场地,工期与造价等。
③基坑开挖与支护的施工。
包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施。
④地层位移监测与周边工程保护。
地层位移既取决于土体和支护结构的性能与地下水的变化,也取决于施工工序和施工过程。
如预测的变形超过允许值,应修改支护结构设计与施工方案,必要时对周边的重要工程设施采取专门的保护或加固措施。
⑤施工现场量测与监控。
根据监测的数据和信息,必要时进行反馈设计,用信息化来指导下一步的施工。
2.2.2基坑工程勘察内容
为了正确地进行支护结构设计和合理地组织施工,在进行支护结构设计之前。
需要对影响基坑支护结构设计和施工的基础资料,全面地进行收集,并加以深入了解和分析,以便其能很好地为基坑支护结构的设计和施工服务。
在进行支护结构设计之前,主要需要收集下面三方面的资料;
工程地质和水文地质资料;
场地周围环境及地下管线状况;
地下结构设计资料。
2.2.2.1岩土勘察
基坑工程的岩土勘察一般不单独进行,应与主体建筑的地基勘察同时进行。
在制定地基勘察方案时,除满足主体建筑设计要求外,亦应同时满足基坑工程设计和施工要求,因此,宜统一布置勘察要求。
如果已经有了勘察资料,但其不能满足基坑工程设计和施工要求时,宜再进行补充勘察。
基坑工程的岩土勘察一般应提供下列资料:
1.场地土层的成因类型、结构特点、土层性质及夹砂情况;
2.基坑及围护墙边界附近,场地填土、暗洪、古河道及地下障碍物等不良地质现象的分布范围与深度,并表明其对基坑的影响;
3.场地浅层潜水和坑底深部承压水的埋藏情况、土层的渗流特性及产生管涌、流砂的可能性;
4.支护结构设计和施工所需的土、水等参数。
岩土勘察测试的土工参数,应根据基坑等级、支护结构类型、基坑工程的设计和施工要求而定,一般基坑工程设计和施工要求提供的勘探资料和土工参数见表
基坑工程设计和施工所需的勘探资料和土工参数
标高(m)
压缩指数Cc
深度(m)
固结系数Cv
层厚(m)
回弹系数Cs
土的名称
超固结比OCR
土天然重度γc(kN/m3)
内摩擦角φ(°
)
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