基坑工程几个主要问题的讨论.doc

关于湖北省基坑工程几个主要问题的讨论湖北省建筑科学研究设计院 袁内镇一、深基坑工程的定义基坑工程深浅的界定无明确的法定解释。有的基坑开挖深度虽然不大，由于土层软弱，在开挖深度3m左右时，同样也发生事故，因此，不能单以开挖深度来解释深基坑或一般基坑的定义。深基坑工程以三个因素综合判定其安全等级，第一个因素是岩土工程条件(包括工程地质及水文条件)，第二是开挖深度，第三是周边环境及坑内环境条件。同一基坑可根据周边不同情况划分为几个不同安全等级的区段。安全等级共分三个等级，不同等级的基坑，其支护结构的变形要求不同，计算中的安全系数(分项系数)也不等。开挖深度根据基础型式、大小、周边地形变化等因素确定，湖北省地方标准基坑工程技术规程DB42/159-2005给出了具体的计算方法。考虑到深基坑工程受三个控制因素的影响，DB42/159-2005将开挖深度超过5m(含5m)，或深厚软弱土层场地挖深超过3m(含3m)以及其他设有地下室的建筑物基坑工程纳入基坑管理范围，不再单一强调开挖深度的深浅。二、基坑工程的特点1、复杂性：基坑工程需考虑各种岩土和水的作用以及对周边、坑内环境保护问题，同时还应考虑边坡稳定的时空效应。2、技术含量高：基坑工程涉及岩土工程、结构工程及建筑施工等学科，其参数的选取、设计计算及施工均有较大难度。3、高风险及事故突发性：基坑支护结构在坑内方向为临空面，一旦出现问题，在短时间内即可造成灾难性后果。4、地区性强：各地区岩土工程条件不同，基坑工程系统的研究和测试工作远远落后于实践，计算方法也不完善，因此设计、施工经验占有重要地位，应强调概念设计并实施信息化施工。5、支护结构多数情况为临时性结构：支护结构大多数情况是临时性结构，少数情况为“二墙合一”或“三墙合一”。临时性结构有其合理的服务期，一般情况下服务期为一年至一年半，湖北省规定为一年半。因此基坑工程应抓紧时间施工，防止长久停工恶化支护结构工作条件。6、造价昂贵：支护结构不仅要抵抗巨大的土水压力，有时还要设置防水帷幕，因此造价很高。沿基坑周边每延长米的造价一般情况以下为400020000元，特别深大复杂的基坑，每延米造价高达10万元左右。7、市政工程的基坑多呈狭长状，支护结构的计算方法与一般深基坑有差别，需要进一步研究总结。三、基坑事故的规律1、深厚淤泥、淤泥质土中的基坑工程事故多发。2、基坑坑壁存在饱和粉土、粉细砂的场地，侧壁流土、流砂和渗流破坏的事故时有发生。3、在强度较高的老粘性土及土岩组合场地，常发生事故。4、在深厚淤泥、淤泥质土场地基坑开挖，常引发损坏工程桩的事故。5、降雨天气、特别是暴雨常引发基坑边坡垮塌事故。四、关键技术问题及经验教训1、深厚软土中的深基坑问题我省深厚软土区多分布在长江、汉江一级阶地、江汉平原及湖塘陆相沉积区，此类软土具高含水量、低强度、触变性和蠕变性。在此类地区的基坑工程事故多发，以边坡整体失稳伴随坑底隆起引发的事故最为常见。为节省投资，过去常采用水泥土重力式挡墙或复合喷锚的方式，进行基坑支护，造成了多起重大事故，如天恒大厦、华氏大厦以及1996年控爆拆除的桥苑B栋18层楼，均属深厚软土区边坡失稳的典型事例。经过分析总结，近期采用了桩撑(桩端进入相对好土层)、悬臂排桩加被动区水泥土加固或桩撑加被动区水泥土加固等支护结构形式，取得了良好的效果。在深厚软土区，除了选用上述合理的支护结构形式外，尚应严格控制坑边超载；仔细分析判断基坑周边软土的不均匀性，分别选取合理计算参数并采取不同对策；制定合理的土方开挖方案等，方能确保安全。2、土岩组合基坑在基坑开挖深度范围内，上层为土层，下部为基岩时称为土岩组合基坑。此类基坑往往由于土、岩强度较高，易误认为支护简单、安全无虞。实践中发现此种基坑上部老粘土遇水易软化，土岩交界面常存在强风化层、残积土、红粘土等，这些土层含水量大，稳定性不好，易发生边坡滑动的事故。如武汉江天大厦、高校综合楼、火炬大厦、华瑞大厦等均出现了严重问题。为了防止上述事故的发生，应采取以下措施：加强勘察工作，特别是对岩、土结合面的土层，应查明其土性、含水量、坡度以及岩石产状。一般采用喷锚、排桩、桩锚或上部喷锚(放坡)与排桩(桩锚)相结合的方法进行支护。喷锚支护时不能完全按计算结果确定锚杆长度，应适当加长锚杆，锚杆长度不宜小于1.5倍基坑开挖深度。开挖深度很大的基坑，则宜采用桩撑或地下连续墙加内支撑的方案，如地铁车站明挖支护。加强场地排水措施，防止土层浸水软化。严格控制岩层的开挖方式，爆破施工时，严格控制装药量，坡脚附近禁止爆破。结合岩石产状及岩性确定坡率，顺向坡可将层面直接作为坡面。对于存在裂隙、断层、岩溶等特殊情况的岩坑，应制定特殊措施。3、坑壁渗流及流土问题当坑壁存在饱和粉土、粉细砂或饱和粘性土与粉土粉细砂互层土时，在上层滞水或潜水的渗流作用下，坑壁流土、流砂对基坑工程的影响巨大。坑壁流土、流砂往往是通过基坑侧壁止水帷幕不严处及锚杆孔等通道使大量砂、土很快流入坑内，造成坑周边地面急剧下沉，坑外建筑物破坏。坑壁流土、流砂的范围可波及坑外40m以外的距离。坑壁流土、流砂在某些工程中虽未造成严重破坏，但造成了某些工艺的施工困难，如采用喷锚工艺时，由于坑壁土不能保持短期自稳，无法进行锚杆及喷射砼施工等。武汉声直大厦、红日大厦、泰合广场、世贸广场、联合大厦、新世纪广场等基坑工程均不同程度地出现了事故和问题。多头搅拌的SMW工法施工的止水帷幕及地下连续墙是防止侧壁流土的有效方法；当基坑深度不大时采用高压旋喷、摆喷或两排以上水泥土搅拌桩(浆喷工艺)止水也是可行的方案。4、承压水的防治问题在长江、汉江一级阶地及江汉平原，深基坑工程常遇到承压水威胁。由于该地区地层呈二元结构，承压水与江河水有直接联系，水量大，处理困难。由于承压水处理不当常引发管涌或突涌。管涌及突涌的过程承压水将携带砂从坑底不断涌出，基底土受到扰动，承载力降低，如管涌、突涌得不到及时遏制，坑外土体在坑内外水头差的影响下，坑壁土产生渗流破坏而涌入坑内，造成坑外地面下沉，危及周边环境。在我省深基坑发展初期，唯恐大量降水造成地面沉降，引发周边环境破坏，因此，大多采用封堵的办法以求安全，武汉广场和世贸广场分别采用四边落底帷幕和五面围封以及近期地铁金色雅园站水平封底均未成功，少量的渗漏点足以造成施工难以进行的局面。不得已在坑内和坑外补打降水井，获得成功，这种封降结合的方法可以减小对周边环境的影响，但耗资巨大，仅在基坑面积较小，周边环境特别紧张的情况下方宜采用，如地铁青年路站只在换乘节点局部区段采用了连续墙落底垂直围封辅助降水的办法予以处理。目前大多采用深井大降水的方案解决承压水问题。对于开挖深度尚未揭穿隔水层的基坑，可采用降低承压水头，保证隔水层稳定的减压降水方法。此时可打少量深井进行减压降水，是一项成功的经验。规模较大的天一广场、武汉会展中心、地铁范湖车站、时代广场等数以百计的工程均采用了大降水或减压降水的方法获得成功。虽然大降水和深井减压降水取得了成功，产生了巨大的经济效益，但是长期大量抽水对环境的影响也是不容忽视的。经验表明，每深低1m承压水头，地面沉降约28mm，且波及范围很广。如位于软土场地的万松园小区，由于周边多个深基坑降水的影响，整个小区整体下沉量超过140mm，但因降水水力漏斗的坡降很缓(一般在2以内)，地面下沉基本均匀，一般情况下不致影响周边建筑物的正常使用，人也难以觉察。当周边建筑物结构型式特殊，如主楼采用桩基、裙楼采用天然地基时，由于降水引起土的固结沉降，使裙楼天然地基沉降大于主楼桩基沉降，往往造成主裙楼连接部位开裂破坏。降水也常引起建筑物进出口台阶、门楼下沉开裂。近期地铁工程将全面开工，地铁车站降水施工对原轻轨高架桥及其他建筑物的影响问题，已经显现，需要采取措施保证降水引起的高架桥及周边建筑物的沉降在容许范围内。五、基坑工程的发展趋势1、考虑围护结构土支撑结构共同作用的空间设计计算方法将会得到进一步完善和推广应用。2、逐步推广地下连续墙支护技术，特别在多层地下室施工中，地下连续墙配合逆作法施工将有广泛的应用前景。近几年上海市开发的中部塔楼地下室顺作，周边地下室逆作的方法取得了良好的效果。3、解决深井降水对环境的影响，当前深井降水及大量高层建筑物荷载作用，软土区的地面下沉的危害已逐步显现。上海市于上世纪为解决机井大量抽水引起的地面沉降问题，曾作了大量的调查研究，提出并实施了适时回灌的措施，有效遏制了地面的下沉。近年来上海市建设急剧升温，抽水及各种建筑物荷载的作用加大了地面沉降速率，威胁着上海市的发展。武汉市的汉口地区已有必要将防止降水对环境的影响的问题提到议事日程之中。采用行之有效的回灌技术控制降水对环境的影响。4、推广使用工具式内支撑及可回收的型钢支护技术以及可回收的锚杆技术。钢板桩(包括型钢桩)配合工具式内支撑在国外及港、台地区早已被广泛使用，当基坑面积