深基坑支护的应用及发展.doc

基坑支护的应用及发展系 别 土木工程 学生姓名 邓富涛 专 业 土木工程 学 号 4100408128 班 级 土本1班基坑支护的应用及发展繁华都市，寸土寸金。高楼兴建，地下空间的利用，深基坑开挖与支护工程形式越来越多促进了深基坑支护技术的发展。近年来高层建筑达到一个高峰，深基坑开挖日益引起工程界的重视，对相邻建筑施工影响控制更加严格，对深基坑技术提出了更高的要求。在计算机广泛应用的今天，已采用动态设计与信息施工这一新技术，通过信息反馈，将设计与施工过程紧密结合起来。但是由于开挖基坑越来越深，开挖环境也不断复杂，如果不妥善处理，将会对临近的构筑物和地下设施造成威胁。因而，深基坑支护技术是保证高层建筑深基坑顺利施工的技术，是保证高层建筑安全施工的关键技术。所以，本文针对深基坑支护施工技术存在的问题以及应用作一下分析与探讨，同时提出一些预防措施，确保工程施工安全。同时结合实例对喷锚网技术与其它支护构件的综合作用在未来的发展做一个简单的介绍。1 深基坑支护存在的问题1.1 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，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、内摩擦角和黏聚力 3 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：内摩擦角值相差 5 ，其产生的主动土压力就会不同，而原土体的黏聚力 C 与开挖后土体的黏聚力 C 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。1.2 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。1.3 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，这足以说明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。1.4 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。2 基坑支护施工的安全技术保证基坑支护结构安全工作，除必须有合理的设计外，还需施工的密切配合，严格按设计要求精心施工。任何超挖都会使支护结构超载工作，从而导致严重后果，因此，施工前应严密组织，编制施工组织设计。（1）基坑土方开挖应在降水排水施工完成且运转正常达到预期要求后方可进行。基坑周围地面应采取防水、排水措施，避免地表水渗入基坑周围土体和流入坑内。坑内应设置排水沟和集水井，及时抽除积水。（2）基坑开挖应连续施工，尽量减少无支护暴露时间，开挖必须遵循“自上而下，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。利用锚杆做支护结构时，应按设计要求，及时进行锚杆施工，而且必须待锚杆张拉锁定后方可进行下一步开挖。（3）坑边不宜堆放土方和建筑材料，如不可避免时，一般应距基坑上部边缘不小于 2 m，弃土堆高不超过 1.5 m，并且不超设计荷载值。在垂直的坑壁边距离还应适当增大。软土地区不宜在坑边堆置弃土。当重型机构在坑边作业时，应设置专门的平台或深基础等。同时，应限制或隔离坑顶周围振动荷载的作用。（4）基坑挖土时，要做好挖土机械、车辆的通道布置，安排好挖土顺序等，不得在挖土过程中碰撞围护结构并做好机械上下基坑坡道部位的支护。（5）采用机械开挖时，为保证基坑土体的原状结构，应预留 150300 mm 原土层，由人工挖掘修整。基坑开挖完毕后，应及时清底验槽并铺设垫层，以防止暴晒和雨水浸刷破坏原状结构。如果基底超挖，应用素混凝土回填或夯实回填，使基底土承载性能达到设计要求。（6）基坑周边设围护栏杆和安全标志，严禁从坑顶扔抛物体；坑内应设安全出口便于人员撤离。所有机械行驶、停放要平稳，坡道应牢固可靠，必要时进行加固。（7）配合机械作业的清底、平整场地、修坡等施工人员，应在机械回转半径以外工作，当必须在回转半径以内工作时，应停止机械回转并制动好后方可作业。（8）土方机械严禁在离电缆 1 m 距离以内作业。机械运行中，严禁接触转动部位和进行检修，在修理工作装置时，应使其降到最底位置，并应在悬空部位垫上垫木。（9）挖掘机正铲作业时，其最大开挖高度和深度不超过机械本身性能的规定。反铲作业时，履带距工作面边缘距离应大于 1.5 m。3预防措施31 彻底转变传统的设计理念积极地大量收集施工过程中的一些技术数据，初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规律，为建立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。但是，对于深基坑支护结构的设计，国内外至今尚没有一种精确的计算方法，多数是处于摸索和探讨阶段，我国也没有统一的支护结构设计规范。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。其计算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。由此可见，深基坑支护结构的设计不应再采用传统的“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。这是设计人员需要加强科研攻关的方向。32建立变形控制的新的工程设计方法目前，设计人员用的极限平衡原理是一种简便实用的常用设计方法，其计算结果具重要的参考价值。但是，将这种设计方法用于深基坑支护结构，只能单纯满足支护结构的强度要求，而不能保证支护结构的刚度。众多工程事故就是因为支护结构产生过大的变形而造成的。由此可见，评价一个支护结构的设计方案优劣，不仅要看其是否满足强度的要求，而且还要看其是否产生环境问题，关键在于其变形大小。鉴于上述实际，在建立新的变形控制设计法时，应着重研究支护结构变形控制的标准、空间效应转化为平面应变和地面超载的确定及其对支护结构的影响等问题。33 探索新型支护结构的计算方法高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命。在钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等支护结构成功应用后，双排桩、土钉、组合拱帷幕、旋喷土锚、预应力钢筋混凝土多孔板等新的支护结构型式也相继问世。但是，这些支护结构型式的计算模型如何建立、计算简图怎样选取、设计方法如何趋于科学，仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。4工程实例4.1 工程概况新华城工程为高层建筑，总建筑面积为54229.7m2，地上建筑面积:47008m2，地下建筑面积为 7221.7m2。建筑主体层数为地下 2 层，地上 30 层，基坑底标高为 - 8.80m。基坑安全等级为二级。4.2 地质情况及周边环境施工时周围场地比较狭窄，环境要求不十分严格，工程环境特点如下：基坑面积大，开挖深度深。地质复杂性，因旧建筑物基础留下大量的砖、石、管道。周围环境恶劣，南侧新华路属城区主干道，车流、人流较多，南侧有学校，系旧建筑物，基础埋深较浅。（1）边坡主要水源为雨水及居民生活用水。第一层为杂填土：全场均有分布，主要成份为碎砖、碎石等建筑垃圾组成。层厚1.404.20m。第二层为残积砂质粘土：全场均有分布，主要由石英砂粒和长石风化组成，层厚1.7012.20m。属中等低压缩性，该土层具有较大孔隙、遇水易软化的特点。第三层为全风化花岗岩：主要由长石、石英和云母组成，基本质量等级为 V类，厚度 1.309.10m。在挖深范围内主要是第二层土，支护桩插入深度范围主要为第二层土。(2)周边环境：本工程位于新华路北侧,与建筑红线相距35m；华菲大厦以西,与建筑红线相距 710m；第五中学的东侧,与建筑红线相距 45m；西侧为实验小学规划用地，与建筑红线相距 730m。有学校、老式住宅，为老市区，周围没有高层建筑和众多地下管线，施工时周围场地比较宽敞，环境要求不十分严格。4.3基坑支护的类型本工程基坑挖深9.20m，基坑面积8000m2，属大型深基坑施工，支护设计有效安全保证期为基坑土方开挖结束后210d。经过对施工现场条件的分析，地下水位较低或基坑外有降水条件，邻近无重要建筑或地下管线，基坑外地下空间允许锚杆占用时，为保证边坡的稳定及学校民房的安全。本工程支护结构采用锚杆喷射混凝土护坡和自然放坡相结合的支护方式。采用锚喷网支护加固坑壁土体。该方案有如下优点：采用动态设计和和信息法施工。施工机具简单。可与土方开同步进行，不占独立工期。5 基坑锚喷网支护工程施工5.1 施工工艺流程边坡开挖人工修坡初喷射砼测量、放样钻孔安装锚杆高压注浆安放钢筋网续喷砼养护。5.2 施工工艺及质量控制措施(1)边坡开挖：采用反铲挖掘机开挖，预留 200300mm人工修坡，开挖深度在锚杆孔位下 500mm，开挖宽度保证10m 以上，以确保土钉成孔机械钻机的工作面，土方开挖严格按设计规定的分层开挖深度按作业顺序施工，逐层施工锚杆，在完成上层作业面的锚杆及喷射砼以前，不得进行下一层土方开挖。(2)边坡修整：采用人工清理，为确保喷射砼的平整，此工序必须挂线定位。在支护面层背部插入长度为 400600mm，直径40mm的水平排水管包滤网, 其外端伸出支护面层,间距为 2m,以便将喷射砼面层后的积水排走。(3)测量、放样：按设计图纸将每个锚杆的位置用明显的标志定位，偏差符合规程规定。(4)初喷射砼：边坡经过人工修整后，为防止边坡时间过长及对外层钢筋网设立保护层，需对其进行先喷3050mm的C20砼层。(5) 锚孔的成孔：采用机械螺旋钻机成孔，钻头直径为100。钻机安装：应按设计图纸要求的倾角进行就位，保证位置正确,要随时注意调整好锚孔位置(上下左右及角度),防止高低参差不齐和相互交错。钻孔：钻头钻进至设计深度时须再加钻 50100mm 孔深作为沉渣带，确保锚杆锚固段达到设计要求。在造孔施工中，需将孔中的土渣打泥浆等清除干净以确保下道注浆工序的质量。清孔：钻进至设计标高时，停止回转钻进，继续用水泵循环泥浆水进行清孔，直至冲洗液变稀泥浆，无明显砂粒，沉渣厚度300mm，即完成清孔作业。(6)锚杆制作、安放、注浆：锚杆制作：本工程采用 20、25 钢筋，并每隔 2m焊上 36.5 钢筋作为定位器。安放锚杆：安放锚杆前，应检查锚杆的质量。安装时防止杆体扭压、弯曲，杆体放入角度应与钻孔角度一致，随杆应绑扎注浆管。下放时要缓缓平稳下放入孔，遇阻时，必须有技术人员指导作业。(7)注浆：锚杆安放好后，应及时对其进行注浆。注浆前用水引路、润湿,检查输浆管道。根据实际需要，在浆液拌制中添加膨胀剂、速凝剂，以保证注浆的饱满度及浆液的快速凝结，保证与土体为密实性，使锚杆尽早进入工作状态。注浆管使用前,要检查有无破裂堵塞,接口处要处理牢固,防止压力加大时开裂跑浆。注浆方式采用底部注浆，注浆管应插入至距孔底 100mm，慢慢回抽，使用权浆液从孔底往孔口方向注满，由于浆液的凝缩，在注浆时，还要采用二次注浆，直至浆液挤满孔壁。采用封闭式压力灌浆和二次压力灌浆,有效提高锚杆抗拔力。二次注浆在一次注浆完 24h 后进行，采用水灰比为0.55 左右的纯水泥浆进行高压灌注，注浆压力2.5MPa。(8)安放钢筋网：本工程采用 6.5250250 钢筋网片，钢筋网放置在初喷射砼面上，紧压在锚杆锁紧装置下面，并与锁紧装置焊接成一体，钢筋网宜延伸至地表面 0.51.0m。(9)布置排水孔：在边坡坡面采用 50PVC 管，穿梅花状650 排水管泄水，泄水孔孔数和位置按设计图纸要求进行放置，在续喷射砼时，泄水管口要先堵塞。喷砼结束后，要及时取下堵塞物，以避免砼凝固时堵死管口。基坑顶四周设置截排水沟，将地面雨水排入城市排水管网。坑底应根据实际情况布置集水坑。(10)续喷射砼：续喷射砼材料和施作要求同初喷射砼。喷射砼机械搅拌后，采用转喷浆机送料并喷至工作面。喷砼前要先用高压水冲洗工作面，喷砼顺序沿工作面由下至上。(11)根据施工时的气温，采取洒水养护，自然养护不少于14d。6 基坑锚喷网支护工程施工监测支护结构设计成功与否，要通过施工实践来检验，而施工过程中支护结构的受力与变形状态要通过监测手段来了解。(1) 施工监测的内容:地表沉降量、开裂状态(位置、裂宽)的观察。邻近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察。基坑渗、漏水和基坑内外的地下水位变化。在施工开挖过程中，基坑顶部的侧向位移与当时的开挖深度位移及沉降观测值接近下列预警值时，应及时通知建设单位、监理单位与设计人员，以便及时研究处理。（2）监测方法及实施：监测方法：监测方法以仪器观测为主，仪器观测和目测调查相结合。建立监测控制系统，埋设控制点，测放位移测线(点)，固定并标记、保护。施工水位观测井。熟悉有关技术资料，进行技术交底，分工分责，落实到人。建立监测制度，明确观测周期、记录制度、测点保护，资料汇总以及信息反馈等。（3）观测时间的确定: 基坑开挖每一步都应作基坑变形观测。观测时间间隔 1d 一次，必要时连续观测，基坑开挖完7d 后，可由 1d 一次到 3d 一次，15d 后每周观测一次。（4）观测应注意事项： 每次观测应用相同的观测方法和观测线路。观测其间使用一种仪器，专人操作，不能更换。加强对基坑各侧沉降，变形观测，特别对有地下管线的边坡可进行重点观测。（5）观测结果：工程采用电脑进行监测，及时指导现场施工，确保基坑安全。在施工前进行锚杆抗拔力试验，施工中以对锚杆抗拔力进行了检测，结果表明，锚杆实际抗拔力值均大于锚杆抗拔力设计值，而锚杆的位移很小，锚杆的外观无明显变化，所以工程锚杆的施工是满足设计要求的。喷锚网施工后经受了台风及雨季的考验，坡顶沉降、位移、测斜、水位等监测结果均未超过设计允许值，边坡