深基坑围护结构变形分析与控制方法

深基坑围护结构变形分析及控制方法 二 监理服务转型的认识1 我国监理行业是在政府试点推行下发展起来的 不完全是市场行为 监理的作用似乎是检查 记录 所以监理的地位不高 监理的业务多数不是委托 而是价格 人员的竞标 2 监理转型是一次服务能力的提升 监理单位必须要有专业技术能力 解决问题能力的亮点 监理业务采用委托方式的数量将会增加 竞标将会更加重视监理单位的服务能力 三 本次交流的方式和希望达到的目标通过案例分析的方式 学会思考方法 善于发现问题 以求提高监理解决问题的能力 提升监理服务能力 一 基坑围护变形控制的重要性二 钢支撑的发展 问题及改进1 事故案例分析引发的支撑体系思考2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题3 改进及专利技术三 基坑围护的发展 问题及改进1 地连墙使用过程问题的调查2 改进及专利技术四 软土地层地下承压水的思考1 事故案例分析2 上海地下承压水的变化及问题调查3 改进及专利技术五 三层次引导方法的探讨六 BIM 专业技术 建科咨询发展方向结束语 随着我国城市化地下空间的发展 城市建设各种基坑形式越来越多 深度也越来越大 基坑施工对周边环境的影响也是越来越大 基坑施工由于挖土破坏了土压的平衡 围护结构必然产生变形 变形导致周边地面的沉降 沉降值越大 对周边环境影响也越大 经济损失越大 严重的甚至导致基坑坍塌和人员伤亡安全事故 以上为某区域因为基坑的开挖 引起的周边建筑物的倒塌及开裂情况 科学合理的增加是必要的 基坑施工的费用增大了 风险并没有实质减少 因此 基坑开挖过程中如何动态控制 平衡 是工程安全的前提保障 在控制好 平衡 的前提基础上 减少围护结构的变形 从而减少基础施工对周边环境的影响是追求的目标 钢支撑支护在上世纪40年代便在国内采用 目前使用普遍 但是看似简单的受力结构 却在施工过程中存在多种问题 如 活络头受力不佳 预加轴力损失过大 端头受力不均和钢支撑轴线方向受力偏差等问题 这些问题的存在也给基坑施工埋下了隐患 SMW工法桩围护结构 第三道支撑面出现漏水 涌砂 引起基坑隆起 围护结构失稳 地下连续墙围护结构 第四道支撑面出现漏水 涌砂 钢围檩变形 造成围护结构失稳 3个极限受力 1 钢管极限受力 一般8000千牛以上2 活络头极限受力 一般4000千牛以上3 楔子极限受力 不确定 没有标准 满足设计要求一般3000千牛以上 楔子的不确定性是杆件支撑的关键 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 钢支撑整体压缩变形 理论标准 杆件长度20m 受压3000千牛以上 压缩变形3 4mm 统计压缩变形20 30mm 增大8 10倍 是什么原因产生如此大的偏差呢 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 钢围檩拼装问题 1 钢围檩未设置在同一平面及直线上 2 围檩的连接不可靠 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 3 钢支撑安装后连接位置变形明显 钢围檩拼装问题 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 活络头脖子太长 水平方向存在偏心现象 楔子安装不正确未穿过轴心 造成轴心与挡板不垂直 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 2 钢支撑的发展 使用过程调查存在问题 通过现场调研 发现在钢围檩安装时 安装效率不高 且安装质量不易控制 改进思路 1 保证连接可靠 且在同一平面及水平线位置 2 便于现场人员施工 钢围檩拼装改进 改进方法一 改进方法二 3 改进 钢围檩安装质量改进实践 连接螺栓 3 改进 钢围檩改进对比分析 3 改进 B类楔子 A1类楔子 A2类楔子 C类楔子 配套规格 A类楔子 平行垫块分三种规格 B类楔子 倒梯型垫块 C类楔子 正梯型垫块 3 改进 专利一 钢支撑的楔子专利号 ZL201120199150 1 钢楔子改进后 钢支撑轴力损失改进 轴力施加对比表 清江路口站通过对传统楔子与新型楔子的试验对比 结果显示新型楔子在轴力损失 变形控制及安装速度上均有很大优势 3 改进 钢支撑轴力计安装改进一 在钢支撑轴力计安装方面 目前普遍存在安装偏心的问题 这对钢支撑的受力及轴力的损失都是不利的 花照壁站采用加工好的圆形钢板 利用重力寻找其中心 在控制偏心上有一定优势 且现场安装便捷 便于施工人员操作 轴力计安装上 焊接板规格不统一 且需要多人操作 较难控制使其安装在轴心 建议使用的轴力计安装方法 在效率及效果上 有明显优势 改进 3 改进 3 改进 专利二 带有轴力计的钢支撑构件专利号 ZL201120199149 9 关于基坑开挖过程中六个变形量的发现与分析 3 改进 基坑及支撑主要变形量的分析及解决途径 我们说 钢支撑是先受力后变形 是主动控制方式 砼支撑是先变形后受力 是被动控制方式 应该说钢支撑是较为科学的 那么为什么我们更放心砼支撑呢 前面分析以上钢支撑的围檩 楔子 轴力计三个方面的改进能够说明以上原因 3 改进 1 基坑开挖过程 围护结构的整体变形量 按上述6个方面进行分类 将以往的定性分析 转化成6个方面的定量控制 2 在几个关键变形量方面 通过创新改进的专利技术应用 在不增加成本的条件下 减少钢支撑杆件的整体压缩变形量 3 钢围檩的改进 不仅使安装质量得到有效控制 同时节省了安装 拆除时间 减少了开挖面的暴露时间 4 楔子和轴力计安装的改进 方便施工 便于管理 轴力损失小 又减少了下道支撑的叠加变形量 同时 支撑杆件上的轴力损失率降低 上道支撑轴力有保障 围护结构的叠加变形量也减少了 从而减少了围护结构的总变形量 小结 3 改进 城市地铁基坑工程由于开挖深度与放坡条件的限制 深基坑工艺基本走向垂直开挖 垂直开挖挡土平衡的支护分挡土结构和支撑结构两个部分 软土地基的基坑围护工程是由挡土墙设计的强度和内支撑结构两方面来加强围护体系的整体刚度 进而控制基坑开挖后挡土墙体水平位移和周边的沉降情况 地下连续墙围护技术的发展 1 单一的围护止水作用阶段 普遍采用的复合墙围护体系就是一种单一的止水围护体系 2 叠合墙围护结构阶段即 两墙合一 阶段 叠合墙体系是指围护结构与内衬主体结构之间有钢筋接驳器连接 叠合后两者视为整体墙 形成 两墙合一 的整体结构 在结构的合理方面是一种技术进步 3 连续地墙的未来发展思路从根本上解决地下连续墙的 两墙合一 的技术问题对保证工程的质量至关重要 地连墙结构形式对比表 地下连续墙施工渗漏水风险及控制围护地墙接缝渗水控制是确保围护结构整体稳定的重要环节 很多风险是由于局部失衡 引起整体失稳 按临界点平衡推理是由于帷幕的止水强度下降 干扰强度的增大 影响了整体的稳定 因此 围护结构施工 控制薄弱点渗漏水是关键 常见问题有如下三类 1 地连墙使用过程问题的调查 由地墙单一围护结构到地墙围护结构和内衬永久结构叠合技术的发展 两墙合一 叠合式整体结构两个关键性技术的发展 1 地下连续墙施工整体结构连接技术要求 在水平和垂直荷载作用下 要求接头整体良好 刚度好 变形小 渗水少 其主要解决的技术问题是 地墙施工接缝的渗水问题 地墙钢筋笼在截面上的叠合 确保地墙的整体抗侧压力的强度 垂直接头的技术发展 地墙施工中常用的几种接头形式 1 地连墙使用过程问题的调查 1 接头管接头形式 如下图 优点 构造简单 施工方便 工艺成熟 刷壁方便 易清除干净墙段侧壁泥浆 有利于确保接头混凝土质量 后施工槽段下放钢筋笼方便 造价较低 其缺点 属柔性接头 接头刚度较差 整体性较差 抗剪能力较差 受力后易变形 接头呈光滑圆弧面 无拐点 抗渗水性能较差 较易产生接头渗水 1 地连墙使用过程问题的调查 2 工 字钢 接头管接头形式 如下图 优点 增加了 工 字钢后 接头刚度较好 受力不易变形 接头拐点增加 抗渗水性能提高 缺点 接头管需和 工 字钢配套 施工较麻烦 对接头管和 工 字钢的相对位置要求较高 易出现绕流现象 1 地连墙使用过程问题的调查 3 接头箱接头形式 如下图 优点 整体性较好 刚度较大 抗弯抗剪性能较好 受力后变形较小 故防渗水效果较好 缺点 接头构造较复杂 施工工序较多 施工较麻烦 刷壁清浆较困难 较难清除干净墙段侧壁泥浆 钢筋笼上伸出的接头钢筋易碰弯 给刷壁清泥浆和安放后一槽段钢筋笼都带来一定困难 1 地连墙使用过程问题的调查 地墙施工的接头形式经过不断地改进 出现的接头形式约有十多种 如十字钢板式接头 双管式接头 隔板式接头 滑板式接头等 地墙接缝的渗水和整体刚度逐步提高 但由于接头的形式只是改进性的提高 地墙接缝的整体连接性和渗水的质量问题主要还是取决于作业人员的施工经验 技能水平和规范的管理 从理论上讲 地下连续墙整体结构连接缝的渗水问题没有得到根本解决 苏州地铁采用的方式是在两幅地墙迎土面的接缝处增加高压旋喷 2 地下连续墙围护结构与永久结构的整体刚性连接 1 地连墙使用过程问题的调查 1 预埋连接钢筋法如下图 优点 构造简单 施工方便 缺点 直径 20mm的钢筋扳到位较困难 大直径钢筋须用火烘后扳到位 会影响钢筋受力性能 当钢筋不直 角度不准时 初始受力 应力有损失 预埋接头钢筋经扳动到位时 有时会损伤钢筋根部四周混凝土 1 地连墙使用过程问题的调查 2 预埋连接钢板法如下图 优点 受力性能好 施工方便 缺点 电焊质量要求高 技术性强 现场电焊量大 进度不快 1 地连墙使用过程问题的调查 3 接驳器的技术应用的发展 由于以上两种方法在实际施工中 都存在着连接质量差和施工进度慢的问题 所以有了接驳器的发展 如下图 优点 构造简单 施工方便 采用锥螺纹连接接头 施工速度较快 抗剪抗弯性能均较好 牢固可靠 缺点 螺纹钢筋连接接头的准确定位 牢固固定和拧紧要求均较高 实际施工连接质量较低 1 地连墙使用过程问题的调查 地墙接缝渗漏水 地墙设计增加配筋和接驳器产生的渗漏水 1 地连墙使用过程问题的调查 地质条件差 施工管理方面出现的质量问题 本组图片反映4个问题 1 夹泥2 开叉3 扰流4 塌孔 1 地连墙使用过程问题的调查 1 地连墙使用过程问题的调查 目前 两墙合一 存在问题 以下为实际施工中存在的问题 1 地连墙使用过程问题的调查 1 地连墙使用过程问题的调查 原因分析 调查结果显示 钢筋接驳器出现的定位高低不齐 偏斜以及丝牙破坏 丝牙锈蚀等问题较为普遍 由于这些问题的存在 造成接驳器和结构主筋无法连接 拧不到位或连接困难等状况 鉴于以上存在问题 为保证主体结构钢筋与地下墙的可靠连接 目前设计通常采用增加接驳器的预留量来补救 但实际施工情况与设计期望差距往往较大 因此 研究解决地下墙接驳器的安装定位和保护问题十分重要 1 地连墙使用过程问题的调查 图 1 中接驳器转弯钢筋和迎土面主筋在一个层上 存在两给问题 1 迎土层面的保护层质量难以保证 后果迎土面主筋锈蚀 2 接驳器设计数量过密 影响砼上翻的质量 地墙渗漏 1 两墙合一叠合式接驳器安装质量不稳定 导致设计思想方面的保守 如单一挡土围护结构形式增多 2 技术的推广力度不够 设计人员不深入现场 不了解新技术 人才的不足 导致设计方面从简化 套用化 其后果 是材料没有得到有效的利用 是设计保守 材料的增加加大了施工难度 工程质量难以保障 以下图片说明 1 地连墙使用过程问题的调查 楼房倒向基坑一侧成 凸 形 楼房地层已嵌入地下 防汛墙出现裂缝 楼房和土体出现相对位移 1 事故案例分析 上海上世纪末工业用水抽取地下水量约1 2亿立方 年 没有回灌 上海2010年以后 抽取地下水量约1300万立方 年 回灌量超过3000万立方 年 回灌大于抽取 应该说地面沉降稳定了 但是上海近几年地面沉降局部有增大的趋势 2 上海地区地下水变化及问题调查 1 上海地下空间开发抽降的承压水没有纳入统计范围 没人知道上海一年实际抽取多少地下水 粗略估计超过8000万立方 年 2 上海以往深基坑降压井的封堵 不是在原界面 而是在地下工程的结构地板 这样一来就产生了如下几个问题 结构底板承压水顶托力的问题 地下水质长期污染问题 承压水缓慢流失 地面缓慢沉降问题 3 实际抽水量远大于合理的抽水量 2 上海地区地下水变化及问题调查 主要原因 发现主要问题 1 设计仅从施工安全要求计算承压水顶托力的降水水位标高要求 抽降水的合理性 降水对周边地面的沉降影响没有要求 2 施工降水方案1 降水井设置数量普遍偏多 一般是需求的两倍 2 降水井的滤网高度 一般不考虑降水水位的关系3 降压井用完后封井不考虑对环境的影响 3 管理方面1 承压水轴水量的统计师水量部门 施工轴降地下承压水没有纳入水量部门管理 2 上海地区地下水变化及问题调查 某工程承压井的封堵情况及问题 承压井内已灌注了混凝土 井内依然有渗水 井管切割至地板下 7 8 cm 井管内留有渗水 井口焊封钢板 并焊接网钢筋 防渗水泥砂浆封井口 图1 图2 图3 图4 2 上海地区地下水变化及问题调查 某工程承压井的封堵情况及问题 封井存在问题 1 由于封井口的界面高于原含水层的界面 承压水将从井孔内与井管井孔间的空隙透过隔水层与地表潜水贯通 地表潜层水易污染 所以可以推测承压水的水质环境会受影响 2 由于计算含水层的顶托力是从隔水层与含水层界面高度为准的 实际的封井界面是在结构的地板 水位的高度大于原含水层的水位高度 承压水顶托力相对加大 增加了永久结构的渗漏风险 3 由于含水层内的压力水不断沿降压井管与井孔的空隙 通道 渗漏 含水层水的溢流势必造成承压水水位缓慢降低引起地面的缓慢沉降 以上三个问题随着上海地下空间开发量增大 降水井增多 会有量变到质变的累积效应 应该引起关注 由于没有封井的标准要求 上海采用该措施封井 后果推测上海地下空间开发 承压井的数量累集增多 如照片所示封井 必然造成地下承压水的缓慢流失 承压水的水位下降 随着承压井的数量增多 长期将导致水质污染 区域的地面沉降 2 上海地区地下水变化及问题调查 3 改进 承压水降压井封井是超深地下工程的关键工序 封井效果对工程的抗渗漏有着直接影响 改进后的封井方法 通过将封井界面大幅下移 有效阻隔了承压水含水层与上覆土体的水力联系 增加了细微裂隙导致的承压水的渗