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A类央企信托-368号盐城大丰非标政信集合信托
无关内容:
工程实践体会,综合有关资料,浅析深基坑土方开挖的负效应,及随之可能出现的一些风险,并提供这类风险预防措施,供深基坑监理实践参考主要内容:基坑的风险常出现在土方开挖过程;土方开挖与环境保护;土方开挖与信息化施工
【关键词】深基坑;土方开挖;信息化施工 土方开挖是深基坑工程分项工程之一,其运作如何,直接影响着深基坑周边的环境
开挖是一个应力释放过程,开挖卸载使原来处于静态的土体失去平衡,发生应力状态变化,产生释放变形,坑壁内凸,坑底隆起,坑周地面沉降
从而引起邻近建(构)筑物、道路、地直管网等下沉、开裂、位移或倾斜等各种风险
1.基坑的风险常出现在土方开挖过程 1.1 土方开挖过程是土压力得以发挥的过程
土方开挖,土体位移,支护受力,桩(墙)发生到一定位移时,主被动土压力不可能发生,只有桩(墙)发生到一定位移时,才可能产生主被动土压力
对各种土发生的主被动土压力要求发生的位移是不同的,以硬粘土为例,挖深为10m的基坑,发生主动土压力的位移为0.02H(H为开挖深度),即20cm,这样的位移远远超过土体的承受能力,必然在地面出现裂缝
当然监控的标准会限制这样的打变形发生
但是有一点可以肯定,要产生主被动土压力,土体必然发生位移,此种位移仅是大小,或有害与否和能否预防的问题,开挖卸载,地面出现裂缝具有一定的必然性
1.2 土方开挖使水动力条件发生了人为的变化
在存在地下水的深基坑,土方开挖,特别是降水开挖,是逐渐增加动力水头的过程
当动力水头大于坑底涂层的浮重度,对砂性土,就可能出现管涌、流砂
如果坑底是隔水层,其下存在承压水头,随着挖深的增大,隔水地板逐渐减薄,当薄到不能抵抗承压水头时,便可能出现突涌,给施工带来很大的困难
更重要的是管涌、流砂和突涌的发生,将可能在基坑周边地面出现随机塌陷,在建(构)筑物附近或基础下形成大小,深度不同的坍塌陷坑,严重影响人居环境
1.3 土方开挖形成基坑的时空效应
开挖卸载,使基坑土体形成释放应力空间,坑壁失支δ3(=λγh),则土体发生向坑内的凸胀变形,这种变形随着开挖深度增加而增大,档土方开挖至坑底时,底部δ1(=γh)消失,坑底将发生隆起和回弹
对于流塑性淤泥坑底往往发生塑性流动
有一个这样基坑,白天下挖1m,过了一夜,第二天清晨上涨了2m;另有一工程因此不得不把两层地下室改成一层地下室;还有一污水池,因此不得不放弃而另选污水地址
侧壁凸胀,基坑隆起,周边地面必然发生沉降模型试验和经验表明;地面一侧沉降的面积为侧面凸胀面积与1/2坑底隆起面积之和
也就是说侧壁凸胀和坑底隆起愈大,地面沉降范围与沉降深度愈大,产生风险愈多
1.4 土方开挖过程是支护结果渐近受力过程
只有土方开挖了,土压力才能发生,各种支护结构才受力,此时是对支护结构体系的强度、刚度和稳定性检验的时刻
基坑失稳,首先是支护结构的破坏,或是支撑强度、刚度不够或是支护桩位移过大,或是支撑的节点剪破坏等,土方开挖的完成是支护体系受力最不利的临界状态
此时稍有不慎,如开挖超深、先挖后撑,撞击支撑结构等,都可能使基坑支护失效,以致整个基坑失稳
1.5 土方开挖不慎,可以中断监测信息,贻误信息化施工
土方开挖过程,破坏检测探头,折断检测电缆,移动固定控制点等,是常有的事
有的检测单位说:一个工程检测下来,至少有30%~50%检测点被破坏
有时甚至使各种检测信息中断或得出错误的结论
无法判断变形的规律或风险的出现点,必然导致土方开挖的盲目性
2.土方开挖与环境保护 上述可知,开挖就要产生变形,变形超限,就可能造成风险
如何控制有害的变形,避免风险,应从两方面着手:一是控制土方作业,二是做好环境保护
2.1土方作业的控制:控制有序的应力释放,减少释放变形
①严禁一挖到底,必须先撑后挖,分层开挖;②尽量缩短基坑底的暴露时间;③基坑挖到底时,尽快浇注垫层,一是抑制坑底回弹与隆起,二是起到底部一道横向支撑作用,三是防止雨水的浸泡造成坑底土体松弛,强度降低;④机械挖土至坑底200-300mm土层应用人工挖除,防止机械扰动影响地基土承载力
确保支撑系统有效的抑制释放变形:①对于每一个开挖工况,支撑要及时,在小的释放变形条件下,就能很快的使应力补偿上去
钢筋混凝土支撑完成周期,不宜超过一昼夜;②为保证支撑起到正常的受力状态,不允许有任何的损伤,除有特殊设计外,挖土机不能在支撑上行走,严禁挖土机碰撞围护桩(墙)、支撑和立柱
2.2土方开挖环境的保护措施的要点:不要在基坑周边从事超附加荷载(20Kpa)等的工程活动,如:临时建筑材料的堆放;重车作业;施工工棚的搭设等
如果特殊需要,应增加附加荷载q调整支护设计;防止工程活动或工程措施相互影响
①进入土方开挖期的基坑,不准许最少1.5倍桩长范围内打入桩施工
打入桩的挤土效应,挤偏支护桩是一种常见的现象
②不允许工程桩与围护桩同时施工,二者施工间歇,在有孔隙水压力检测时,控制在图的固结度大于80%,在无孔隙水压力监测时,砂质粉土不少于20天,淤泥质土布少于30天;③当采用爆破拆除钢筋混凝土支撑时,应将水平支撑于圈梁预先断开,避免爆破冲击波通过圈梁与围护桩直接传至坑外;④在需要对邻近建(构)筑物或地下管线进行搅拌桩加固时,应严格控制水灰比,喷浆钻头的提升速度,以防挤坏的建(构)筑物或地下管线的偏移;⑤在有需要降水的基坑,不宜在围护桩(墙)外测布井点,在渗透性大的土层,降水半径很大,小者30-50m,大者可近上百米,由此带来的附加沉降,可至周边建筑物的倾斜或管网的位移
对此必要时可以采用回灌,隔水等保护措施,但回灌井与抽水井不可太近,否则形成小循环,达不到回灌的目的;⑥对于因开挖拉裂的水管,应及时采取措施封堵或迁移,不要造成渗漏影响边坡稳定,边坡失稳,又进一步使水管拉裂,形成“交叉感染”
严格控制施工用水和生产用水无序流淌,天沟排水
坡脚水沟排水一要保证通畅,二要防止渗漏
不断总结施工过程发生的变形的原因与特征,指导下部施工
利用支护桩或工程桩的施工可以了解基坑的土层结构,土层性质,地下水特征
可以说每一根桩就是一个大钻探孔,而且其孔位的距离远比钻孔的密度大,很多情况1m就设1个孔,通过作业,由孔壁稳定性即可推测基坑壁的稳定性,也可预先了解到土方开挖对环境的影响
有一个基坑,挖11m左右,在支护桩施工时,就发现在7m深度处有障碍,灌注桩难打,止水的深搅桩难下,改用旋喷桩后仍有困难
该处是N>15的粉砂层
施工单位估计土方开挖在开挖到此处时可能出现问题
果然,档土方挖到此处发,档土方挖到此处发生了流砂
2.3通常采用环境保护措施,为防止坑壁侧向凸胀变形:①限制坑周堆载;②增加水平支撑或斜撑;③重车行车边铺设钢板或适应加固;④塔吊基础作专用设计,不可用支护桩作基础;⑤严格控制挖土程序;⑥被动压土体加固;⑦坑外卸土等
为防止坑底隆起:①坑底压密注浆;②水泥土搅拌桩加固坑底土;③为防止“踢脚”加聚隆起,坑底横向拉槽,设置横向支撑;④抓紧作垫层和底板施工等
防止流土、流砂、地面开裂或塌陷;①封闭桩间土(喷网、砌砖等);②控制桩间距,及确保桩身的施工质量(不断桩,不缩颈等);③止水桩长度当有足够的绕流长度,确保动力水头小于坑底土层的浮重度;④在渗漏点附近采用高压旋喷截水;⑤结合施工场地布置,可以作硬地坪施工等
3.土方开挖要点与信息化施工 现在施工企业,踢脚的施工方案日趋完善,全面到相当于“建筑施工”一本书,从工程概况,抑制写到冬期施工,……
不管有没有冬期施工,作为全面性,照样要写
土方开挖方案应该具有“针对性”、“可操作性”
其要点是: 3.1土方开挖方案突出时空效应:土方开挖要考虑支护体系的稳定性与变形的特点
为此:①充分掌握原始资料,这是信息化施工基准条件,也就判据,要了解工程地质水文地址条件,基坑开挖深度、宽度、支护体系的结构形成和周边的建(构)筑物环境;②对可能出现的风险要进行定性和定量的分析,定性就是工程类比法,定量就是必要的验算,对可能出现的工况进行边坡和支护结构、强度、变形和稳定性验算
首先应对土方开挖每步的开挖的空间尺寸、开挖顺序,每步开挖暴露的时间,坑底土体松动情况,坑底隆起状况应有深入了解
重视开挖的时空效应形成环节:①开挖的分段、分层、分块开挖时,注意到对称、均衡以及限时;②分段时要考虑未形成整体框架前的局部平衡;③适当调整开挖参数等
3.2信息化施工:目前信息化施工主要问题,信息与施工脱节,一是监测不能提供确切、全面的数据,二是施工单位不会、不能利用监测数据
要做好信息化施工,需要明确几点:明确监测目的,建立能全面反应动态的监测点
不同基坑,有不同的土方开挖方法与程序,其对环境影响是不同的,故监测点的布置应考虑到开挖方案,常规监测内容与布点,各类规范都有规定可以照办
施工单位要把监测数据作的施工行为的依据
如果把施工方案作为一辆行驶载重车,监测的信息就是方向盘,离开方向盘载重车就会开偏了,同理方向盘转错了,载重车也全开偏,这就是信息化施工的简单道理
例如:地铁深基坑挖土采用盆式拉槽开挖,槽宽8m,每层挖深1.5m,槽段长10m,在此作业过程,观察在此段范围内监测点位移监测值,如果监测正常无变化,可进行下一台阶开挖,如果监测值变化较大,就要调整每层挖深,槽宽就是每步开挖都在监控下进行,这才谓之“信息化施工”