10.深基坑支护
深 基 坑 支 护
一、深基坑支护技术的由来
深基坑支护技术是伴随着国家经济的兴旺发达,建设技术的不断发展而产生的一项新型技术。1994年我国建设部首次提出建筑业推广应用十项新技术中还没有列入这项技术,仅在高强砼技术和建筑防水工程新技术中涵盖了部分基坑支护技术的内容,但是当时深基坑支护技术已经在北京、上海、广州、南京等地大量使用。早在1989年我国首次在上海召开了“全国深基坑支护结构学术研讨会”,引起了国内建筑工程界的极大的关注和评价。但当时我国还没有一部关于深基坑支护技术的规范。
1998年经过4年多的新技术推广应用实践,我国建筑业推广应用十项新技术内容又有了很大的提升,进行了调整,把深基坑支护技术列入了十项新技术中的第一项,并细化了五个子项内容。
1、桩墙~内支撑支护技术。(软土地基中常见常用的深基坑应用推广形式)
2、预应力锚杆支护技术。(土质适应广,深度不受限制)
3、重力式水泥土挡墙和加筋水泥挡墙。(深度≯6m,当>6m时加筋)
4、土钉墙支护技术。(地下水以上,粘性土,挖深≯15m)
5、基坑工程信息化施工。(环境监测,反馈数据信息来调整施工技术)
技术支持单位:冶金部建筑设计总院,中国建筑科学研究院。 1998年以后我国深基坑支护技术的研究、开发、应用得到了迅速发展,全国各地城市建设的兴起也推动了这项技术的普及与提高,国家相应的技术规范也逐步健全,
现有有效规范文件主要有:
1、《岩土工程勘探规范》GB50021-2001
2、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2001
3、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002
4、《土层锚杆设计规范》GB50022-2001
5、《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91
6、《锚杆喷射砼支护技术规范》GB50086-2001
7、《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-99
8、《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002
上述规范在深基坑支护技术中,内容上还不够统一,其出发点还是将深基坑支护技术与支护结构作为工程施工临时性措施来对待,由此造成同一个工程,其基坑支护的方案可以有多种多样的现象,形成工程设计与施工水平方面的差异,但对特殊土质例如膨胀土和湿陷性黄土等地区还不全面,还要结合当地工程实践经验应用。深基坑支护应该明确一点的是,目前我国现行规范规定一、二极深基坑支护应由有相应资质的单位和人员来设计,应视为工程设计内容的一部分,一个工程设计不是单单地拿出一套施工图,而应考虑周围环境的情况,设计中应有对周围建筑设施的保护,以及基坑开挖的安全性,这些应当列入深基坑支护设计范围,应由有设计资质
的单位完成。
二、深基坑的定义:
1、 定义
深基坑支护技术主要应用在高层建筑基础工程施工中,一般高层建筑基础类型主要是箱基、筏基和桩基,以及二者结合性基础。埋深一般在-7m~-12m。按照国家现行规范我们将开挖深度超过-7m的基坑称为深基坑,这一定义各地规定的又不一样,北京、上海、广州、南京、武汉等一些发达城市,根据各地本身情况,主要从安全性出发,前五年已经将深基坑的界定限制在开挖深度超过-5m及以上者为深基坑。宁夏和银川地区一直没有做出过规定。最近建设部于2004年12月1日颁布《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》,第五条,建筑施工企业应当组织专家组进行论证审查的工程,明确规定深基坑工程为开挖深度超过5m(含5m)或地下室三层以上(含三层),或深度虽未超过5m(含5m),但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。在这一办法中明确了深基坑的定义为挖深5m及以上。
2、基坑边坡安全等级
基坑边坡工程按其损坏后可能造成的破坏后果(危机人的生命,造成的经济损失以及对社会上产生的不良影响)的严重性、边坡类型和坡高等因素安全等级分为一、二、三、级。一个连续长的边坡,其上各段的安全等级可以不一样,有的地段可能是一级,有的地段也可能是三级。对危害性极严重,环境和地质条件极复杂的特殊边坡工程,其安全等级可根据情况适当提高,三级可提高到二级,二
级可提高到一级。
当为岩质边坡:岩体类型(Ⅰ~Ⅳ)级,边坡高度15≤H≤30m时,主要看破坏后果,很严重一级,严重二级,不严重三级。
土质边坡:边坡高度10≤H≤15m,
主要看破坏后果,很严重一级,严重二级,不严重三级。
下列边坡工程应定为一级:
(1)、由外倾软弱结构面控制的边坡工程。
(2)、危岩、滑坡地段的边坡工程。
(3)、边坡塌陷区内或边坡塌方影响区内有重要建(构)筑物的边坡工程。破坏后果不严重的上述边坡工程的安全等级可定为二级。
规范规定:
一级建筑边坡工程应进行专门的岩土工程勘察,二、三级建筑边坡工程可与主体建筑勘察一并进行,但应满足勘察深度和施工要求。
边坡支护结构设计时应进行下列计算和验算:
(1)、支护结构的强度计算:立柱、面板、挡墙及基础的抗压、抗弯、抗剪及局部抗压承载力以及锚杆体的抗拉承载力等均应满足现行各相应标准的要求;
(2)、锚杆锚固体的抗拔承载力和立柱与挡墙基础的地基承载力计算;
(3)、支护结构整体或局部稳定性验算;
(4)、边坡工程设计时应有工程用地平面总图,相邻建筑物的平、立、剖面和基础图,场地工程地质和水文地质资料等。(设计应有资
质,并经岩土工程师签字。)
三、深基坑施工中应注意的问题:
深基坑施工实际上就是基坑开挖,由于深度过深或周围建(构)筑物与基坑过近,小于基坑开挖深度造成边坡不稳发生滑坡与坍塌,从而危机人员及周围建(构)筑物安全或使其不能正常使用,所以带有很大的危险性,而且基坑开挖后基础施工时间又很长,危险状态短时间内不能消除。
深基坑施工中应注意以下问题:
1、开挖前,应按设计要求,根据挖深,地质和气候条件,周围环境,合理选择支护结构形式,施工方法、工期、制定施工方案,并经专家论证,经审批后方可施工。
2、施工前应编制降水、排水、地面荷载布置等措施,并提前实施,经检查一切正常,满足方案要求后,方可开始施工。
深基坑在支护过程中,以及支护完成后,进行土方开挖或者施工基础工程时,对于防水要求极高,因为首先,深基坑改革支护的计算基本上是在正常状态下的计算公式,一般没有考虑大水冲刷影响。其次水的影响大小不好估计。第三水的破坏作用很大,破坏点很多,不好预计。所以一定要做好防水防雨工作,排水一定要流畅,严禁坑边积水,严禁向坑内灌水,严禁边坡渗水,有时甚至要采取覆盖措施,大雨来临前应用塑料布遮盖边坡,防止瞬间塌方。
3、预先埋入地下的支护结构应经详细验收合格后,方可进行基坑开挖。
4、施工中应保证基坑开挖顺序、深度、支护结构形式、安装高度等必须与方案相一致,并遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖严禁超挖的原则”,当要修改施工方案时应通知原编制人知晓,企业总工签字。
5、基坑开挖过程中应注意保护支护结构,对周围建(构)筑物以及支护结构建立长期观察监测制度,发现异常现象应及时处理,正常后方可施工。
6、基坑开挖应分层进行,各分段层高相差不能过大,应控制在1.0m以内。
7、深基坑(管沟)土方工程验收必须确保支护结构安全和周围环境安全为前提。当设计有指标时以设计要求为依据,如无设计指标应按规范GB50202-2002《建筑地基基础工程施工质量验收规范》执行。
GB50202-2002现行规范修订以后,新增加的一个内容就是增加了施工过程中工序的验收,土方工程增加了支护工程子分部所含各分项工程,排桩、地下连续墙、锚栓、土钉墙、沉井与沉箱、钢结构及砼结构支撑体系等,作为基础工程的子分部来验收,在正式工程之外的独立工序来验收,从而保证施工安全,工程质量可靠。
四、深基坑支护工程质量监督的重点:
深基础开挖和支护工程是施工技术中的难点和重点,其质量技术问题的处理既需要有一定的理论依据,同时又要有丰富的实践经验。深基坑支护技术有一定的风险性,许多理论上的东西可行,但
在实践中由于多种条件的变化,造成失败的现象很多,我国发达地区做过统计,深基坑支护中出现程度不同的设计与施工问题约占20%,直接和间接经济损失惊人,社会反响剧烈。因为一旦深基坑支护失败,事故的的发生是瞬间的,伤及的危害是难以估计,所以对深基坑支护工程方方面面一定要给以高度的重视,履行的工作和手续一定要作完,负责方一定要明晰,主要负责人一定要落实,签字人一定要齐全。
作为质量监督工作,主要是以监督为主,从多个侧面监察督促,确保质量工作按国家规定执行,提高质量保证率,减少损失,主要从以下方面来考虑:
1、监督深基坑设计交底与图纸会审工作,记录、人员是否全面、齐全,所提重要问题是否已明确。
2、工程地质勘察报告是否审查,所提问题是否得到改正。监理、施工单位应有工程地质勘察报告。
3、深基坑支护方案是否经过专家论证,查看论证意见,是否经过修改;方案编制实施单位应经企业总工审批通过,意见要明确。
4、施工前方案应做交底,责任人应明确,签字齐全,现场情况应符合方案工况要求,降水、排水、地面堆放荷载应符合要求。
5、查看观察监测记录:毗邻的建(构)筑物、支护结构、边坡等沉降观测记录;支护结构检查记录。这些记录应按方案定期定时进行。
6、基坑支护子分部所含各分项工程是否验收。
基坑支护工程的质量监督应重点从质量行为过程中进行监督,
对于具体的方案及实施中的支护结构型式不应介入的过深,如果有经验可以帮助指导,提出参考意见,但不应对方案本身提出否定或肯定意见,这是其一。其二要监督过程的实施,如各种人员的落实,现场情况的符合性。其三是所用材料或半成品应有相应规范要求,经试验合格后使用,对于支护结构施工过程中应分别满足相应规范的要求。
这几方面掌握住了,就能较圆满地完成了任务,工程安全性就多了一方保障,既使出了问题也能及时发现改正。
五、深基坑支护的种类
目前我国深基坑支护采用较多的有以下几种类型:
1、排桩
可以是预制砼桩、钢桩、型钢桩,也可以是灌注桩。材料可以有水泥土、砼等,可以有带筋或者不带钢筋的。
沿基坑周边一定距离内或某一段危险段内设置,可以是单排也可以是双排。但是锚固深度和悬臂长度均有一定的要求,应通过计算确定桩经及桩距、埋深及悬臂长度,顶部冠梁均有一定要求。
排桩一般与支护结构联合使用。
排桩支护目前在我国较为普遍,其特点是计算过程较为简单直观,可靠度较高,施工过程质量容易控制,监控方便。不足之处是桩体成形要求高,施工工期较长。目前我国施工灌注桩最深达104m,桩径3m,一般直径在800~900mm, 深度在50~ 60m之间。
2、地下连续墙
已经经历了50多年发展起来的一种深基坑支护技术,目前大多使用在地铁站的开挖,适用于间距窄,长度长的工程中,可以和挡土、隔水功能共同使用。有现浇与成槽后插入预制地下墙板两种。
地下连续墙是在泥浆护壁的条件下开槽分段构筑的钢筋砼结构墙体,现在国内应用比较普遍,已有深度超过80m,墙厚达1.4m。地下连续墙具有整体刚度大和防渗性能好,适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境,其需用专用机械设备来施工,施工速度较快。
3、喷锚网支护
随挖土随进行施工,在一定位置后在基坑侧壁钻孔,插入钢筋或钢绞线,其端部应伸入到稳定土层中,然后在孔内注入快速凝固砂浆与锚杆共同组成受拉杆体,外露部分与钢筋网片嵌固在基坑侧壁表面,然后喷射砼形成重力式砼档墙。
当用锚杆时可以施加预应力,将支护结构预拉紧,增加支护结构的支撑力,提高边坡稳定性。
喷锚网支护适应于燧道等大型岩体性土层中,支护面积大,基坑深的一些工程,其施工进度快,组织好不影响基坑正常开挖。
4、土钉墙支护
土钉墙施工方法和工序与喷锚网支护法施工无太大差别,只不过土钉墙较适用于浅基坑支护,对安全等级为三级的基坑比较成熟,三级以上时要做实验确定。
土钉墙锚固钢筋一般为HRB335、HRB400级,直径16~32mm,长度较锚杆短,一般为开挖深度的0.5~1.2倍。喷射砼挡墙厚度较
薄,边坡稳定性较好。土钉墙不适应于地下水位以下施工。
5、旋喷止水帷幕墙
它是钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提,同时利用钻杆端头安装的旋转喷嘴,将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩,桩体相连形成止水帷幕,可用作支护挡墙,外部设支撑结构,承担侧向土体压力和水压力,同时有阻止外部地下水流向基坑的作用。它适用于较狭窄地区,属重力式挡土墙一类。
六、深基坑支护技术的发展方向
20世纪90年代以来,深基坑工程的设计和施工技术日益进步,不断涌现了多种符合我国国情的实用的深基坑支护方法,而且使得深基坑技术设计理论,计算方法得到不断改进,施工工艺和机械设备有了迅猛的发展。今后,可以预计深基坑支护技术将会继续得到提升和全面深入的推广应用,未来深基坑支护技术将会有以下发展。
1、深基坑的设计、施工将会走向专业化,设计和施工水平将会有更大的进步,装备更加完善配套,更加注重引进国外的更新技术、设备、丰富更多的技术手段。
2、深基坑的动态设计和信息化监测施工理论和手段将成为主体,成为在开挖支护工程中的设计指导基础,将改变以往的岩土工程总体设计构想体系。
3、深基坑开挖与支护的成功实践对土力学理论提出了挑战,一些理论在今后的发展中将会有突破。
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