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摘要:深基坑技术在建筑工程中的应用越来越广泛,然而在施工过程中,深基坑变形的问题一直困扰着各个建筑团队。对深基坑支护稳定和变形规律的分析和控制,不仅能提升深基坑施工质量,更关系到整个建筑工程质量的重要前提,因此,应加强和完善深基坑支护变形方面的控制,使建筑质量得到提升,从而保障人们的生命财产安全。本文详细论述了深基坑开挖支护变形规律及控制措施。
关键词:深基坑;支护;变形规律;控制措施
深基坑通常位于闹市区,基坑周边往往建(构)筑物密集、管线繁多,在这种条件下的深基坑,基坑变形与环境控制往往是深基坑设计的关键。然而,从现有的研究成果来看,理论还远远不能满足工程实践的需求,因此有必要对深基坑开挖引起的变形及控制措施进行深入研究,进一步完善深基坑支护工程的设计,对减少事故发生频率具有重要的理论及现实意义。
一、基坑工程特点
深基坑是指开挖深度超过5米(含5米),或深度虽未超过5米,但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。
1、区域性。因岩土工程存在明显的区域性,那么属于岩土工程范畴的深基坑工程则有更大的区域性。不同岩土性质地基下的基坑工程,因其受不同水文及地质条件的影响,显现出很大的不同,即便同属一个城市地区也不会完全相同。正因如此,在基坑开挖前所勘测出的土层参数并非统一的,不能反映整体土层的信息。所以,深基坑开挖必须依据不同的区域做适当的分析研究,再视整体情况而定,不可盲日参照理论及经验。
2、个体性。基坑工程不但受地基土层性质的影响,还与基坑附近管线、基坑周边建筑物有关。因此,若根据支撑受力的不同,把基坑工程分成不同的类型标准较困难,应根据具体情况具体分析。
3、综合性。基坑工程包含强度、变形和渗流三个亘古不变的研究课题,在基坑开挖过程中要合理把三者结合起来研究。有些基坑破坏是因内支撑强度未达到设计耍求;有些基坑是因周边岩土体位移过大而失稳;还有些是因基坑底部土体渗流过大而发生坑底隆起破坏。同时,深基坑工程是结构力学、土力学及施工组织技术相互渗透的学科,是受许多不同因素影响的复杂系统工程,更是在理论上仍等待不断完善的综合技术学科。
4、时空效应。基坑开挖的范围和深度,对基坑整体结构稳定性和坑边地表沉降有很大关联,当基坑处于设计阶段时,要注意基坑开挖的时空效应,提前做好应对措施。基坑处在软粘土区域时受时、空间的影响大,即随着开挖时间的增长,土体会发生徐变。因此,时空效应是基坑开挖时要着重考虑的因素。
5、环境效应。在深基坑开挖时,必将引起周边土体应力场和位移场的重分布及地下水位的变化,造成附近建筑物和地下管线不均匀沉降。所以在基坑的设计和施工阶段,都要以保护好周边环境为准则,把影响降到最低。
二、加强基坑开挖支护变形的重要性
深基坑的开挖会带来基坑周边的地层朝着基坑的方向移动,进而在地层中形成被动、主动土压力。在基坑开挖施工中,基坑维护结构的任务技术为建筑物的主体结构提供干燥和安全稳定的作业空间,但同时也会产生基坑周边地表的沉降及结构的变形。城市建设发展越来越迅速,城市地下空间的开发也在快速发展,所以,现代城市发展的地质、环境问题是因城市地下空间的开发利用而造成的城市地面的沉降,所以,在进行深基坑工程时,基坑的变形控制成为基坑工程成败的关键。
深基坑开挖过程中不仅要保障基坑的稳定和安全,还要控制好基坑附近地层的水平移动和沉降,进而不破坏基坑附近的环境,尤其是处在城市的深基坑工程,基坑的施工空间较小,附近的建筑物较密集,控制好附近地层的位移十分重要。在地质条件较好的地区,因基坑开挖所带来较小的周围地层的变形,适当的控制不会影响基坑周围的环境,但基坑位于软土地区时,因地质条件复杂,地层软弱,进行基坑的开挖会带来较大的变形,严重的破坏变形会带来巨大的经济损失和危及人们生命安全。所以,要加强重视基坑变形的重要性意识。
三、深基坑支护变形的基本规律
施工人员针对基坑支护变形若要致力于全方位的监控,有必要因地制宜布置与之有关的各个监测点,以便随时测定当前的基坑整体位移与整体变形趋势。例如针对整个基坑支护而言,最好在顶端支护位置上设计必要的监测点。具体而言,基坑支护变形涉及到以下基本变形规律:
1、水平位移。水平位移与水平变形通常存在于基坑顶部的某个位置上,此种位移的典型为双排桩支护引发的基坑变形。因此在布置双排桩的深基坑挡墙时,有必要实现对水平基坑变形的实时性监控。通过全面描绘变形曲线,可知挡土墙本身表现为显著的变形与位移趋势,而挡土墙的某些特殊部位呈现较大的位移可能性。因此在施工中,关于水平向的基坑变形应能妥善加以防控。
2、竖向位移。相比水平位移,竖向位移通常更加稳定,因此也表现为特定的变化趋势。深基坑由于受到竖向位移给其带来的显著影响,因而存在较大可能引发基坑变形。在多数情形下,竖向与水平的基坑支护位移都来源于同样的外界要素。施工人员针对整个基坑所处的地质状态在全面加以观测的前提下,应能给出与之相应的基坑变形趋势,通过全面判断上述的变形规律来开展相应的变形防控。
3、顶部位移。深基坑变形除上述的情形外,其还应包含顶部基坑的位移或变形。通过观测曲线可知,基坑顶部很可能同时受到竖向及水平位移的显著影响。这主要是由于,深基坑支护设有双排桩的构造,因此在逐渐增大开挖深度的同时,深基坑顶部也将会缓慢移动。施工人员对此类位移若未给予关注,即顶部位移就会表现为逐渐扩大的趋向,直至威胁到整个基坑的稳定。
四、影响深基坑支护稳定性的因素
1、设计方面。在设计环节,设计的不完善,经常出现一些漏洞,在进行测量工作时数据并不能达到准确,这些都会导致坍塌事故的发生。
2、施工方面。在实际施工过程中,若未提升对施工的质量意识,工作人员缺乏很好的素养,不能严格按照施工规范进行操作。建筑企业为了得到更多的经济利益,偷工减料的情况时有发生。
3、管理监测方面。一些事故的发生原因大多是由于长时间的施工操作不符合标准造成的,在施工过程中,未及时做好施工的监测工作,致使不能及时发现问题并解决,从而导致事态更加严重。
五、深基坑开挖支护控制措施
1、随着围护桩嵌固深度的增加,桩体水平位移和坑底隆起均有所减小,坑底隆起减小的幅度要大于桩体水平位移的幅度;当嵌固深度增加到一定程度时,桩底逐渐不发生变形,若继续增加桩长,对减小围护桩变形作用不明显,但对基坑抗隆起十分有利。
2、支撑位置改变前后最大水平位移值有所增加,且发生位置也略有上移。由此说明,围护桩的变形对支撑位置的改变比较敏感,在基坑支护结构设计时,支撑位置的设置,除考虑施工空间外,还应考虑对基坑支护结构内力及变形的影响。
3、增大土体抗剪强度对约束支护结构的变形有着很好的效果,因抗剪强度的增大提高了土体的稳定性,但当抗剪强度增加到一定程度后,对基坑维护结构变形控制的效果就没有那么显著。
4、增加桩体嵌入深度能有效控制支护结构的变形,但增加到一定程度时,效果非常有限,而且会增加成本,还有可能出现应力集中等各种问题,故而在决定桩体嵌入深度时要谨慎,综合考虑各方面因素。
综上所述,随着城市的发展,现代化建设进程进一步深化,地下空间开发利用进入一个新的发展大潮。基坑工程的数量越来越多,规模上也越来越大。在整个基坑开挖施工过程中,保证基坑开挖的安全,将基坑自身变形和周围地表、建筑物、地下管网的位移形变量控制在安全的范围内显得尤为关键。
参考文献:
[1]冯立永.深基坑开挖支护变形规律及控制措施研究[J].工程技术,2017(03).
[2]杨磊.深基坑开挖支护变形规律及控制措施研究[J].环球市场,2017(01).