浅谈深基坑支护开挖施工

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  【摘要】 本文以某深基坑工程为例,结合深基坑工程的定义、特点,围绕围护结构、支撑系统、土体开挖、基坑加固、工程监测和环境保护等方面,总结基坑支护开挖施工的特点。
  【关键词】 深基坑;围护结构;土方开挖
  【中图分类号】 TU46+.3【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2014)01-002-02随着时代的发展和人民的生活水平的提高,建筑物的重要性和安全等级越来越高,且深基坑的开挖深度也越来越大,合理的基坑支护技术是保障建筑物安全施工的关键,为了确保建筑物的稳定性,建筑基础必须要满足地下埋深嵌固的规范要求。建筑结构主体越高,其埋置深度也就越深,对基坑工程施工要求也就越高,随之存在问题也越来越多,这给建筑施工带来了很大的困难。
  1深基坑定义
  基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工、基坑土方开挖,是一项综合性很强的系统工程。它要求岩土工程和结构工程技术人员密切配合。基坑支护体系是临时结构,通常在地下工程施工完成以后就不再需要。建设部“87号文”中有明确规定:一般深基坑是指开挖深度超过5m(含5m)或地下室3层以上(含3层),或者深度虽未超过5m,但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。
  2在建深基坑工程的特点
  2.1深基坑的围护结构及支撑体系。深基坑的围护结构为桩式,桩式围护结构又分为连续的板桩结构和分离的排桩结构两种。现工程基坑深度达到10m左右,综合考虑地质、环境、挖深等诸多方面的因素,本着“安全可靠,经济合理,技术可行,方便施工”的原则,本工程深基坑采用的支护形式为:①整个基坑采用钻孔灌注桩(分离排桩结构)加两层钢筋混凝土支撑进行支护(基坑内钢筋混凝土支撑由立柱桩进行承重)。②电梯井位置采用水泥土重力式挡墙作为支护结构。
  2.2深基坑降水。基坑加固方法有降水、注浆、搅拌桩和旋喷法等,本工程采用的基坑加固方法主要是基坑降水,具体降水方法如下:①基坑内采用72口管井降低地下水位,基坑外侧布设12口观测井观测水位变化。②桩顶及基坑面设置排水沟、集水井对地表水及大气降水进行统一排疏。③基坑外围地表设置截水沟,防止雨水倒流入基坑内,且截水沟的水流入集水坑后由水泵抽出。
  2.3 深基坑监测。基坑在地下土方开挖和地下室施工期间须进行基坑监测工作。基坑监测是指导施工、避免事故发生的重要措施。本工程基坑监测的内容如下:①沿支护结构顶部每隔20~25m布设一个水平位移监测点。②周围道路每隔20~25m布设一个沉降监测点。③深层水平位移监测:在支护结构外侧土体中设置约20个深层水平位移监测点;测斜管深度超过支护桩底3.0m。④基坑周围建筑物每栋设置6~8个沉降监测点。⑤支撑立柱桩的沉/隆监测,在支撑立柱桩上间隔设置沉/隆监测点。⑥支撑轴力监测,在每层钢筋砼支撑各选择18个主撑断面进行轴力的监测;⑦坑外布置16口水位观测井,必要时兼作抽水井或者回灌井,按照抽水井要求进行施工。
  3 深基坑工程支护开挖过程中施工要求
  3.1 深基坑支护桩(钻孔灌注桩)施工要求。泥浆护壁钻孔灌注桩的施工工艺统计一下,较细致的分类有12道程序。下面详细说明各道工序中的要求:第一,全站仪定桩位:它是借助全站仪,利用所给设计图纸上的桩位坐标将各基桩点位测设到现场的具体位置并作标记(如打钢筋作出标记)。第二,安装护筒:护筒安装应牢固(埋设深度应足够),才能起定位,保护孔口,维持水位等作用。埋设要求详见JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》第53页。第三,向护筒内注入护壁泥浆:泥浆面高度应保证高于地下水位至少0.5m,以保证孔壁不至于坍塌,维持护壁的稳定性。第四,桩机就位:桩机移位需要一定的时间,根据现场场地条件的适合与否。第五,开始钻孔:钻孔的过程中,桩机施工人员每换一节钻杆均需形成记录。第六,继续钻孔:这一过程是排渣、清孔和护壁的过程。第七,排渣:使泥浆浓度比满足护壁要求的同时使钻机正常下钻。第八,清孔:保证终孔质量,使孔底泥浆残渣不至很厚。第九,吊放钢筋笼:这一工序要从钢筋笼制作质量开始检查,钢筋笼制作、安装等。第十,安装砼导管:灌注砼导管的安装,需要较长的时间,安装完成后,通过泥浆循环工艺进行二次清孔。第十一,二清:二次清孔是为了排出孔底沉渣(沉渣厚度工程桩和立柱桩要求均不应超过50mm,支护桩不应超过150mm)。第十二,砼灌注:灌注砼应在二清验收合格后半个小时以内进行,且砼应连续浇筑,每根桩的浇筑时间不得大于砼的初凝时间;钻孔灌注桩排桩宜采取间隔施工,并应在灌注24h后进行邻桩成孔施工。
  3.2 基坑土方开挖施工要求。①土方开挖前施工单位应编制详细的土方开挖的施工组织设计,并取得维护设计单位和相关部门的认可后,方可以实施,且应严格按照施工组织设计中的施工方案实施;有关单位应对各种可能发生的情况进行预估和对策分析,制定详细可行的施工应急措施和方案。②土方开挖前,应充分了解周边各有关道路、管线等设施的保护要求;开挖过程中,应充分重视基坑监测数据,并及时根据监测数据调整施工方案或流程,强调信息化施工。③当支护结构施工完成并达到设计强度(如钻孔灌注桩、钢筋砼支撑、水泥土搅拌桩养护28d)后方可进行土方开挖。④对于深基坑开挖面积较大,土方开挖应针对平面布置及后浇带位置,合理的分块。通过分块分层开挖,避免大面积开挖造成基坑移位过大,减小基坑开挖的风险。⑤在开挖过程中应充分考虑时空效应规律:遵循分区、分块、对称、平衡的原则,支撑段土方的开挖应遵循“先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”以及“大基坑,小开挖”的原则。⑥土方开挖应在支护结构(如支护桩、支撑、压顶梁和围檩)强度达到设计要求后进行,挖至坑底标高后进行局部深坑处理并尽快施工承台及基础底板,尽量减少基坑暴露时间以及有效控制围护结构变形。⑦开挖时严格控制标高,严禁超挖。⑧开挖期间如遇漏水以及支护结构变形超过允许值的情况,应立即停止挖土,并积极配合抢险工作。
  3.3 钢筋混凝土支撑体系施工要求。①支撑、圈梁、围檩及立柱砼等级跟据设计图纸确定,为缩短砼养护期,砼支撑、砼围檩及砼圈梁中可添加早强剂;因为砼支撑杆件几何尺寸较长,为防止砼支撑杆件收缩变形,可在砼支撑中加入膨胀剂。②钢筋砼支撑和圈梁应同时浇筑,砼支撑浇筑时不得设缝。③圈梁和钢筋砼支撑保护层厚度宜为35mm。④支撑安装的允许偏差应符合规定:⑤钻孔灌注桩作为立柱桩时,主筋保护层厚度为50mm,桩底成渣不宜超过50mm。⑥立柱桩上部采用钢格构柱(钢管)时,其插入钻孔灌注桩中不应小于3M,插入深度应严格控制,误差小于50MM;钢格构(钢管)立柱垂直度误差小于等于基坑开挖深度的1/300;定位误差小于等于20MM,应与灌注桩主筋进行可靠焊接,并进行整体吊放。⑦立柱下段为钻孔灌注桩或利用工程桩时,钻孔灌注桩桩顶标高应为该立柱位置处结构垫层底部标高,灌注桩实际灌注砼高度应比设计桩顶标高高出5%的桩长,且不小于2M,以保证设计桩顶标高以下砼强度等级符合设计要求。⑧立柱桩应避开柱、地梁、地下室墙及小型承台等,如相矛盾,立柱位置只能沿支撑轴线方向移动。⑨立柱施工完成后,钢管立柱与钻孔壁的间隙应及时采用砂夹碎石填充密实。⑩在浇筑底板前,必须将止水钢板和钢格构(钢管)立柱焊接。
  3.4 深基坑降水系统施工要求。①基坑采用管井进行减压降水,管井成孔直径、井管规格等相关参数由设计根据具体情况确定;基坑外要设置观测井进行水位观测,观测井结构构造等技术参数与降水井相同,观测井工作属性及数量要视止水帷幕施工质量、周边环境情况以及基坑开挖渗漏和变形情况等综合确定。②管井施工前应进行抽水试验抽水试验以确定渗透系数、单井出水量、降水影响半径等设计参数。③基坑内可采用“明沟加集水坑”进行疏干排水。④基坑开挖前应提前2周进行降水,确保基坑开挖面无明水。⑤坑外观测井数量、具体位置及工作属性视止水帷幕施工质量、基坑开挖后渗漏情况及基坑支护检测情况综合确定。⑥降水单位在基坑开挖期间每天测报抽水量及坑内外地下水位,降水井水位稳定后每日观测水位的变化,如发现水位变化大于0.5M/d的迹象,应及时通知建设、设计、监理等相关单位,分析原因并查找渗漏点。⑦为保证连续降水,防止断电影响,现场应配备相应功率的发电机。⑧基坑降水需经过主体结构设计人员的同意(满足抗浮要求)后才能封井。⑨管井应避开柱、地梁、地下室墙及小型承台等,如相矛盾经设计人员同意后做适当的移位。
  3.5 深基坑监测要求。①所有测试点、测试设备需加强保护,以防损坏。②量测周期:基坑土方开挖到地下室侧壁回填。③监测单位需及时向设计人员、业主、监理和施工单位提供监测结果。④在土体开挖前,须对周边环境作全面调查,掌握监测对象的初始状况。⑤埋入测斜管应保持垂直,沉降标点应埋在坚实土体中,并做好保护措施。⑥深层位移、沉降等观测项目在基坑开挖期间一般每1~2天观测一次,对基坑是否安全做出评估,及时编制报告。⑦当监测项目数值出现急剧变化时,应向有关各方报警,提出处理建议,以保证基坑安全。⑧基坑监测单位应根据设计要求编写施工组织方案,监测单位制定的具体的监测方案须经设计人员认可后方可实施。⑨基坑监测控制要求如下:a.支护结构:桩身水平位移速率≤2mm/d;位移总量≤0.3%挖深;b.周围道路的沉降速率≤2mm/d,累计沉降量≤0.2%挖深;c.建筑物差异沉降≤2/1000;d.立柱桩沉/隆速率≤0.5mm/d,累计沉/隆量≤10mm;e.支撑轴力和桩身应力监测:小于设计值的80%;f.坑外水位下降深度小于0.5m/d,累计小于1.5m。
  3.6 深基坑支护开挖质量检测要求。支护结构施工及使用的原材料、半成品应遵照有关施工验收标准进行检验,对怀疑的构件应进行如下方面的检测:水泥土桩质量检测、砼灌注桩质量检测和钢筋砼支撑结构的检测。
  4 深基坑支护开挖过程中环境保护
  4.1 环境事故。由于基坑开挖会导致基坑周围建筑物和地下管线原条件及状态的改变,那么由此容易造成的质量事故主要有:基坑降水造成的地面沉降、建筑物的差异沉降、断桩、坑壁土流动和坑底隆起而造成的基坑地面沉降、支护结构整体倒塌、支护结构整体失稳大变形。
  4.2 防治措施。目前对基坑周围的环境保护已经积累了很多经验,例如选用刚度大的围护结构,进行基坑内外的地基加固以提高土体抗变形能力,对基坑近旁的建筑物和构筑物进行基础加固或地基处理,在基坑及建筑物之间设置隔断桩或隔断墙以及注浆保护等。
  5 深基坑支护结构型式
  常见的深基坑支护结构形式有排桩支护、地下连续墙支护、水泥土挡墙支护、钢板桩支护、土钉墙支护、逆作拱墙支护、锚杆支护、基坑内支撑支护等。
  6 结语
  基坑工程是实用性和经验性极强的学科,也是随着工程实践不断提高的学科。近十几年来的工程实践表明,深基坑工程是一项在施工过程中存在不可控因素较多的工程,在设计施工时必须要以严谨的科学态度来对待深基坑支护问题。在以后的工程实践中也需要不断总结和提高技术水平,为发展深基坑工程的理论和实践做出贡献。
  参考文献
  1 杨中山.施工质量保护措施[M].天津:机械工程出版社,2004
  2 王德卿.施工中的安全管理[J].山西建筑,2004,30(21):67-68
  3 建筑桩基技术规范.JGJ94-2008
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