基坑支护工程的施工技术与质量控制研究

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  [摘 要] 基坑支护包括两个主要的功能:一是止水,二是挡土。传统的施工方法是板桩锚拉系统或板桩支撑系统,材料可以回收是其优点,但却存在着诸多致命的弱点。目前工程所采用的支护结构型式多样,通常可分为重力式支护体系和桩(墙)式支护体系两大类;根据具体情况和不同的工程类型这两类又可派生出各种支护结构型式,并且也有多种分类方法。本文基于此,对基坑支护工程的施工技术与质量控制进行了初步研究。
  [关键词] 基坑支护 施工技术 质量控制
  
  中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99对基坑支护(retaining and protecting for foundation excavation)的定义如下:为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑支护型式的合理选择,是基坑支护施工设计的首要工作,应根据地质条件,周边环境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确定。基坑支护最重要的是要保证周边环境的安全,对基坑工程进行正确的设计和施工,能带来巨大的经济和社会效益,对加快工程进度和保护周围环境能发挥重要作用。
  1、基坑支护的施工技术
  随着我国建设的大规模发展,很多基坑临近多有建筑物、道路和管线,施工场地拥挤,在环境安全上又有很高的要求,所以过去对基坑支护的选型比较单一,基本上均采用柱列式灌注桩挡墙或连续墙作为维护结构,当用明挖法施工时照采用多道支撑(多道内支撑或多道背拉锚杆)。其他的支护形式如国内外广为应用的钢板挡土墙或桩板(分离式工字钢加衬板)挡墙由于剛度较弱、易透水以及打桩震动和挤土效应对城市环境的危害,已很少用于建筑基坑这类很深的基坑中。但是近年来兴起的土顶支护尤其是复合土钉支护,在适合的地质条件下有望成为基坑支护的选型,而逆作法施工在国内已日益趋成熟。
  (1)钢板桩支护
  钢板桩支护是一种施工简单、投资经济的支护方法。它由钢板桩、锚拉杆(或内支撑、锚碇结构、腰梁等)组成。由于钢板桩本身柔性较大,如支撑或锚拉系统设置不当,其变形会很大。基坑深度达7m以上的软土地层,基坑不宜采用钢板桩支护除非设置多层支撑或锚拉杆。
  (2)地下连续墙支护
  地下连续墙支护是用特制的挖槽机械,在泥浆护壁的情况下开挖一定的深度沟槽,然后吊放钢筋笼,浇筑混凝土。地下连续墙的形式多种多样,一般集档土、承重、截水和防身于一体,并兼做地下室外墙。其不足之外是要用专用设备施工,单体施工造价高。对各种地质条件及复杂的施工环境适应能力较强。施工不必放坡,不用支撑,国内地下连续墙的深度达36m,壁厚1m。
  (3)排桩支护
  排桩支护是指列队式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩,作为主要的挡土结构,其结构形式可分为悬臂式支护或单锚杆、多锚杆结构,布桩形式可分为单排或双排布置。悬臂式支护适用于开挖深度不超过10m粘土层不超过8m砂性土层,以及不超过5m的淤泥质土层。
  (4)深层搅拌支护
  深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂,采用机械搅拌,将固化剂和软土剂强制拌合,是固化剂是软土剂之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化,形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土挡墙,作为支护结构,适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层,基坑开挖深度不宜大于6m。对有机质土、泥炭质土。宜通过试验确定。
  (5)土钉支护
  土钉支护使用于土体开挖和边坡稳定的一种新的档土技术,由于经济、可靠且施工快速简便,已在我国得到迅速推广和应用。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件。通常采用钻孔,放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。他依靠与土体之间的粘结力或摩擦力,在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。由于随挖随支,能有效地保持土体强度,减少土体的扰动和弱胶结砂土,开挖深度为5~10m的基坑支护。土体墙不适用于含水丰富的粉细砂层、沙砾卵石层、饱和软弱土层。不适用于变形有严格要求的基坑支护。
  (6)锚杆或喷锚支护
  锚杆与土钉墙支护很相似,将锚杆锚入稳定土中,外端与支护结构连接用以围护基坑稳定的受拉杆件,并施加预应力。支护体喷射混凝土称喷锚支护。锚杆可与排桩、地下连续墙、土钉墙或其他支护结构联合使用,不宜用于有机质土,液限大于50%的粘土层及相对密度小于0.3的砂土。
  (7)拱圈支护结构
  拱圈分闭合拱和非闭合拱,拱圈形式包括圆拱、椭拱和二次曲线拱。这种拱圈档土能承受水平方向的土压力,因拱的内力以受压为主,弯矩很小,能充分发挥混凝土抗压强度高的特性,施工方便,节省工期。施工场地要适合拱圈布置,构造应符合圆环受力的特点,拱脚的稳定性应予以足够重视,并有可靠的保证措施。
  (8)逆作法
  逆作法按施工不同程序可分为全逆作法、半逆作法或部分逆作法,它以地下各层的梁板作支撑,自上而下施工,使挡土结构变形较小,节省临时支护结构。适用于较基坑,对周边变形有严格要求的基坑,要预先做好施工组织方案,及各结构节点的处理。
  2、基坑支护施工中的质量控制与对策
  总之,基坑支护施工的好与坏,会影响到整个建筑工程的质量及安全,但随着经济的发展,基坑支护技术已经逐渐的走向成熟,但当前的技术仍然存在着一定的缺点,如基坑支护的施工设计以及监测都是近年来常遇到的技术难题,如何改进当前的施工技术,使基坑支护技术趋于更加完善,仍然是一个值得广大工作者深入研究的课题。
  (1)基坑支护施工中的事故分析
  大多数基坑支护是一项临时性工程,认为地下室或围护结构完工,基坑支护的任务也就宣告结束,人们不重视因而基坑事故频频发生。造成事故的主要原因有以下几方面:1)基坑勘察资料不详细或土的物理力学指标取值偏高,使计算失误造成的基坑事故。2)基坑设计方案考虑不周,基坑支护设计不合理造成的基坑事故。3)基坑支护的施工质量有问题,有的施工部门偷工减料造成基坑事故。4)属于地下水或水患处理不当或对水患认识不足导致基坑事故。5)基坑支护工程中由于管理不善,或甲方不合理的压价造成基坑事故。6)其他综合原因如冻土、自然滑坡、膨胀土等原因造成的基坑事故。
  (2)基坑支护施工中的质量控制策略
  1)设计方案及其审查:基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖,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,在地下工程施工完成后就不再需要。而基坑设计方案合理与否,直接影响着基坑支护工程的成败。成功的工程设计方案应该是合理安全,科学实用的。在进入施工现场时,应对施工方案进行审查,深入了解设计方案,发现问题及时与设计人员沟交流,使得各个程序顺畅有效的进行,从而可以真正地保障工程的质量。2)施工单位的选择:由于基坑支护工程具有的专业性和特殊性,一般来说,施工单位选定具有实力和能力资质都合格的专业队伍,组织队伍进行施工,严格保证工程质量。3)施工组织设计的审定:建筑施工单位应该认真编制施工组织设计方案,但是现在的建筑单位往往是套用别的工地的现成的施工组织设计,然后再做一些小的改动。虽有些是自己编写,又大多质量低劣,失去了指导意义。所以,这就要求监理人员、施工单位对施工组织设计进行严格审核,提出修改意见,严格确保工程质量。4)施工过程控制:在此阶段,需要根据地质勘探资料和当地条件,结合本地施工的情况,对于工程的关键项目,施工单位应制定专项施工方案。这个阶段是项目的关键阶段,特别要注意突发事件的应对,最好是提前制订好预防措施。5)基坑周围土体止水效果的控制:在地下水位较高的地区,地下水对基坑工程的施工带来了相当大的危害。施工单位应该从防水、降水和排水三方面来制订止水方案,根据掌握的地质资料,驶入了解周围环境的实际情况,制定出切实可行的措施。不能一味简单地靠抽水来达到止水目的。止水帷幕是高水位地区基坑支护工程中常用的止水措施,其常用的施工方法主要有高压喷射注浆法、浆喷深层搅拌法、粉喷深层搅拌法和压力注浆法等。使用这种方法难度较大,技术复杂,所以一定要对以下几个方面严加注意:①保证桩体质量,注意水泥浆的搀加量,保证桩体搅拌均匀,②保证桩的搭接长度和密实度,杜绝出现空洞、蜂窝及桩头开叉的现象。③不能随意在基坑支护结构上开口以便运土,否则会破坏止水帷幕,造成地下水的渗入等问题。
  3、基坑支护施工技术发展的展望
  随着现在建筑基础的不断增加与地下埋深超过20m,各种基坑支护的施工工艺与结构型式不断产生。对大量工程实例的研究发现,基坑支护工程的发展方向可以概括如下:①大量实施土钉墙方案,使得喷射混凝土技术得以充分发展和运用。②基坑向着周围环境复杂、深、大的方向发展,难度愈来愈大对基坑支护与开挖来说。受地下空间的限制,新型锚杆或内支撑将逐渐得以运用推广。③为保护地下水资源的需要,或出于减少基坑工程带来的环境效应问题,有时基坑进行支护采用帷幕形式,除地下连续墙外,一般采用深层搅拌桩或旋喷桩等方法构筑止水帷幕。④基坑降水时,可采用井点回灌技术,以减少对临近建筑物造成的影响或因降水引起的地面附加沉降的问题。⑤在软土地区,为避免基坑底部隆起、造成临近建筑物下沉和支护结构水平位移加大,可采用注浆技术或深层搅拌对基坑底部土体进行加固,即提高支护结构被动区土体强度的方法。⑥为减少坑壁土体的侧向变形,可以调整支撑的施工程序以及挖土进度可以施加预应力,对拉结(或支撑);还可以加固土体通过基坑内外双液快速注浆;等措施来限制基坑的侧向变形。
  笔者认为,为得到最好的效果,要对同一基坑工程有多种不同的支护方案进行分析比较,选最经济、最合理的支护方案,并采取综合性技术措施。要做到缩短工期、施工顺利和安全可靠,还能带来可观的社会与经济效益。决定着基坑工程成败的是支护设计方案是否合理,有两条标准来判断设计方案是否合理:①保证周围环境及基坑的安全;②工程造价最低。因此首先要求保证周围土体与基坑的稳定和整体结构的刚度、稳定和强度性;其次要求支护结构能使操作方便和施工合理;最后要求支护结构在人力投入和材料消耗、资金方面较经济,且保证工期。只要施工工艺不断完善,认真进行方案选择、方案论证,我国的基坑工程将进入蓬勃发展的时期。
  参 考 文 献
  [1]龚晓南.基坑工程设计施工手册中国建筑工业出版社1998
  [2]王曙光.基坑支护事故处理经验录机械工业出版社2005
  [3]徐至钧赵锡宏逆作法设计与施工机械工业出版社2002
  [4]余志成基坑支护设计与施工中国建筑工业出版社2002■
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