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岩土研究院

深基坑工程施工发展现阶段问题探讨

329 2021-05-25 15:32:25


1.深基坑

深基坑是指开挖深度超过5m的基坑或深度虽未超过5m,但地质情况和周围环境较复杂的基坑。

随着城市高层建筑、地铁工程、市政工程以及地下空间开发规模日益增大,基坑工程近10年来急剧增加。深基坑开挖及围护结构设计影响因素甚多,难度极大。由此而引发诸多的环境岩土工程问题及工程事故,不仅危及工程安全,造成巨大的人员伤亡和经济损失,而且影响城市道路交通、供电供气、通讯等,引起社会不安。因此,深基坑开挖与围护结构设计与施工业已成为当前工程建设中的一个热门研究课题。

我国自20世纪80年代后期,大量的城市高层建筑如雨后春笋,到1996年10层以上的高层建筑累计已超过1×10"m²,基坑开挖深度通常为6~15m。进入21世纪,出现了更多的超高层建筑和大型地下工程,特别是一些大城市地铁工程的全面展开,带来了超深基坑工程。大量的工程实践丰富了深基坑工程设计施工经验,各地相应的规范条文也陆续出台。

近20多年的工程实践表明,发生在国内软土地区的深基坑事故约占事故基坑总数的 20%~30%。

基坑可以分为放坡和支护开挖两大类。目前,在城市建设中,由于受周边环境条件所限,以支护开挖为主要形式。支护开挖包括围护结构、支撑系统、土体开挖、基坑加固、工程监测、环境保护等几个组成部分。

2.深基坑工程的特点

(1)深基坑工程具有很强的区域性岩土工程区域性强,岩土工程中的深基坑工程,区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中,基坑工程差异性很大。即使是同一城市不同区域也有差异。正是由于岩土性质千变万化,地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性,往往造成勘察所得到的数据离散性很大,难以代表十层的总体情况,且精确度很低。因此,深基坑开挖要因地制宜,根据本地具体情况,具体问题具体分析,而不能简单地完全照搬外地的经验。

(2)深基坑工程具有很强的个性

深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此,对深基坑工程进行分类,对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的,应结合地区具体情况具体运用。

(3)基坑工程具有很强的综合性

深基坑工程涉及土力学中强度(或称稳定)、变形和渗流3个基本课题,三者融溶一起需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾,有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾,有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时,深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科,是多种复杂因素相互影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科。

(4)深基坑工程具有较强的时空效应

深基坑的深度和平面形状,对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中,要注意深基坑工程的空间效应。土体蠕变体,特别是软粘土,具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化,蠕变将使土体强度降低,使土坡稳定性减小,故基坑开挖时应注意其时空效应。

(5)深基坑工程具有较强的环境效应

深基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。大量土方运输也对交通产生影响。所以应注意其环境效应。

(6)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期

由于深基坑开挖深度一般较大,工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期,不仅是施工管理上的要求,它对减小基坑变形,减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。

(7)深基坑工程具有很高的质量要求

由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域,甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分,而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以,必须保证深基坑工程的质量,才能保证地下结构和上部结构的工程质量,创造一个良好的前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面,由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑

物出现不利的拉应力,地下管线的某些部位出现应力集中等,故深基坑工程的质量要求高。

(8)深基坑工程具有较大的风险性

深基坑工程是个临时工程,安全储备相对较小,因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂,涉及范围广,事故频繁,因此在施工过程中应进行监测,并应具备应急措施。深基坑工程造价较高,又是临时性工程,一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往十分严重。(9)深基坑工程具有较高的事故率深基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。

3. 我国深基坑工程施工存在问题及解决方法

(1)深基坑工程设计质量较低,选型不当

一些部门认为深基坑工程是施工部门的事,无需设计资质,设计院及岩土工程部门介入较少,设计大多由施工单位自己完成,但由于设计人员技术水平、参数取值、经验不足等原因,导致深基坑选型不当或计算偏差,使一些工程存在较大隐患。导致发生严重工程事故。

解决方法;设计时选用适当的受力模型,计算要全面分析,避免漏项,准确选择计算参数,应考虑各种不利条件下的情况。由于基坑工程具有复杂性和高风险性,要求设计

者掌握本地区或类似条件下的成功经验与失败教训,根据自身工程要求和条件,综合考虑技术、经济、安全和环境等方面的因素,做出一个安全、可靠、经济的包括围护结构选型、设计、土方开挖、控水、地基加固等内容的整体设计方案;采取专家评审制度,让专家组对深基坑工程支护方案进行论证评审。

(2)基坑施工中地下水的处理不当

基坑施工中,地下水的处理是一个难点,因十质与地下水位的差异,基坑开挖施工的方法也随之不同,尤其是在沿海等高水位地区或者表层滞水很丰富的地区。深基坑工程施工中地下水的处理是整个工程成败的关键。调查表明,过去几年内我国深基坑挡土支护体系失效或部分失效导致的安全问题和环境问题约占工程总量的10%~15% ,高地下水位软土地区可达20% ,个别地区失效率更高。失效的工程中,有很多是因为基坑施工中地下水的降排水没有处理好。

解决方法;处理好地下水的降排水,排水主要解决上部土层的滞水和降雨积水的疏排, 降水包括采用轻型井点、喷射井点和深井井点降水等。

(3)不必要的浪费

有的深基坑工程为了避免事故发生,往往一开始就支护不考虑墙的受力和变形,全面支护,盲目增加安全系数,造成很大浪费。

解决方法;设计时充分考虑构件受力和变形,避免任意加大安全系数。

(4)施工混乱管理不严

少数施工单位不具备技术条件,人力、物力等基本素质较差, 为了追求利润或迁就业主,降低安全度。

解决方法; 对从事基坑工程的施工单位,应按有无资质条件进行严格审核,无资质者不得承接施工任务;深基坑工程施工时,施工单位应严格按照设计图纸和施工规范进行施工,不得随意修改设计方案;应重视信息化施工,加强施工管理,要提高质量和安全意识,确保支护工程的施工质量。

(5)缺乏对一些影响深基坑工程风险性的相应控制措施和应急准备

解决方法∶增强深基坑工程的风险意识,正确识别评估风险源,做好应急措施和应急演练。

(6)施工过程信息化程度不高,不能做到随时监测和信息实时采集

解决方法∶由于技术人员与资金等方面的限制,信息化施工没有遍布在基坑工程的各个角落. 但是鉴于深基坑工程事故的增多,以及由此造成的严重的损失, 今后势必将大力普及信息化施工。实现信息化施工可以通过计算机对基坑施工过程中的变形进行监测,它可以提供施工过程中支护体系及环境的受力状态以及变形数据,并且可以及时反馈数据,通过分析数据,适时地进行加固,可以实现毫米级的变形控制,通过这样毫米级的变形控制,从而保证基坑工程的稳定安全,发挥它的真正作用。

(7)缺乏地域性规范、规程及标准指导深基坑施工和质量验收

解决方法∶建设部和地方行政主管单位应制定(修订)深基坑标准规程,编制时应充分结合深基坑质量特点制定质量验收标准,使深基坑竣工有章可循。

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