深基坑支护及全过程高效管理建筑理论论文.doc

深基坑支护及全过程高效管理_建筑理论论文 　　 摘要：深基坑的开挖与支护结构是一个多学科交叉的复杂的系统工程严谨的设计、严格的施工和严密的监测是确保基坑工程成功的关键为了保证基坑安全开挖，需要根据基坑开挖深度、基坑周围环境、场地工程地质及水文地质条件，以及施工季节和技术设备条件等多方面因素综合确定基坑支护方案，确保工程的施工安全和质量控制　　 关键词：深基坑施工 管理 　　 一 深基坑支护研究　　 1 引 言　　 1.1土岩结合基坑一般指整个基坑开挖深度范围内上部为土层，下部为岩层的基坑由于下伏基岩强度高、稳定性好，尤其是中风化岩以下部位具有很好的边坡自稳能力和竖向承载能力，所以继续沿用上部土层支护方式不经济，且土层支护施工工艺在岩层中会遇到一些问题为此许多学者将土层与岩层支护技术分别进行研究，以达到经济性与合理性的有机结合　　 1.2综合考虑变形控制、经济性及周边环境等因素，建议基坑支护工程采用上部桩锚结构和下部锚喷结构组成的复合土钉墙组合支护模式同时，根据土层开挖不同阶段，当基坑开挖至中风化花岗岩界面时，采用高预应力锚拉构件替代原排桩被动区土压力，解决吊脚桩边坡的稳定性。

　　 1.3针对岩土结合地质条件、周边复杂的环境及狭小的场地条件，建议深基坑采用上部桩锚、下部喷锚的深基坑围护及无放坡开挖技术，并在岩土结合面处的坡面上设置锚板墙来加强支护桩桩脚的嵌固　　 1.4预应力锚板墙支护结构[3]也是较适合岩层基坑开挖的应用型技术（见图1），它充分利用岩土层自身或预处理的局部的稳定性，随基坑开挖分层挂钢筋网喷射混凝土，以避免土层碎片及岩石边坡小型节理破碎滑塌，并把土压力传给锚板，由锚杆集中受力，通过锚杆的锚固力平衡土压力形成一个桩锚结构近似的整体支护系统，起到限制基坑位移的作用　　　　　　 1.5预应力锚杆肋梁支护结构（见图2）定义为“当支护面层由钢筋网喷射混凝土加强为纵横肋梁传递锚杆预应力时，形成的一种类似于双向板肋梁楼盖结构”对于坑底挖至基岩或进入基岩一定深度的基坑，预应力锚杆肋梁支护结构较为适用因为锚杆有倾角可进入基岩以获得很大的锚固力；并且肋梁支护结构施加预应力，可有效地防止坑底基岩开挖爆破时产生的震动对坑壁的影响预应力锚杆肋梁支护技术在基坑工程中得到了很好的应用　　　　　　 2.1工程地质条件　　 （1）地基土的稳定性地表普遍分布第四系全新统人工填土层（Q4ml），岩性为素填土及杂填土，土质不均，结构松散，密实程度差。

第四系全新统洪冲积层（Q4al+pl），主要为第7层粉质黏土、第9 层粗砂，其中第9 层粗砂属主要含水层，强度及压缩性中等，工程性状及抗震性能较好第四系上更新统洪冲积层（Q3al+pl）主要为第12 层粗砂～砾砂层，属主要含水层，强度较高，压缩性低，工程性状及抗震性能良好基岩整体强度高，工程性状及抗震性能良好，是良好的基础持力层，但由于受构造的影响，局部地段形成相对不均匀的岩石地基　　 （2）钻孔观测的地下水位埋深为3.30 ～6.50 m，主要赋存于第9、12 层粗砾砂层砂层之上的黏性土层厚度变化较大，水位埋深略有起伏，局部具有弱承压性渗透系数经试验分析为12.85～24.47 m/d　　 2.2 基坑围护结构方案　　 （1）由于锚索进入基坑，临近侧段灌注桩采用人工开挖成孔吊脚桩段的钻孔灌注桩底端嵌入中等风化粗粒花岗岩（或强风化粗粒花岗岩岩层）不小于1.5 m，排桩段的钻孔灌注桩嵌固深度为2.5 m　　 （2）桩外采用φ 1 000 [email protected] mm 的旋喷桩止水，旋喷桩上部进入不透水层不少于1 m，下部进入不透水土层不少于0.5 mm，砂层以上0.5 m 处至地面采用空钻。

　　 （3）基坑中风化岩面以下采用直壁开挖锚喷挂钢筋网支护在钻孔灌注桩进入中风化岩面处均需设置桩脚腰梁及锁脚锚索　　 （4）围护结构横剖面图如图4、5 所示　　　　　　 3 有限元分析　　 为了对明挖基坑围护结构的变形和受力进行分析，本文采用有限元软件PLAXIS对李村站的基坑开挖过程进行了模拟，并将模拟结果与变形控制要求进行比较，以期对基坑实际开挖过程起到一定的指导作用　　土层模拟参数取值如表4所示　　　　　　 3.1（3号线）数值模拟　　 将基坑简化为平面应变模型, 上部土体采用摩尔-库仑弹塑性模型模拟，下部岩体用线弹性模型进行模拟按照土层的分布情况和实际的开挖步骤对基坑开挖过程进行模拟基坑开挖深度为18 m，主体结构变形控制保护等级为一级，围护结构最大水平位移≤0.2%H（H为基坑开挖深度），且≤30 mm，地面最大沉降量≤0.15%H，地面超载按15 kN/m2考虑由于基坑采用对称支护形式，故选取半个基坑宽度进行模拟，水平及竖直方向变形影响范围分别取55 m和30 m　　　　　　 模拟过程中遵循施工设计步序，分层开挖土体，并做到“先撑后挖”同时对3道钢支撑分别施加预应力100、250、200 kN。

结果表明，地表沉降最大值为26.72 mm，桩体最大水平位移为20.27 mm，满足设计要求围护桩最大弯矩为1 610 kN·m，最大剪力为1 660 kN，最大弯矩和最大剪力均出现在距基坑底部3～4 m位置处图7为基坑开挖模拟变形示意图，图8为围护桩弯矩及剪力模拟结果　　　　　　 3.2（2号线）数值模拟　　 （2号线）基坑开挖深度26 m，主体结构基坑变形控制保护等级为特级，围护结构最大水平位移≤0.1%H，且≤30 mm，地面最大沉降量≤0.1%H，地面超载按15 kN/m2考虑根据基坑平面尺寸大小及工程地质条件，选择吊脚桩典型支护结构剖面建立有限元模型取离开基坑边界外80 m为外侧水平向影响范围，基坑下层是中风化花岗 岩，取基底以下15 m为竖直向影响范围图9为（2号线）计算模型模拟过程中对3 道钢支撑分别施加预应力100、200 、200 kN结果表明，地表沉降最大值为24.49 mm，桩体最大水平位移为18.28 mm，满足设计要求围护桩最大弯矩为766 kN·m，最大剪力为1 130 kN，最大弯矩和最大剪力均出现在距基坑底部11～12 m 位置处图10 为基坑开挖模拟变形示意图，图11 为围护桩弯矩及剪力模拟结果。

　　　　　　 3.3以地铁站两个深基坑为实例，利用有限元模拟软件PLAXIS 对基坑开挖进行模拟，结果表明：嵌岩桩-内支撑支护体系及吊脚桩-锚杆-内支撑支护体系在控制基坑变形方面效果十分明显，完全满足设计要求地铁站的变形模拟结果说明，该基坑的支护设计方案是偏安全考虑的因此，从施工工艺和经济性方面考虑，土岩结合地区其它基坑可以适当调整设计参数，在满足安全性的前提下，尽量节省资源　　 二深基坑施工与管理　　 1.基坑支护的类型及特点　　 目前国内常用的深基坑支护方式有：放坡支护、挡墙支护、桩排支护（分悬臂式、单层或多层锚固式、单层或多层内支撑式）、下连续墙及土钉支护等以下简单介绍了几种常见的深基坑支护技术的点　　 1.1 深层搅拌水泥桩支护　　 深层搅拌水泥围护墙是利用水泥作为固化剂，采用深层搅拌机就地将软土剂和水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙优点是具有挡土、止水的双重功能，施工中无振动、无噪音、污染少主要缺点为：位移相对较大、厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周环境 　　 1.2 钢板桩支护　　 这是一种发展较早的、简易的基坑支护方式。

钢板桩的形式主要有U型、Z 型、H 型、直线型、冷压薄板型和组合型等，使用时常与内支撑型钢或外拉锚垫板结合形成围护结构其优点为：钢板具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填土后可将钢板拔出循环使用；施工方便，工期短缺点为钢板桩的一次性投资大，不能挡水和土中的细小颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，支护刚度小，开挖后变形较大　　 1.3 地下连续墙支护　　 近几十年，地下连续墙支护技术在地下工程和基础工程得到了广泛的应用这种支护方式不会对邻近的建筑物及基础产生影响，可以在建筑物和构筑物密集的地区施工而且这种支护方式的刚度大，能够承受较大的侧压力，基坑开挖时变形小，周围地面沉降小如果与锚杆配合拉结或用内支撑、地下结构支撑，则可以抵抗更大的侧压力　　 1.4 锚杆支护　　 在锚杆支护中，锚杆作为技术的主体，一端锚入稳定的土体或岩体中，另一端与各种形式的支护结构联结，通过杆体的受拉作用，调用深层土体的潜能，达到基坑和建筑物稳定的目的锚杆适应性强，基本不受基坑深度和土层的限制　　 1.5 钻孔灌注桩　　 这种支护方式在软土地区使用的最为广泛其优点为：灌注桩的刚度比钢板桩大，造价比连续墙低，施工设备简单。

当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短；施工时无振动、无噪音等环境公害主要缺点为整体防水性能不如连续墙，施工中需要水泥浆循环，对环境有一定的污染性　　 2.深基坑支护的基本要求　　 深基坑支护的基本要求有以下四个方面的内容：　　（1）技术先进，结构简单，受力可靠，确保基坑围护体系起挡土作用，使基坑四周边坡保持稳定　　（2）确保基坑四周相邻建(构)筑物，地下管线、道路等的安全在基坑上方开挖及地下工程施工期间，不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害　　（3）通过排水、降水、截水等措施，使基础施工在地下水位上进行　　（4）经济上合理，保护环境，保证施工安全　　 3.基坑支护施工的安全管理技术　　 深基坑支护质量的好坏重在过程控制，一旦出现质量问题，事后纠正和补救非常困难因此，在有合理设计的前提下，施工单位必须密切配合，严格按照要求精心施工施工前应严密组织，编制施工组织设计　　 具体需要注意的有以下几个方面：　　（1）基坑开挖前必须确保降水排水施工已经完成且运转正常基坑周围的地面应设置防水、排水措施，避免地表水渗入基坑基坑内也应设置排水沟和集水井，并及时清除基坑内的积水。

　　（2）基坑开挖后应连续施工，遵循“自上而下，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则利用锚杆支护结构时，按照设计要求，及时进行锚杆施工，待锚杆张拉锁定后，才可以进行下一步开挖　　（3）基坑附近严禁乱堆乱放，软土地区更不宜在基坑附近堆弃土等杂物重型机械在基坑附近作业时，应设置专门的平台或深基础，以防发生工程事故同时，还应限制或隔离坑顶周围振动荷载的用　　（4）基坑开挖时，要提前做好车辆的通道布置，有序地开挖，不得在挖土过程中碰撞维护结构，并做好机械上下基坑坡道部位的护　　参考文献　　［1］黄万春.深基坑支护的施工控制［J］.科技息,2010(12):323- 324.　　[2] 李华杰, 史晓军. 岩土组合地质条件下深基坑工程施工技术[J]. 青岛理工大学学报, 2008, 29(3): 111－114.　　［3］林练标.深基坑支护施工与监理［J］.广东材,2009(3):140- 142.　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看 。