工程施工中深基坑支護(hù)安全研究

張培明　趙志慧

摘要:在進(jìn)行深基坑施工時(shí),必須確保施工安全,防止塌方事故發(fā)生,必須對(duì)開(kāi)挖的建筑基坑采取支護(hù)措施,文章分析了當(dāng)前深基坑支護(hù)存在的安全問(wèn)題,提出了深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)和預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞:深基坑施工;基坑支護(hù)結(jié)構(gòu);深基坑支護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào):TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)21-0126-02

一、深基坑的施工安全的重要性

近幾年來(lái),高層建筑的迅速興起,促進(jìn)了深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展。各地在深基坑開(kāi)挖和支護(hù)技術(shù)方面積累了

豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn),新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝不斷涌現(xiàn)。但是,現(xiàn)在的城市建筑間距很小,有的基坑邊緣距已有建筑僅十幾米、甚至幾米,給基礎(chǔ)工程施工帶來(lái)很大的難度,給周?chē)h(huán)境帶來(lái)極大威脅,也相應(yīng)地增加了施工工期和施工費(fèi)用。另外,原來(lái)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)原則、運(yùn)算公式、施工工藝等,已不符合深基坑開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,導(dǎo)致一些基坑工程出現(xiàn)事故,造成巨大的損失。因此,深基坑支護(hù)的安全問(wèn)題工程技術(shù)人員應(yīng)予以高度重視。

在深基坑施工時(shí),為確保施工安全,防止塌方事故發(fā)生,必須對(duì)開(kāi)挖的建筑基坑采取支護(hù)措施。建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基坑類(lèi)型、基坑開(kāi)挖掘深度、降排水條件、周邊環(huán)境對(duì)基坑側(cè)壁位移的要求,基坑周邊荷載、施工季節(jié)、支護(hù)結(jié)構(gòu)使用期限等因素,做到合理設(shè)計(jì)、精心施工、經(jīng)濟(jì)安全。

二、深基坑支護(hù)存在的問(wèn)題

(一)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中土體的物理力學(xué)參數(shù)選擇不當(dāng)

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的土壓力大小直接影響其安全度,但由于地質(zhì)情況多變且十分復(fù)雜,要精確地計(jì)算土壓力目前還十分困難,至今仍在采用庫(kù)倫公式或朗肯公式。關(guān)于土體物理參數(shù)的選擇是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題,尤其是在深基坑開(kāi)挖后,含水率、內(nèi)摩擦角和黏聚力三個(gè)參數(shù)是可變值,很難準(zhǔn)確計(jì)算出支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力。

在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,如果對(duì)地基土體的物理力學(xué)參數(shù)取值不準(zhǔn),將對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生很大影響。土力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:內(nèi)磨擦角值相差5°,其產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力不同;原土體的內(nèi)凝聚力與開(kāi)挖后土體的內(nèi)凝聚力,則差別更大。施工工藝和支護(hù)結(jié)構(gòu)形式不同,對(duì)土體的物理力學(xué)參數(shù)的選擇也有很大影響。

(二)基坑土體的取樣具有不完全性

在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前,必須對(duì)地基土層進(jìn)行取樣分析,以取得土體比較合理的物理力學(xué)指標(biāo),為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提拱可靠的依據(jù)。一般在深基坑開(kāi)挖區(qū)域內(nèi),按國(guó)家規(guī)范的要求進(jìn)行鉆探取樣。為減少勘探的工作量和降低工程造價(jià),不可能鉆孔過(guò)多。因此,所取得的土樣具有一定的隨機(jī)性和不完全性。但是,地質(zhì)構(gòu)造是極其復(fù)雜、多變的、取得的土樣不可能全面反映土層的真實(shí)性。因此,支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也就不一定完全符合實(shí)際的地質(zhì)情況。

(三)基坑開(kāi)挖存在的空間效應(yīng)考慮不周

深基坑開(kāi)挖中大量的實(shí)測(cè)資料表明:基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生的水平位移是中間大兩邊小。深基坑邊坡的失穩(wěn),常常以長(zhǎng)邊的居中位置發(fā)生。這足以說(shuō)時(shí)深基坑開(kāi)挖是一個(gè)空間問(wèn)題。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是按平面應(yīng)變問(wèn)題處理的。對(duì)一些細(xì)長(zhǎng)條基坑來(lái)講,這種平面應(yīng)變假設(shè)是比較符合實(shí)際的,而對(duì)近似方形或長(zhǎng)方形深基坑則差別比較大。所以,在未進(jìn)行空間問(wèn)題處理前而按平面應(yīng)變假設(shè)設(shè)計(jì)時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)開(kāi)挖空間效應(yīng)的要求。

(四)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際受力不符

目前,深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算仍基于極限平衡理論,但支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力并不那么簡(jiǎn)單。工程實(shí)踐證明,有的支護(hù)結(jié)構(gòu)按極限平衡理論設(shè)計(jì)計(jì)算的安全系數(shù),從理論上講是絕對(duì)安全的,但有時(shí)卻發(fā)生破壞;有的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)雖然比較小,甚至達(dá)不到規(guī)范的要求,但在實(shí)際工程中卻滿足要求。

極限平衡理論是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的一種靜態(tài)設(shè)計(jì),而實(shí)際上開(kāi)挖后的土體是一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),也是一個(gè)土體逐漸松弛的過(guò)程,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),土體強(qiáng)度逐漸下降,并產(chǎn)生一定的變形。所以,在設(shè)計(jì)中必須充分考慮到

這一點(diǎn)。

三、深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

(一)徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

近十幾年來(lái),我國(guó)在深基坑支護(hù)技術(shù)上已經(jīng)積累很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),收集了施工過(guò)程中的一些技術(shù)數(shù)據(jù),已初步摸索出巖土變化支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力的規(guī)律,為建立深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新理論和新方法打下了良好的基礎(chǔ)。但是,對(duì)于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)外至今尚沒(méi)有一種精確的計(jì)算方法,多數(shù)是處于摸索和探討階段,我國(guó)也沒(méi)有統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。土壓力分布還按庫(kù)倫或朗肯理論確定,支護(hù)樁仍用“等值梁法”進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算結(jié)果與深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力懸殊較大,既不安全也不經(jīng)濟(jì)。由此可見(jiàn),深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不應(yīng)再采用傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)荷載法”,而應(yīng)徹底改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念,逐步建立以施工監(jiān)測(cè)為主導(dǎo)的信息反饋動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體系。這是設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)科研攻關(guān)的方向。

(二)建立變形控制的新的工程設(shè)計(jì)方法

目前,設(shè)計(jì)人員用的極限平衡原理是一種簡(jiǎn)便實(shí)用的常用設(shè)計(jì)方法,其計(jì)算結(jié)果具重要的參考價(jià)值。但是,將這種設(shè)計(jì)方法用于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu),只能單純滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求,而不能保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度。眾多工程事故就是因?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的變形而造成的。鑒于上述實(shí)際,在建立新的變形控制設(shè)計(jì)法時(shí),應(yīng)著重研究支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制的標(biāo)準(zhǔn)、空間效應(yīng)轉(zhuǎn)化為平面應(yīng)變和地面超載的確定及其對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響等問(wèn)題。

(三)大力開(kāi)展支護(hù)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究

正確的理論必須建立在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上。但是,在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方面,我國(guó)至今尚未進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。一些支護(hù)結(jié)構(gòu)工程成功了,也講不出具體功之處;一些支護(hù)結(jié)構(gòu)工程失敗了,也說(shuō)不清失敗的真實(shí)原因。在支護(hù)工程施工的過(guò)程中積累的技術(shù)資料很豐富,但缺少科學(xué)的測(cè)試數(shù)據(jù),無(wú)法進(jìn)行科學(xué)分析,不能上升到理論的高度,這是一個(gè)很大的缺陷。

開(kāi)展支護(hù)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究(包括實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)),雖然要耗費(fèi)部分資金,但由于深基坑支護(hù)工程投資巨大,如經(jīng)過(guò)科學(xué)試驗(yàn)再進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),肯定會(huì)節(jié)省可觀的經(jīng)費(fèi)。因此,工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是非常必要的。通過(guò)工程實(shí)踐積累大量的測(cè)試數(shù)據(jù),可對(duì)同類(lèi)工程的成功打好基礎(chǔ),為理論研究和建立新的計(jì)算方法提供可靠的第一手資料。

(四)探索新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

高層建筑的飛速發(fā)展給深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)一場(chǎng)技術(shù)革命。在鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、鉆孔灌注樁擋墻、地下連續(xù)墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用后,雙排樁、土釘、組合拱帷幕、旋噴土錨、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土多孔板等新的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式也相繼問(wèn)世。但是,這些支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的計(jì)算模型如何建立、計(jì)算簡(jiǎn)圖怎樣選取、設(shè)計(jì)方法如何趨于科學(xué),仍是當(dāng)前新型支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中急需解決的問(wèn)題。

目前,深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)正在向著綜合性方向發(fā)展,即受力結(jié)構(gòu)與水結(jié)構(gòu)相結(jié)合、臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)與永久支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合、基坑開(kāi)挖方式與支護(hù)結(jié)構(gòu)型式相結(jié)合。這幾種結(jié)合必然使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。所以,建立新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法,已成為深基坑工程技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急。

四、結(jié)論

深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)工程,涉及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料、施工工藝和施工管理等多方面。是集土力學(xué)、水力學(xué)、材料才學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等于一體的綜合性學(xué)科。支護(hù)結(jié)構(gòu)又是由若干具有獨(dú)立功能的體系組成的整體。正因如此,無(wú)論是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是施工組織都應(yīng)當(dāng)從整體功能出發(fā),將各組成部分協(xié)調(diào)好,才能確保它的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

作者簡(jiǎn)介:張培明,男,河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司助理工程師,研究方向:建筑施工管理等;趙志慧,女,河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司助理工程師,研究方向:建筑施工管理等。