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软土地区深基坑变形控制技术应用

       1、基坑变形机理分析 

  基坑开挖的过程,实质是载荷释放的过程,受载荷释放影响,导致坑底土体向上发生位移,与此同时导致围护墙受两边压力差影响,出现水平向位移及墙外侧位移。导致周边地层发生位移的主要诱因是坑底的隆起和围护墙的位移。另外,地层损失、漏水、漏砂等事故也会引发基坑变形。影响开挖变形的主要因素:(1)围护结构:围护墙体厚度、插入深度、支撑体系的刚度等。(2)地基加固:通过对基坑内侧、外侧施行地基加固。实际工程中,往往进行坑内被动区的加固。(3)施工措施:围护结构施工对地层的挠动;开挖土方的空间效应;施工期的长短的影响。 
  2、软土深基坑变形控制技术 
  2.1勘察设计过程控制 
  基坑事故的最大影响因素就是设计不完善。体现在设计准备质量不充分,信息量不足、经验欠缺、解决问题措施不当等造成。控制点主要包含以下几方面: 
  ①实地勘察、岩土参数的准确性; 
  ②基坑周围环境,如地下管网、建筑、保护对象(古建筑)。 
  ③对变形控制计算,结构选型、变形计算等; 
  ④对变形影响大的因素设计处理不当,如:集中应力,必须进行对基坑阳角进行加固、支撑系统强度需适当增加、桩间加固等。 
  2.2施工工艺与质量控制 
  2.2.1排桩。①做好桩位布置、把握好偏差、支护刚度必须牢靠,尽可能防止局部变形太大;保证桩的垂直度。不然,两个桩基在施工收尾可能会引发交叉情况,引发桩径上大下小。②受排桩间距(间距较小)影响,软土区域边距通常为200mm~500mm,因此,施工作业因间距不够大,产生负面影响,特别在混凝土刚要凝固时。一般情况应在邻桩灌注作业间隔24h以后,在进行施工作业。 
  2.2.2内支撑。①混凝土支撑应当采取整体浇注的手段,无法整体浇注,要对混凝土的连接面进行打毛处理,以保证链接牢靠。此外,各混凝土断面必须交错,不得在同一平面;浇注混凝土的底模,如果使用垒砖做磨时,需要用油毡做垫层隔离;强度、扰曲度、刚度等需达到设计技术要求。支撑梁的高度落差误差范围控制在30mm内,断面尺寸误差范围控制在5mm以内。②钢管支撑。支撑用的钢管必须为正品,不得使用残次品、伪劣品。安装前要对钢管进行性能测试,变形、有缺陷的严禁使用。钢管的壁厚必须符合设计认同,不同壁厚的钢管不得混用;钢腰梁进行分段施工时,每段长度要最低达到支撑间距的2倍,同时设置一定数目的邻近支撑点;安装作业中所用的防滑块要求满焊,焊接强度必须牢固可靠、与混凝土填充良好;施加预应力要略微高出设计值,支撑两端的预应力施加作业要同步、对称进行;钢支撑施工完毕,必须做好防撞措施,避免支撑失稳。 
  2.3土方开挖过程控制 
  软土深基坑进行土方施工作业时,通常会对围护墙体产生不良影响、墙后地面出现下沉、基坑底部的岩土发生回弹变形。实践表明:控制变形的关键在于合理的开挖方案,采用科学的手段进行土方开挖。①充分发掘和利用土体自身开变形能力,以增加软土基坑的稳定性能、缩小不良变形。这也是时空效应应对措施的基础要求。②依据基坑的数量、尺寸、支撑方式、挖掘深度、地基加固措施等,设计详细的施工方案,要求有施工的步骤、施工作业的详细化参数、施工出现问题的应急措施。逐段开挖、分段进行,分段长度宜小不宜大;开挖顺序:先开挖阴角、再开挖阳角、中部开挖。 
  3、工程应用实例 
  3.1工程概述 
  某商厦建筑为地上6层,地下2层,建筑面积50000m2;结构方式初定为框架形式,钻孔灌注桩基础。基坑平面近似长方形(约130.0m×75.0m),基坑支护四周总长大约400m,开挖深度11.50m。 
  该工程特点:①基坑开挖深度大,基坑所处位置、挖深均处于软土层,软土土体较厚;②该工程所需基坑深度,为近几年开挖基坑深度最大,该地域设计施工资料参考甚微;③基坑位于该市中央地段,四周建筑、地下管网密集、复杂,且对环境有高的要求。支护深度影响土层顺序如下;①杂填土,主要组成为建筑构筑物垃圾、碎石砾、粉质粘土,该层土层厚度范围1.7m~3.3m;②粉土,质地较密,局部夹杂粉质粘土,该层土层厚度范围1.6m~5.6m;③淤泥质粉质粘土,流塑,饱和,夹杂多层粉土,该层土层厚度范围16.8m~32.8m;④粉质粘土,可塑性能好,饱和,该层土层厚度范围0.5m~1.0m;⑤粉质粘土,硬塑, 该层土层厚度范围0.0m~7.9m。 
  3.2支护结构设计与变形控制的应对策略 
  ①采用排桩挡土、深搅桩止水,内支撑布设两道,第一道钢筋砼、第二道钢管。基坑内降水;受基坑开挖面积(8000m2)较大的影响,空间效应突出,因此,要适度增大安全系数。②基坑长度(长边达130m)较大,中部出现变形的概率较大,为应对变形,需要在中间区域增加支撑,以提高支撑密度,减小变形量。还要布设“暗墩”③第二道支撑的标高要适度下调,以有效降低支护所需费用。④为了改良结构强度、刚度,对基坑阳角采用拉梁板加固措施。 
  3.3基坑变形特征 
  3.3.1支护结构顶水平位移。基坑土方开挖初期,其水平位移变形量与基坑深度成正比,从分布特征看,中间大、两端小,阳角位移也较大;长边变形量大于短边变形量;局部超挖造成变形量达75.9mm,超出预期目标参数,运用卸载技术措施,变形得以控制。 
  3.3.2深层位移特征。通过对深部变形的3个观测报告进行分析,这些变形特点类似,基本表现出“变形弓型曲线”,墙顶3个报告均体现出水平变形量,变形量基本处于30~40mm范围以内。变形位移量最大的部位是55.4mm,纵深大约是6米。该变形部位是在第一道混凝土支撑与第二道钢管支撑范围内,极大程度上,靠近弯矩高点,观测发现桩体局部有微裂纹出现,可见维护墙体的刚度显得不足。通过对有限元进行计算分析,可得出,钢管支撑及所加预应力可以满足抑制挡墙内侧变形的要求,能到达到设计效果。 
  3.3.3墙后地面沉降。墙后呈现的沉降值最高达到54.7mm。综上所述:①工程四周环境要求高时,软土深基坑的施工关键在于变形控制,为了最大限度控制变形量,需要对基坑施工全过程控制。包括勘测阶段、设计参数输入阶段、多方案对比阶段、优化方案阶段、技术措施制定阶段、施工过程、观察检测阶段、参建方协作阶段、突发事件的应急处理等。②工况、施工因素等影响,沉降曲线有一定的差异,经过合理简化处理,吸收先进经验,能够找到时间曲线。③软土深基坑变形要多因素考虑,以提高设计的可靠性。 

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