浅谈深基坑变形成因和预控

浅谈深基坑变形成因和预控

摘要对建筑工程基坑变形的分析,总结深基坑变形的一般特征,并分析基坑变形的影响因素,最后指出如何控制基坑变形的一些有效的方法,提出一些控制基坑变形的措施,为深基坑的设计和施工提供参考。

关键词基坑变形;影响因数;特征分析;预控措施

1基坑变形的影响因素

通过前人对基坑变形分析资料的分析和总结发现,同一基坑中,在满足强度控制设计和正常施工的前提下,围护结构的刚度、入土深度、支撑或锚杆道数和预应力、土体的变形模量这6个方面对基坑变形(基坑坑底隆起、支护结构位移、周边沉降)的影响较为显著,这其中以围护结构入土深度、支撑或锚杆道数和预应力因素尤为突出。

2分析深基坑变形的特征

2.1基坑周围地表的沉降分析及地表沉降原因

1)基坑开挖降水引起周边地下水位下降,形成以抽水井点为中心的降水漏斗,由于基坑周边土层地下水位降低,土体中的孔隙水压力消散,直接导致土体中有效应力增加,土体产生了新的固结沉降。另外,基坑开挖后周边土体处于临空状态,原有的结构平衡遭到破坏,土体开始应力释放容易发生滑动剪切破坏,土体将变得松软压缩性增大,地基土在原有荷载作用下产生新沉降。

2)地表沉降的分布类型:地表沉降的分布形式可近似归纳为“三角形”和“抛物线”两种,前者最大沉降点位于基坑边,后者最大沉降点离基坑边有一定距离,如图1所示。但两种形式的产生条件目前尚无定论。

图1地表沉降的分布类型

3)地表沉降的空间分布规律:①基坑中部附近剖面的地表沉降曲线可能是“三角形”也可能是“抛物线”,而基坑角点附近由于受到另一侧围护结构的支撑作用,其沉降分布形式常常为“抛物线”。②基坑中部附近剖面的地表沉降量远大于基坑端部附近剖面的地表沉降量。③基坑中部附近剖面的沉降分布曲线曲率较大,即在这个区域内不均匀沉降较大。

2.2围护结构的水平位移分布规律

围护结构水平位移随时间的变化规律:

1)在下一工况开始时围护结构的位移曲线紧邻上一工况结束时位移曲线的

左侧,反映出在下一工况中由于新增加的支撑和预应轴力的约束,限制了位移的发展,使位移略有减小,但随着时间的延长,位移会逐渐增大,并随即超过上一工况结束时的位移值(图2)。

2)对于设内支撑的基坑,随着基坑的不断施工,围护结构最大位移会向下移动,位移最大值往往会出现在基坑开挖面附近,如图2所示。

3)在基坑各开挖步内,围护墙体位移随时间的延长而增加,这一点在软土地基中表现更加显著,所以要尽量缩短各分布开挖的时间。

2.3坑底的回弹、隆起空间分布规律

一般在开挖初期,坑内土体大多处于弹性受力阶段,坑底隆起主要是卸载后的弹性回弹,基坑中部隆起量较大,靠近围护墙的坑底土体一定程度上回弹受到制约;随着开挖深度的增加,隆起量进一步加大。

图2某地下连续墙水平位移分布规律

2.4围护结构水平位移的空间分布规律

经很多工程研究表明,越靠近围护桩墙两端空间作用越明显,相反越靠近跨中空间作用越弱。

3基坑变形的预控措施

3.1基坑支护方案选择

1)钻(冲、挖)孔桩、沉管灌注桩或钢筋混凝土预制桩。对于5m～10m深软土基坑常用此法作为支护结构,基坑内必要时再加内支撑,如需防渗止水,则可辅之以深层搅拌桩作为止水帷幕,有时也用钢板桩或H型

2)土钉墙技术。土钉墙技术是一种原位土加筋和强化的技术,它具有用料少、施工快、工程量小等优点;对场地土层适应性强,随基坑开挖逐层分段作业,基坑开挖完成时土钉墙就能做好。不适合在软土、松砂土或地下水丰富的情况下使用。

3)锚杆技术。以其能为基坑开挖提供较广阔的空间优势在我国应用广泛。

4)泥土搅拌桩技术。水泥土搅拌桩技术一般认为是我国目前5m以内基坑的首选支护形式,该技术既能挡土又能挡水,有时和钻孔灌注桩合用,适用于多种地质条件,比较经济。钢桩。

5)地下连续墙。基坑大于10m时或紧邻其周围有非常重要的建筑物、地铁或其他重要设施需要严格控制基坑变形时,常常选择地下连续墙,地下连续墙既是挡土墙又兼作地下室的外墙,采用逆作法施工可缩短基坑开挖和支护结构大面积

暴露的时间,改善了支护结构受力性能,使其刚度大为增强,使支护结构的变形及对相邻设施的影响大为减少,从而使总造价降低,是一种先进的施工作业方法。

6)SMW工法连续墙。SMW是SoilMixingWall的缩写,该方法是从日本引进的新型施工工艺,它作为基坑支护结构具有防渗性好、构造简单、施工速度快、工程造价低等优点。以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌,在各施工单元之间采取重叠搭接施工,等水泥土未结硬前插入H型钢或钢板作为补强材料至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度、连续完整、无接缝的地下墙体。该方法近年来使用较多。

3.2注意应用时空效应原理

时空效应理论是在土体流变性的基础上提出的,其施工原则是分层、分块、限时、对称、平衡。即在基坑开挖施工同支护结构及坑周土体位移之间,存在着一定的相关性。故科学地安排土方开挖施工顺序和控制施工进度,将有助于控制挡墙和坑周土体的位移。根据基坑工程规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件,提出详细的、可操作的土方开挖分层、分块方案,限时开挖时间与无支撑暴露时间,并保证每次开挖时支撑体系的力学平衡。

3.3利用信息化施工

1)支护结构的监测。支护结构的监测包括支护结构桩墙顶位移监测、支护结构倾斜监测、支护结构应力监测、支撑结构应力监测、锚杆锚固力监测、土压力监测、土体孔隙水压力监测等。

2)周围环境监测。周围环境监测包括邻近建筑物的沉降观测、邻近道路和地下管线的沉降观测、边坡土体的位移和沉降观测、地下水位测试、裂缝观察、边坡土体的位移和沉降观测。基坑监测可以捕捉到开挖各工况下的信息。

3.4适当的土体加固

对一些基坑变形不能满足要求的可适当对相应的土体进行加固,例如可对基坑周围的土体注浆加固,以减少周围建筑物、地铁、管道的侧移,同样也可以对坑底土采用压力灌浆、水泥搅拌桩、石灰桩等方法进行基坑底土体加固,以提高基底土的强度,改善其变形特性。

4结语

深基坑开挖带来的较大变形,这不仅给基坑的安全性带来了影响,也给周围环境带来了危害。总结出了支护结构周围地面的沉降、支护结构的水平位移及基坑底面土隆起的规律,并阐述了影响基坑变形的因素,为深基坑的设计和施工提供参考。

参考文献