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深基坑開挖支護現(xiàn)狀分析
1、存在的問題
近年來，城市中的建筑密度隨著城市現(xiàn)代化的推進而增大，隨著高層建筑的不斷興建，深基坑開挖支護問題日益突出。因而深基坑開挖支護及對鄰近建筑、道路及設(shè)施的影響日益為工程師們所關(guān)注，研究開發(fā)出許多好的措施.但是基坑開挖深度越來越深，開挖環(huán)境日益復(fù)雜，設(shè)計及施工人員經(jīng)常遇到新的問題及新的挑戰(zhàn)，從而使基坑工程的成功率降低。尤其在上海、深圳等大城市，事故發(fā)生率更高。上海在一年之中就發(fā)生近四十例基坑事故，上海廣東路某基坑事故，導(dǎo)致交通主干線廣東路下陷1.8m，致使各種地下管線產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，煤氣泄露產(chǎn)生爆炸，當(dāng)場熏倒二十多人，直接經(jīng)濟損失達五千多萬元，造成了極壞的社會影響;98年深圳某基坑工程，出現(xiàn)了嚴(yán)重的塌方事故，幾名施工人員被埋，基坑周圍幾棟建筑物出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，轟動全國.本文通過對深基坑開挖支護現(xiàn)狀的分析，提出一些看法和建議，供設(shè)計和施工參考。
2、深基坑工程特點及現(xiàn)狀
(1) 基坑越挖越深�；驗榱耸褂梅奖�，或因為地皮昂貴，或為了符合城管規(guī)定及人防需要，建筑投資者不得不向地下發(fā)展.過去建1～2層地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更為少見.現(xiàn)在在大城市、沿海地區(qū)尤其是特區(qū)，地下3～4層已很尋常，5～6層也有。因此基坑深度多在10～16m間，在20m左右的也為數(shù)不少。
(2)工程地質(zhì)條件越來越差。這一點在某些沿海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)較為突出。
(3)基坑周圍環(huán)境復(fù)雜。重要高層和超高層建筑集中在人口稠密、建筑物密集的地方，并緊靠重要市政公路。而此處原有建筑結(jié)構(gòu)陳舊，地上與地下管線密布。因此，基坑開挖不僅要保證基坑本身的穩(wěn)定，也要保證周圍的建筑物和構(gòu)筑物不受破壞。
(4)基坑支護方法眾多。諸如人工挖孔樁，預(yù)制樁，深層攪拌樁，鋼板樁，地下連續(xù)墻，內(nèi)支撐，各種樁、板、墻、管、撐同錨桿聯(lián)合支護，此外還有錨釘墻等。
(5)基坑工程的成功率較低。一旦基坑支護失效，常造成鄰近房屋、地下管線及道路的開裂，引發(fā)工程糾紛，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，造成重大的經(jīng)濟損失及人員的傷亡。
3、深基坑工程事故的分析
由于深基工程的上述特點，使深基坑支護成為一個最感頭痛的工程難題.通過工程事故實例的調(diào)查分析，對其原因提出如下看法：
3.1 設(shè)計方案失誤
(1)方案選擇錯誤.此類工程事故出現(xiàn)較多，如濟南某大廈工程，位于繁華市區(qū)，地上23層，地下3層，基坑深12m，場地狹窄，東、南、北三面距建筑物較近.施工單位提出，采用大直徑灌注樁，設(shè)一土層錨桿，樁頂設(shè)混凝土圈梁的樁錨支護體系，需費用約100萬元.建設(shè)單位提出，部分采用φ800懸臂灌注樁，部分采用φ150鋼管懸臂樁，部分放坡方案，費用40萬元.結(jié)果按建設(shè)單位方案：西側(cè)采用1∶0.3放坡.東、南、西北澆筑C30的φ800懸臂灌注樁57根，@1800，樁長18m，懸臂12m，入坑底6m.北部用φ150鋼管懸臂樁7根，@1000，樁長15m，懸臂12m，入坑底3m.結(jié)果幾次斷樁，塌方來勢兇猛，均在瞬間發(fā)生，共造成坑內(nèi)土方堆積3000m3，斷樁23根，樁傾斜2根，7根φ150鋼管歪倒.可見，基坑支護必需認真對待，絕不能為節(jié)省費用，隨便定個方案.經(jīng)分析，原先施工單位提出的方案還是可行的，建設(shè)單位亂定方案，不科學(xué)辦事，結(jié)果是浪費了投資，拖延了工期，欲速則不達。
(2)實施方案與設(shè)計方案不符。
(3)止水帷幕力度不當(dāng)。如南京交通銀行大樓，地上28層，地下室1層，基坑深6.7m.設(shè)計方案是：支護采用?800懸臂灌注樁，@1000，樁長14m，在樁頂設(shè)800×500mm圈梁，樁嵌入坑底8.8m;防水及降水在排樁背后設(shè)高壓旋噴混凝土，形成止水帷幕.坑?xùn)|側(cè)42m 長，距房屋15m左右，采用1∶1放坡開挖.在坑內(nèi)設(shè)3個深20m管井作為降水井。實施方案是：基坑加深0.7m至7.4m，樁長改為13m，樁嵌入坑底 5.6m.放坡面因場地限制改為1∶0.3～0.5。為搶進度，樁頂圈梁未施工即開始挖土，且一次挖到設(shè)計標(biāo)高�；娱_挖后，東南角樁間出現(xiàn)大量涌泥和流沙，支護結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)側(cè)移位達20cm以上，樁后形成5～10cm地面裂縫，放坡地段滑移失穩(wěn)，降水井失效，以至東南面的和平電影院嚴(yán)重開裂破壞，被迫停止拆除，北側(cè)湖南路路面開裂，被迫采用土層錨桿加固，直接經(jīng)濟損失100多萬元�？梢�，不按原設(shè)計方案施工，灌注樁與噴射混凝土未形成止水帷幕是基坑事故的主要原因。
3.2 設(shè)計計算錯誤
(1)錨桿計算錯誤。如石家莊某高層建筑，建筑面積10萬多平方米，地上28層，地下4層，基坑深達20.5m，東西長120m，南北寬 100m.基坑用φ600灌注樁，@1000，樁長20m，入土5m，混凝土強度為C25，配12根φ22的Ⅱ級鋼筋，樁頂設(shè)帽梁，帽梁頂砌5.5m高 370磚墻作護墻，墻內(nèi)有構(gòu)造柱及壓頂圈梁.護壁樁設(shè)三道?130錨桿：第一道錨桿長15.5m，@2000;第二道錨桿長20m，@1500;第三道錨桿長18m，@1000.用槽鋼與護壁樁相結(jié)合.1993年9月12日，施工完西部坑底墊層，施工管理人員發(fā)現(xiàn)基坑西部護壁樁間成片掉土，并有滲水現(xiàn)象，頂部磚墻外傾，頂部地面出現(xiàn)裂縫.9月15日西側(cè)北部有部分腰梁槽鋼脫落，部分錨桿螺母松動.施工人員將槽鋼補焊接上，擰緊螺母.在坑頂局部挖土卸載.9 月16日下午5時左右，基坑西部南北約50m的護壁結(jié)構(gòu)迅速倒塌，折斷鋼筋混凝土樁48根，倒塌邊緣距坑邊約13m，護壁樁折成三段，折點分別在第二、三層錨桿處，第一層錨桿從土中完全拔出，第二、三層錨桿錨頭拉脫，腰梁扭斷開.經(jīng)分析計算，第一道錨桿的錨固長度需25.6～30m，第二道錨桿的錨固長度需22～25m�？梢姷顾闹饕蚴窃O(shè)計中完全拔出，第二、三層錨桿錨頭拉脫，腰梁扭斷開.經(jīng)分析計算，第一道錨桿的錨固長度需25.6～30m，第二道錨桿的錨固長度需22～25m。可見倒塌的主要原因是設(shè)計計算錯誤所導(dǎo)致。
(2)支護樁嵌入深度不夠.上海某工程基坑采用深層水泥攪拌樁做支護，基坑開挖深度5～7m，樁長12m，嵌入深度5m.開挖到5m時未發(fā)生事故，但開挖到7m時，發(fā)生管涌，涌砂涌水.由于大量砂土冒出，最終導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)全部倒塌.僅加固費就增加投資30萬元(原支護結(jié)構(gòu)費80萬元)，工期延長2個月.經(jīng)對管涌計算知，支護樁嵌入深度需7m。
(3)安全系數(shù)偏小。許多基坑設(shè)計時，為單純追求造價，而忽略許多因素，使工程的安全系數(shù)偏小。如遇雨水或少量偶然的坑邊堆載，就導(dǎo)致基坑的失穩(wěn)。
3.3 未進行穩(wěn)定驗算
由很多工程事故可見，僅進行基坑支護設(shè)計或選擇一個方案是不行的，還必須進行穩(wěn)定驗算，以確�；拥恼w及局部穩(wěn)定，特別是軟土地區(qū)。
3.4 施工管理方面的問題
(1)嚴(yán)重超挖，不遵守分層分段開挖原則;(2)坑邊過量堆載;(3)管理混亂。
4、建議及對策
4.1 堅持分層分段開挖與支護的原則
一般情況下，邊坡破壞有一個從局部開始，逐漸擴大的過程.首先產(chǎn)生局部破壞的部位為突破點.當(dāng)某部位土體應(yīng)力達到或超過其強度時，突破點開始破壞，并引起周圍土體力學(xué)性質(zhì)的變化和臨近部位應(yīng)力的升值，使破壞面擴大.城市高層建筑的發(fā)展，使基坑深度日益增大，邊坡也越來越陡立(一般在 80～90°).目前各種邊坡穩(wěn)定的理論計算模式都是在60°左右建立的，與陡立邊坡的初始受力狀態(tài)有較大差異.邊坡開挖后，破壞了原自然土體的三向受力狀態(tài)，在開挖面附近產(chǎn)生一個高能區(qū).其中一部分能量傳給周圍土體，一部就成為使土體變形的動力.對近于直立的邊坡，若一次開挖深度太大，積聚的能量就很大，有可能成為破壞的突破點而產(chǎn)生塌方.所以施工中必須控制開挖面的長度與深度，并進行快速支護，使支護盡早發(fā)揮效能，達到控制和消滅破壞突破點的目的.分層分段開挖并支護有利于邊坡能量的釋放.前期開挖掘?qū)佣蔚哪芰坑幸徊糠滞ㄟ^錨體傳到土層較深部位，有一部分受已施工面板影響留在坡面淺層部位.當(dāng)下一層段開挖后，就被后期開挖段吸收并釋放.因此，分層分段開挖并支護的施工方法也是一個能量釋放的過程，最后總的開挖能量留在坡面的較少，這對整個破面的穩(wěn)定是有利的。
邊坡層段開挖的大小應(yīng)作為設(shè)計的重要內(nèi)容，在分析土體力學(xué)性能、地下水和邊坡附加荷載分布的基礎(chǔ)上預(yù)測突破點可能產(chǎn)生的部位，這是劃分層段的重要依據(jù).據(jù)此繪出每一坡面的層段開挖圖，作為施工依據(jù)，并在施工中根據(jù)具體情況進行調(diào)整。
4.2 信息反饋是基坑施工的重要組成部分
所謂施工過程中的信息反饋基本上指兩方面：一是指坡面開挖過程中對暴露出來的地質(zhì)構(gòu)造、地下水分布的變化及未知地下建筑物的信息反饋;二是指施工過程中對邊坡位移及應(yīng)力監(jiān)測的信息反饋.其中，施工中發(fā)生側(cè)移有以下原因：(1)土力學(xué)的模糊性：土的層面結(jié)構(gòu)多變，影響因素多，物理力學(xué)性能分散性大。其結(jié)構(gòu)計算原理及各種參數(shù)取值有較大的模糊性，不可能一次計算到位。(2)外力作用下的變形。(3)施工階段的不穩(wěn)定性。
4.3 支護結(jié)構(gòu)的革新
(1)從結(jié)構(gòu)受力改變結(jié)構(gòu)形式。閉合拱圈擋土、連拱式基坑支護，都是將平面結(jié)構(gòu)改變?yōu)榭臻g支護結(jié)構(gòu)，利用拱的作用，一方面減小土對樁的側(cè)向壓力，另一方面將結(jié)構(gòu)受彎變?yōu)楣叭κ軌�，充分發(fā)揮混凝土的受壓特性，降低了工程費用。
(2)從施工方法上改變。樁墻合一地下室逆作法，是將基坑支護樁和地下室墻合在一起，將地下室的梁板作為支護，從地下室頂往下施工，地下室外墻也施工.它的優(yōu)點是節(jié)約投資，在地下水豐富、不易降低水位地區(qū)，尚須作防水帷幕。
(3)發(fā)展新的支護方法。近年來，噴錨網(wǎng)支護法、錨釘墻法在工程中得到應(yīng)用，并顯示了顯著的經(jīng)濟效益.它不要一根樁、一塊板、一根管、一根撐，完全拋棄了傳統(tǒng)法及其被動支護概念，以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學(xué)強度，變土體荷載為支護結(jié)構(gòu)體系的一部分.它主動支護土體，并與土體共同工作，具有施工簡便、快速、及時、機動、靈活、適用性強、隨挖隨支、挖完支完、安全經(jīng)濟等特點。其工期一般比傳統(tǒng)法短30～60天以上，工程造價低10%～30%.支護最大垂直坑深18m，建筑淤泥基坑深達10m。
4.4 進一步研究基坑支護理論
可以看到，隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市現(xiàn)代化的進程，基坑工程的可靠性成為高層建筑亟待解決的問題.因此進一步探討基坑支護的方法和計算理論，尤其是新型支護方法的計算理論，乃為工程實際所急需。如噴錨網(wǎng)支護法、錨釘墻法。
4.5 探討基坑護壁搶險技術(shù)
如前所述，基坑工程的破壞率較高。因此，配合施工過程的監(jiān)測與信息反饋技術(shù)，進行基坑護壁搶險技術(shù)的探討非常必要.目前，發(fā)現(xiàn)基坑護壁失效，采用的方法是停止開挖或回填土方等，收效甚微。因此在支護設(shè)計或確定施工方案時，就必須考慮基坑護壁的搶險措施。如基坑護壁帷幕漏水化學(xué)灌漿搶險技術(shù)，具有簡單、經(jīng)濟�？焖俸陀行У奶攸c，是目前基坑漏水涌砂最好的搶險補救方法。
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