无锡水文工程地质勘察院有限责任公司 江苏省无锡市 214000
摘要:对地下空间的充分利用,迫切需要对深基坑支护模式进行创新,并根据具体工程特点,采用多种支护模式,实现对地下工程施工的整体控制,保证其安全性和可靠性。与此同时,由于深基坑支护是一项比较复杂的技术,所以它所牵涉到的研究领域也很广。文章对该技术的技术特征及其发展进行了介绍,并结合实际工作,有针对性地提出了几种深基坑支护技术。
关键词:深基坑支护;工程安全;地下施工
一、从基坑支护设计源头解决地下工程诸多问题
基坑工程的设计任务十分繁重,需要考虑的因素也很多。基坑设计不但要清晰地表述出支护结构和施工工艺这一部分的内容,而且还要对桩基、土方、主体结构等有关的“衍生内容”,如时间、空间次序、工作面的供给、基坑周边的道路和场地的利用等,做出明确的规定。
“衍生内容”既是基坑设计中的一环,也是一环,它关系到整个工程能否安全、顺利、高效和经济的运行。然而,在过去的地下工程设计中,“衍生内容”就成了设计的空白点,只有在建设之前才加以考虑,哪怕建设过程中有问题,也是治标不治本。因此,必须抓住深基坑支护设计的“牛鼻子”,才能解决深基坑施工中存在的种种问题。
目前,基坑的设计者,都倾向于在基坑底部进行桩基施工,因为桩基的优点很多,可以系统性地解决很多问题:
①如果天然地面和坑底都是软粘土,需要对垫层进行回填才能达到桩基础的要求,则可以省略一次回填工作;如果是地面较软,底部较硬,那就能“大赚一笔”。②在施工过程中,可降低桩身的空洞和进桩长度,既可节约成本,又可降低施工成本。同时,也可避免在送桩过程中,桩顶高程不易控制,桩身容易发生倾斜,从而提高了施工质量。③相对于地表打桩,尤其在淤泥区,可有效避免开挖时对桩身造成的剪切破坏。④在淤泥区,在坑底开挖过程中,一般都会在一定厚度的软土上铺上一层,这既为土方开挖、砖胎模砌筑及底板垫层等工程创造了有利的作业条件,又大大降低了工程难度。
当然,在大坑底部打桩,也带来了几个问题:
①由于需要在某一特定的位置进行换填层的开挖,从而使基坑施工成本提高;②临近基坑边沿(以下简称边桩)存在着施工空间不足的难题,目前国内外尚无针对该难题的研究。③基坑底部排水,特别是在雨水多的季节,负荷过大等问题。
对于第一点,可以将基坑工程纳入到地下工程系统中,进行整体评价:尽管基坑成本会提高,但是根据前面提到的四个优点,如果地下工程的综合效益已经显现出来,那么就应该选择使用在坑底的打桩方案;对于第二点可以采用预先在天然地面上打边桩的方式来处理;对于第三点可以采取在坡顶上下设置良好的排水设施,并加大排水的人力和物力。
在基坑的设计中,怎样才能将基坑底部的换填土层考虑进去?
同样,以沿海地区的深厚淤泥区为背景,如果基坑深H,那么在坑底打桩,需要对坑底土换填h厚,理论上,基坑设计深度应该是H+h,这样的话,基坑的安全应该不会有太大问题,但是这必然会导致支护结构造价的大幅度提高。
如果换填的厚度不是很大,例如使用锤击桩工艺,那么如果完全按照基坑的深度H来考虑,虽然会显得冒进,但也不是不可以,可以考虑采取如下措施:
①对基坑底部被动区某一宽度的区域,采取深层搅拌桩等加固方法,一方面可以提高被动土压力,有利于基坑的稳定;同时,由于该地区的土壤经过了强化和改善,所以不需要再进行填筑,因此,该地区的顶部高度将与设计的基坑底部高度一致。②对被动加强区之外的土壤进行充填,在充填速率和一次充填区域的面积上要进行充填。最好的办法就是带着一大堆泥土离开,然后再带着一大堆碎石回来。但是在实际施工过程中,因为存在衔接问题和淤泥对碎石土的污染问题,可以考虑以数车(如少于5车)或一定面积(如少于30m2)为一单元换填一次,并且从一单元开挖完成到换填开始间隔的时间不能超过半个小时。③在计算过程中,应进一步提高基坑的稳定性。
在以前的基坑设计中,上面提到的①点,会直接在基坑设计图中体现出来,而②点,却很少出现在图纸上,即使是在文字描述中,也不会有任何的提到,所以,一切都要靠施工单位对图纸的理解和经验来判断,这无疑会给基坑的安全性带来很大的威胁。
从表面上来看,坑底的换填属于土建,但是,如何进行换填,关系到基坑的深浅,关系到支护工程的成本,所以,在基坑的设计中,一定要有这样的“衍生内容”。
二、深基坑支护工艺
深基坑工程是土建作业中最重要的一个环节,深基坑技术包括沉井基础、桩深基础和深基坑支护三种,深基坑支护是整个技术过程中的关键环节,其具体的深基坑支护施工过程要严格按照设计要求进行,确保施工过程的正确实施,及时高效。早在上个世纪40年代,就有了与之相对应的深基坑开挖理论,经过多年的实践积累,从五十年代起,他们就开始有针对性地对支护技术中存在的问题进行改进,并在八十年代中后期,他们开始与最新的仪器和设备相结合,对施工技术进行创新,进入新世纪以来,随着城市群规模的扩大以及新型城镇化的发展需求,更多的复杂基坑开挖施工技术被用于工程建设。
(一)地下连续墙支护技术
这一技术最早在欧洲被广泛采用,后在欧美发达国家、苏联等国家快速普及,最早被我国用于大坝的开发与建造,后逐步被用于深基坑的维护型式。
(二)土钉支护技术
在深基坑的开挖阶段,最常用的就是土钉支护,该技术可以增大土钉与土层之间的摩擦力,所以,可以在具体的条件下,对其进行强度的计算,并与建筑所需的施工规范相结合,来决定土钉的强度和应力需求,进而提高施工的安全系数,与此同时,还要注重对灌浆的力度和量数的控制,并采用先进的测量设备,对钻孔的深度进行精确的测量,为后续的施工打下坚实的基础。旋入法、沉入法及“先成孔后成孔”的施工工艺,操作简单,施工速度快,安全可靠。
(三)预应力锚杆支护技术
在大型、复杂的地下工程建设中,多采用预应力锚索支护方式,通过锚索的作用,使围护结构(如墙、桩等)将受力转化为稳定的土层,从而保持整体结构的稳定性。与此相似的是混合支护,它是利用混凝土混合料来加强墙体的强度,是一种安全可靠的方法。但是,从整体上看,该技术是一项较为复杂、施工难度较大的技术。
结语:
有很多的深基坑支护工艺技术,随着工程的持续应用,它的技术成果也在不断的发展。在具体的工程项目中,要根据不同的地质条件、周围环境和施工特点,根据实际情况,选择适合的深基坑类型,将多种支护形式进行有效的融合和利用,从而保证深基坑支护技术在土建施工中的作用。与此同时,与工程实践相结合,应该在地下工程深基坑支护过程中,要注意以下几点:1)重视工艺设计之前的地质勘察工作,并在项目实施过程中,利用信息化施工和动态设计来对其进行控制,避免出现重大的安全事故。2)对于复杂地质条件下的工程,可采用吊脚桩、网状预应力锚索等措施,增强基坑支护结构的稳定;3)采取不同的加固方式,采取不同的技术措施,对围护结构的变形及对周边环境的影响进行了有效的控制。
参考文献:
[1]张幸洪董李辉吴加池.从基坑支护设计源头解决地下工程诸多问题[J].价值工程,2022,41(32):123-126.
[2]黄飞.岩土工程中的深基坑支护设计问题和对策探析[J].信息周刊,2020(10):1.