以下主要以地鐵車站基坑為主簡(jiǎn)要介紹明挖基(槽)坑的土方開挖及護(hù)坡技術(shù)。
一、基槽坑土方開挖
(1)基本規(guī)定如下:
1)基坑開挖應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降水排水要求,確定開挖方案。
2)基坑周圍地面應(yīng)設(shè)排水溝,且應(yīng)避免雨水、滲水等流入坑內(nèi);同時(shí),基坑內(nèi)也應(yīng)設(shè)置必要的排水設(shè)施,保證開挖時(shí)及時(shí)排出雨水。放坡開挖時(shí),應(yīng)對(duì)坡頂、坡面、坡腳采取降排水措施。當(dāng)采取基坑內(nèi)、外降水措施時(shí),應(yīng)按要求降水后方可開挖土方;
3)軟土基坑必須分層、分塊、對(duì)稱、均衡地開挖,分塊開挖后必須及時(shí)施工支撐。對(duì)于有預(yù)應(yīng)力要求的鋼支撐或錨桿,還必須按設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。當(dāng)基坑開挖面上方的支撐、錨桿和土釘未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),嚴(yán)禁向下超挖土方。
4)基坑開挖過程中,必須采取措施防止開挖機(jī)械等碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、格構(gòu)柱、降水井點(diǎn)或擾動(dòng)基底原狀土。
5)當(dāng)開挖揭露的實(shí)際土層性狀或地下水情況與設(shè)計(jì)依據(jù)的勘察資料明顯不符,或出現(xiàn)異?,F(xiàn)象、不明物體時(shí),應(yīng)停止開挖,在采取相應(yīng)措施后方可開挖。
(2)發(fā)生下列異常情況時(shí),應(yīng)立即停止挖土,并應(yīng)立即查清原因和及時(shí)采取措施后,方能繼續(xù)挖土:
1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的位移限值或位移速率持續(xù)增長(zhǎng)且不收斂。
2)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力超過其設(shè)計(jì)值或突然增大。
3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)或止水帷幕出現(xiàn)滲漏,或基坑出現(xiàn)流土、管涌現(xiàn)象。
4)開挖暴露出的基底出現(xiàn)明顯異常(包括黏性土?xí)r強(qiáng)度明顯偏低或砂性土層水位過高造成開挖施工困難)。
5)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常聲響。
6)邊坡或支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)征兆。
7)基坑周邊建(構(gòu))筑物變形過大或已經(jīng)開裂。
二、基坑的變形控制
(一)基坑變形特征
1.土地變形
基坑開挖時(shí),由于坑內(nèi)開挖卸荷造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)外壓力差作用下產(chǎn)生水平向位移,進(jìn)而引起圍護(hù)外側(cè)土體的變形,造成基坑外土體或建(構(gòu))筑物沉降;同時(shí),開挖卸荷也會(huì)引起坑底土體隆起??梢哉J(rèn)為,基坑周圍地層移動(dòng)主要是由圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移和坑底土體隆起造成的。
2.圍護(hù)墻體水平變形
當(dāng)基坑開挖較淺,還未設(shè)支撐時(shí),不論對(duì)剛性墻體(如水泥土攪拌樁墻、旋噴樁墻等)還是柔性墻體(如鋼板樁、地下連續(xù)墻等),均表現(xiàn)為墻頂位移最大,向基坑方向水平位移,呈三角形分布。隨著基坑開挖深度的增加,剛性墻體繼續(xù)表現(xiàn)為向基坑內(nèi)的三角影水平位移或平行剛體位移;而一般柔性墻如果設(shè)支撐,則表現(xiàn)為墻頂位移不變或逐漸向基坑外移動(dòng),墻體腹部向基坑內(nèi)凸出。
3.圍護(hù)墻體豎向變位
在實(shí)際工程中,墻體豎向變位量測(cè)往往被忽視,事實(shí)上由于基坑開挖土體自重應(yīng)力的釋放,致使墻體產(chǎn)生豎向變位:上移或沉降。墻體的豎向變位給基坑的穩(wěn)定、地表沉降以及墻體自身的穩(wěn)定性均帶來極大的危害。特別是對(duì)于飽和的極為軟弱地層中的基坑工程,當(dāng)圍護(hù)墻底下因清孔不凈有沉渣時(shí),圍護(hù)墻在開挖中會(huì)下沉,地面也隨之下沉;另外,當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)下方有頂管和盾構(gòu)穿越時(shí),也會(huì)引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)突然沉降。
4.基坑底部的隆起
隨著基坑的開挖卸載,基坑底出現(xiàn)隆起是必然的,但過大的坑底隆起往往是基坑險(xiǎn)情的征兆。過大的坑底隆起可能是兩種原因造成的:(1)基坑底不透水土層由于其自重不能夠承受下方承壓水水頭壓力而產(chǎn)生突然性隆起;(2)基坑由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入坑底土層深度不足而產(chǎn)生坑內(nèi)土體隆起破壞?;拥淄馏w的過大隆起可能會(huì)造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。另
外,由于坑底隆起會(huì)造成立柱隆起,進(jìn)一步造成支撐向上彎曲,可能引起支撐體系失穩(wěn)。因此,基坑底土體的過大隆起是施工時(shí)應(yīng)該盡量避免的。但由于基坑一直處于開挖過程,直接監(jiān)測(cè)坑底土體隆起較為困難,一般通過監(jiān)測(cè)立柱變形來反映基坑底土體隆起情況。
5.地表沉降
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形及坑底土體隆起會(huì)造成地表沉降,引起基坑周邊建(構(gòu))筑物變形。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),基坑圍護(hù)呈懸臂狀態(tài)時(shí),較大的地表沉降出現(xiàn)在墻體旁;施加支撐后,地表沉降的最大值會(huì)漸漸遠(yuǎn)離圍護(hù)結(jié)構(gòu),位于距離圍護(hù)墻一定距離的位置上。
(二)基坑的變形控制
(1)當(dāng)基坑鄰近建(構(gòu))筑物時(shí),必須控制基坑的變形以保證鄰近建(構(gòu))筑物的安全。
(2)控制基坑變形的主要方法有:
1)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐的剛度。
2)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的人土深度。
3)加固基坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)土體。加固方法有抽條加固、裙邊加固及二者相結(jié)合的形式。
4)減小每次開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)處土體的尺寸和開挖支撐時(shí)間,這一點(diǎn)在軟土地區(qū)施工時(shí)尤其有效。例如,上地地鐵就要求在地鐵車站基坑開挖時(shí),按設(shè)計(jì)要求分段開挖和澆筑底板,每段開挖中又分層、分小段,并限時(shí)完成每小段的開挖和支撐,具體見圖1K413023 。
5)通過調(diào)整圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度和降水井布置來控制降水對(duì)環(huán)境變形的影響。
(三)坑底穩(wěn)定控制
(1)保證深基坑坑底穩(wěn)定的方法有加深圍護(hù)結(jié)構(gòu)人土深度、坑底土體加固、坑內(nèi)井點(diǎn)降水等措施。
(2)適時(shí)施作底板結(jié)構(gòu)。
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