隨著城市建設(shè)的發(fā)展,高層建筑和市政工程大量涌現(xiàn)。1929 年我國在上海建成 14 層的錦江飯店,1934年建成 24 層的國際飯店。但我國高層建筑大規(guī)模發(fā)展還是從 20世紀(jì) 70年代末開始的。在北京、上海、廣州等城市陸續(xù)建造了一大批高層建筑。到目前為止,我國最高的高層建筑為上海金茂大廈,達88層,高 420.5m。我國高層建筑的總數(shù)已達數(shù)千幢。
近年來,我國還興建了大量大型市政設(shè)施,如北京、上海、天津等地的地下鐵道,上海人民廣場的地下變電站及上海合流污水工程等。
高層建筑的建造、大型市政設(shè)施的施工及大量地下空間的開發(fā),必然會有大量的深基坑工程產(chǎn)生。
深基坑工程具有以下特點;
1)建筑趨向高層化,基坑向大深度方向發(fā)展;
2)基坑開挖面積大,長度與寬度有的達數(shù)百米,給支撐系統(tǒng)帶來較大的難度;
3)在軟弱的土層中,基坑開挖會產(chǎn)生較大的位移和沉降,對周圍建筑物、市政設(shè)施和地下管線造成影響;
4)深基坑施工工期長、場地狹窄,降雨、重物堆放等對基坑穩(wěn)定性不利;
5)在相鄰場地的施工中,打樁、降水、挖十及基礎(chǔ)澆注混凝土等工序會相互制約與影響,增加協(xié)調(diào)工作的難度。
以上海為例,常見的地下室為 2~3 層,有的地下室已設(shè)計為5層;幼畲笃矫娉叽缫堰_274m×187m,面積約51000o2,最深達32.0m。
深基坑工程根據(jù)場地條件、施工、開挖方法,可以分為無支護開挖與有支護開挖。
3。支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則與類型
深基坑和淺基坑的界限沒有明確規(guī)定,有認(rèn)為超過 5m 為深基坑,一般認(rèn)為 6m 為深淺基坑的界線較為合適。
本書主要敘述深基坑中的支護結(jié)構(gòu),它包含承受水、土壓力的圍護墻(樁)、支撐(或土層錨桿)、圍檁、防滲帷幕等結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計與施工。
支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則為∶
1)安全可靠∶滿足支護結(jié)構(gòu)本身強度、穩(wěn)定性以及變形的要求,確保周圍環(huán)境的安全;2)經(jīng)濟合理性∶在支護結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下,要從工期、材料、設(shè)備、人工以及環(huán)境保護等方面綜合確定具有明顯技術(shù)經(jīng)濟效果的方案;
3)施工便利并保證工期;在安全可靠經(jīng)濟合理的原則下,最大限度地滿足方便施工(如合理的支撐布置,便于挖土施工),縮短工期。
支護結(jié)構(gòu)通常是作為臨時性結(jié)構(gòu),一俟基礎(chǔ)施工完畢即失去作用。有些支護結(jié)構(gòu)的材料可以重復(fù)利用,如鋼板樁及其工具式支撐。但也有一些支護結(jié)構(gòu)就永久埋在地下,如鋼筋混凝土板樁、灌注樁、水泥土攪拌樁和地下連續(xù)墻等。還有在基礎(chǔ)施工時作為基坑的支護結(jié)構(gòu),施工完畢即為永久結(jié)構(gòu)物的一個組成部分,成為復(fù)合式地下室外墻,如地下連續(xù)墻等。
圍護墻的類型主要有∶
1)深層攪拌水泥土擋墻,將土和水泥強制拌和成水泥土樁,結(jié)硬后成為具有一定強度的整體壁狀擋墻,用于開挖深度3~6m 的基坑;
2)鋼板樁,用槽鋼正反扣搭接組成,或用 U 型和Z型截面的鎖口鋼板樁。用打入法打入土中,完成支擋任務(wù)后,可以回收重復(fù)使用,用于開挖深度3~10m 的基坑;
3)鋼筋混凝土板樁,樁長 6~12m,打至地下后,頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁后,設(shè)置一道支撐或拉錨,用于開挖深度3~6m的基坑;
4)鉆孔灌注樁擋墻,直徑 中600~φ1000mm,樁長 15~30m,組成排樁式擋墻,頂部澆筑鋼筋混凝主圈梁,用于開挖深度為6~13m的基坑;
5)地下連續(xù)墻,在地下成槽后,澆筑混凝土,建造具有較高強度的鋼筋混凝土擋墻,用于開挖深度達 10m 以上的基坑或施工條件較困難的情況。
4.目前支護結(jié)構(gòu)設(shè)計施工中的一些問題
國內(nèi)外大量工程實踐的經(jīng)驗表明,許多工程的最危險階段不一定是在正常使用階段,而是在建造階段和老化階段。對許多工程事故常常發(fā)生在施工階段而言,其原因除了施工質(zhì)量沒有保證、施工方法發(fā)生了不合理的改變、人為錯誤等原因外,重要原因之一是由于對環(huán)境、地質(zhì)、荷載等因素認(rèn)識不足而導(dǎo)致設(shè)計和施工中的某種失誤和疏忽所致。
深基坑支護設(shè)計與施工是一項系統(tǒng)工程,必須具有結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、地基基礎(chǔ)、地基處理、原位測試等多種學(xué)科知識,同時要有豐富的施工經(jīng)驗,并結(jié)合擬建場地的土質(zhì)和周圍環(huán)境情況,才能制定出因地制宜的支護結(jié)構(gòu)方案和實施辦法。
近幾年來,高層建筑與市政建設(shè)處于大發(fā)展時期,由于設(shè)計與施工隊伍對當(dāng)?shù)氐纳罨邮┕ぬ攸c不夠熟悉,因而發(fā)生了一些事故。為避免這些事故的發(fā)生,應(yīng)從如下幾方面進行總結(jié),并改進這些方面的工作。
(1) 設(shè)計方面 設(shè)計時首先對地質(zhì)資料(包括流砂、暗洶、洞穴、承壓水層等)了解清楚,査明周圍各種地下管線、建筑物或構(gòu)筑物的使用要求。
如對上海粉質(zhì)土及粉砂土尤應(yīng)注意流砂問題。如有一工程,基坑深度不過10m,鉆孔樁,800m,長22〜25m,墻后寬1.7m、長17m的水泥土攪拌樁,由于地質(zhì)條件差,地下4〜10m多為砂質(zhì)粉土,而且地下有老的防空洞,以致有的鉆孔樁鉆不到設(shè)計標(biāo)高而造成隱患。
在施工過程中發(fā)生嚴(yán)重流砂現(xiàn)象,影響周圍民房,產(chǎn)生很大裂縫。后采取髙壓注漿、旋噴樁、灌黃砂和千水泥等措施,并加快施工進度得以解決。
根據(jù)基坑的開挖深度選擇合適的圍護結(jié)構(gòu)與支撐系統(tǒng)?觾(nèi)土體加固后,無疑能提高土體的水平基床系數(shù)和基坑的穩(wěn)定性以及減少圍護結(jié)構(gòu)的位移和彎矩。支撐類型除了慣用的井字形加角撐的形式以外,還可采用圓形、橢圓形鋼筋混凝土環(huán)梁封閉式框架支撐結(jié)構(gòu).
目前對深大基坑支撐體系的材料常釆用鋼筋混凝土,由于在拆除時需要爆破,使用受到限制。因此,對深大基坑,有用鋼結(jié)構(gòu)逐步取而代之的趨勢。
(2) 施工方面 在施工中發(fā)生事故的原因大致是:施工質(zhì)量問題:超挖問題;施工管理問題等等。
支撐結(jié)構(gòu)不合理,施工質(zhì)量差,如鋼管支撐支點數(shù)量少,聯(lián)接不牢固;有的鋼管與斜撐、支津焊接質(zhì)量不好,經(jīng)常發(fā)生焊縫拉裂;有的鋼管使用多年,壁厚變薄,結(jié)果部分鋼
管變形大,節(jié)點遭破壞,而后整體破壞。
超挖是基坑施工中的“大敵“,有些工程沒有做到先撐后挖,而是一挖到底、先挖后撐的不良施工方法,往往會發(fā)生險情甚至事故•
掄土前兩周,要進行坑內(nèi)降水以保證坑內(nèi)的良好施工條件.當(dāng)坑內(nèi)開挖不降水,由于開挖坡度較陡和挖土振動的影響,土的強度有所降低,土體將發(fā)生滑動,導(dǎo)致圍護墻傾斜,
工程樁位移,甚至樁身斷裂。
現(xiàn)場施工管理,目前往往是工程總包一家,支撐系統(tǒng)一家,開挖土方另一家,三家如何協(xié)調(diào),稍有疏忽就會出事。不能做到先撐后挖,而是超挖或支撐跟不上,往往與上述管理體制有關(guān)系。管理上的層層分包、多層分包,更容易發(fā)生偷工減科而引起事故.
(3)監(jiān)測方面深基坑施工中的監(jiān)測工作是指導(dǎo)施工、避免事故發(fā)生的必要措施,也是進行信息化施工的手段;監(jiān)測也是檢驗設(shè)計理論的正確性和發(fā)展設(shè)計理論的重要依據(jù),近年來,有的深基坑工程為了節(jié)約而不安排監(jiān)測,或減少監(jiān)測費用:有的工程對測試數(shù)據(jù)不認(rèn)真分析,或者分析水平不高。因而造成各種大大小小的事故和不應(yīng)有的損失.