摘 要:通過對(duì)廣州市軌道交通十三號(hào)線九標(biāo)土建工程明挖區(qū)間土方開挖階段基坑可能存在破壞或失效情況進(jìn)行剖析,進(jìn)而分析引起這些情況發(fā)生的關(guān)鍵性因素,并提出相應(yīng)的施工控制措施以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。 
關(guān)鍵詞:深基坑;失穩(wěn);溫度應(yīng)力;影響因素 
  1工程概況 
 、艊o(hù)結(jié)構(gòu)形式 
  廣州市軌道交通十三號(hào)線九標(biāo)土建工程明挖區(qū)間基坑長(zhǎng)約627.627m,寬度為7.44~28.26m,深度為12~21m。為明挖暗埋的一層框架結(jié)構(gòu);訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用800/1000mm厚地下連續(xù)墻,連續(xù)墻深度13.5~27.5m,嵌固深度按照不同地質(zhì)條件分為5m、6m、8m,連續(xù)墻采用的內(nèi)支撐部分為鋼筋混凝土支撐、部分為鋼支撐,以圍護(hù)地下連續(xù)墻穩(wěn)定和安全,第一道支撐支頂在連續(xù)墻頂冠梁上,其余支撐支頂在鋼筋混凝土圍檁上。 
 、乒こ痰刭|(zhì)概況 
  本區(qū)間地質(zhì)為海陸交互相淤泥、淤泥質(zhì)土層<2-1>及河湖相淤泥質(zhì)土<4-2B>,主要分布于本次勘察區(qū)間的后半段,軟土層厚度較大。淤泥、淤泥質(zhì)土層<2-1>、<4-2B>呈流塑~軟塑狀,并具有含水量特高、透水性差、壓縮性高、高靈敏性、抗剪強(qiáng)度低、承載力低等特征,當(dāng)發(fā)生地震或受其他震動(dòng)力的影響時(shí),土層結(jié)構(gòu)容易受到破壞,使土的抗剪強(qiáng)度低、承載力大大降低,造成土體下餡或土體的變形,并引起建筑物的下餡。 
  混合花崗巖、混合巖風(fēng)化殘積土層<5Z>、全風(fēng)化花崗巖<6Z>,具有孔隙度大,浸水容易軟化、崩解、潰散的特性。這種特性對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、土方開挖有很大的影響。 
  2基坑支護(hù)工程在基坑開挖階段可能存在的破壞或失效情況 
  基坑工程在設(shè)計(jì)的過程中就會(huì)綜合考慮各種可能的影響因素,確保其最終能夠使得支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠發(fā)揮其功能性作用,避免基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)功能性失效或者結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的情況,在這里我們討論下基坑發(fā)生破壞或失效的幾種情況: 
 、呕诱w失穩(wěn):在這種情況下土體中形成了一個(gè)滑動(dòng)面,基坑外部土體、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與基坑底部土體作用形成一個(gè)整體一齊喪失穩(wěn)定性。因此,支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后的變形狀態(tài)是支護(hù)結(jié)構(gòu)的底部向坑內(nèi)移動(dòng),上部向坑外傾倒,基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)之外的土體下沉,基坑底部的土體向上隆起。 
 、苹拥撞柯∑穑 在這種情況下表現(xiàn)在基坑底部在土壓力作用下發(fā)生向上的豎向變形;拥撞砍霈F(xiàn)土體隆起的原因主要有兩種:一是由于基坑開挖后支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)產(chǎn)生了土壓力差,其結(jié)果就是基坑底部產(chǎn)生土體塑性流動(dòng)變形,通常情況下此類變形較大,說明土體中塑性流動(dòng)情況嚴(yán)重,已經(jīng)可能影響到基坑的安全性;二是由于土體的卸載所帶來的土體回彈,這種情況下回彈變化的數(shù)值較小,一般來說不會(huì)影響到基坑安全。 
  ⑶基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)滑移失穩(wěn):在這種情況下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受到主動(dòng)土壓力作用向著基坑內(nèi)部發(fā)生平移。而抵抗這樣的滑移需要靠基坑內(nèi)部的被動(dòng)土壓力來支護(hù)結(jié)構(gòu)底面的摩擦力與支護(hù)結(jié)構(gòu)底面的摩擦力使結(jié)構(gòu)不發(fā)生失穩(wěn)。針對(duì)本工程中基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)底部的以混合花崗巖、混合巖風(fēng)化殘積土層<5Z>、全風(fēng)化花崗巖<6Z>居多,地基土很容易軟化、崩解、潰散,使得基坑底部土質(zhì)變得軟弱,則出現(xiàn)滑移失穩(wěn)的概率將增大。 
  ⑷基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)底部地基承載力失穩(wěn):該情況是指支護(hù)結(jié)構(gòu)其本身自重較大,結(jié)構(gòu)底面壓力過大,致使支撐該支護(hù)結(jié)構(gòu)的地基承載力不足,進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。 
 、商吣_失穩(wěn):該情況是指基坑設(shè)置支撐情況不合理,使得圍護(hù)樁繞著支撐點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果支撐架設(shè)的位置較高,則支護(hù)結(jié)構(gòu)上部將會(huì)向基坑外側(cè)發(fā)生位移,而支護(hù)結(jié)構(gòu)的下部向基坑內(nèi)部發(fā)生位移,最終圍護(hù)結(jié)構(gòu)下部向另一側(cè)上翻,上部向一側(cè)傾倒,這種情況即為踢腳失穩(wěn)。 
 、手ёo(hù)結(jié)構(gòu)的坑底滲透變形破壞或者止水帷幕功能喪失:該情況是指基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的止水帷幕不能起到擋水的作用,使得基坑有滲透、涌水、流土或流沙情況,其結(jié)果將導(dǎo)致基坑部分水土流失,在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)墻外側(cè)地面會(huì)發(fā)生下沉甚至塌陷,情況嚴(yán)重的將會(huì)連帶臨近的構(gòu)建筑物發(fā)生結(jié)構(gòu)傾斜或者開裂損壞。針對(duì)本工程實(shí)際情況來說,若出現(xiàn)該種情況主要是由于地下連續(xù)墻施工不當(dāng)以及樁間止水施工不到位所造成的,當(dāng)然,不排除設(shè)計(jì)不當(dāng)和原材料不合格所造成的。 
 、嘶又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞:該情況是指支護(hù)結(jié)構(gòu)其本身出現(xiàn)裂縫、受剪折斷或者受壓屈服破壞,導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)喪失承載功能。 
  3深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力影響因素分析 
  ⑴ 周邊荷載影響 
  該工程基坑邊至圍蔽距離為6~8m的距離,特殊地理位置使得施工便道離基坑較近,在施工階段主要有吊車、商品混凝土運(yùn)輸車等大型機(jī)械設(shè)備在周邊作業(yè),還有一些待轉(zhuǎn)運(yùn)至基坑臨時(shí)存放的施工材料。施工便道離基坑較近這一現(xiàn)狀使得周邊荷載成為支護(hù)結(jié)構(gòu)受力影響的重要因素之一。而大型機(jī)械荷載和周邊堆載并不直接作用于基坑支護(hù)而是將自身重力(或在使用過程中產(chǎn)生的超重,如吊車在吊土的過程中產(chǎn)生的力)傳遞給基坑墻后的土體,增加土體的壓力,從而產(chǎn)生對(duì)圍護(hù)墻的側(cè)壓力[1]。 
 、仆翂毫τ绊 
  土壓力是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)土自身重力或外荷載作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的側(cè)向壓力,如何計(jì)算土壓力是一個(gè)復(fù)雜的問題,它隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)可能位移方向、大小及填土所處的狀態(tài)分為靜止土壓力、被動(dòng)土壓力和主動(dòng)土壓力。一般情況下除靜止土壓力這一特殊情況可以簡(jiǎn)單計(jì)算出來外,其它情況均無法簡(jiǎn)單計(jì)算出來,只能根據(jù)墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)這一設(shè)想來計(jì)算。對(duì)于地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu),作用在其上的土壓力與土質(zhì)情況、墻體的位移變形、墻與土之間的摩擦特性、空間和時(shí)間效應(yīng)有關(guān)[2]。 
  為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力分布大小及規(guī)律,將影響土壓力計(jì)算的要素細(xì)分,如在深基坑開挖階段造成的坑底以及周圍土體回彈使得這部分土體的密度指標(biāo)和孔隙比發(fā)生變化;深基坑內(nèi)降水會(huì)改變土體飽和度和含水率的降低及軟硬物理狀態(tài);或因意外的水體作用或局部漏水導(dǎo)致土體浸潤(rùn)濕化而誘發(fā)黏性土微結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等微觀結(jié)構(gòu)特性產(chǎn)生變化。因此,開挖過程中也要重視基坑開挖對(duì)土體物理性質(zhì)的影響。   
       ⑶溫度應(yīng)力影響 
  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由于受到自然環(huán)境中各種溫度變化的影響.結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生溫度變形。這種變形受到約束時(shí)就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在工程中考慮溫度變形的影響往往不可忽略混凝土的收縮和徐變。當(dāng)溫度應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時(shí),結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀裂紋將會(huì)發(fā)展成為宏觀裂縫。此外,混凝土的收縮和徐變也會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度改變產(chǎn)生的內(nèi)力的大小與建筑物所處的地理位置、地形地貌條件、結(jié)構(gòu)物的方位、朝向及所處的季節(jié)、太陽輻射強(qiáng)度、氣溫變化、云、霧、雨、雪有關(guān)。 
 、人畨毫τ绊 
  基坑施工時(shí),在基坑四周設(shè)置止水帷幕,因基坑內(nèi)降水,將形成支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外水位差,如果止水帷幕效果好一般會(huì)出現(xiàn)水位外高內(nèi)低的情況,從而形成對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力,如果采用水、土壓力分算原則時(shí),需要計(jì)算作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水壓力,當(dāng)無地下水滲流或不考慮地下滲流時(shí),作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力,可以根據(jù)基坑內(nèi)外的水位分別按靜水壓力計(jì)算[3]。 
  4基坑開挖過程中控制措施 
  ⑴嚴(yán)格控制周邊荷載,杜絕野蠻施工 
  本工程在施工過程中由于場(chǎng)地條件的限制,使得重型機(jī)械堆載及周邊原材料的堆載成為威脅基坑安全的一個(gè)重要因素。因此,作為施工方在施工過程中選擇施工工藝應(yīng)當(dāng)充分考慮周邊荷載的影響,將其作為選擇施工工藝的參考條件,做到從源頭控制。 
 、萍訌(qiáng)施工組織管理,合理安排工序 
  在深基坑開挖過程中,合理的施工組織顯得尤為重要,應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則,本工程是一段狹長(zhǎng)的基坑,在開挖的過程中應(yīng)當(dāng)控制開挖的長(zhǎng)度及深度,當(dāng)開挖到一定的程度,使得支撐的施工有足夠的工作面后應(yīng)當(dāng)立即加大人力、物力的投入做到及時(shí)支撐,避免應(yīng)雨水的浸泡使得基坑內(nèi)部的土壓力降低,從而導(dǎo)致基坑內(nèi)外土壓力不平衡。 
  ⑶加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè),做到信息及時(shí)反饋 
  深基坑施工監(jiān)測(cè)是基坑工程施工中重要的一個(gè)環(huán)節(jié),主要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有土壓力、支撐軸力、樁頂水平位移、水位、土體測(cè)斜等。在實(shí)施施工監(jiān)測(cè)過程中應(yīng)當(dāng)設(shè)置專門的監(jiān)測(cè)小組,保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)、可靠,以便如實(shí)的反映基坑受力情況,還應(yīng)當(dāng)建立數(shù)據(jù)反饋渠道,保持信息的暢通,以便在出現(xiàn)事故征兆時(shí)能夠及時(shí)補(bǔ)救,做到防微杜漸。 
  結(jié)語: 
  從以上分析我們可以看到基坑安全受到多方面因素的制約,周邊荷載、水、土壓力、溫度應(yīng)力等因素都是在施工過程中應(yīng)當(dāng)考慮的,隨著社會(huì)的發(fā)展,深基坑工程也將越來越多,切實(shí)做好這四個(gè)因素的控制將會(huì)對(duì)以后的深基坑工程施工水平的提高起到很大的推動(dòng)作用。 
  參考文獻(xiàn): 
  [1]趙勇、鄧慶珊.淺析重型機(jī)械堆載對(duì)軟土地區(qū)深基坑開挖引起變形的不利影響[J].建材發(fā)展導(dǎo)向.2011:455~456 
  [2]陳敬.地鐵深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析[D].西南交通大學(xué),2011 
  [3]任紅濤.止水帷幕對(duì)基坑滲流場(chǎng)影響分析[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2006