建筑深基坑開挖中的變形及預(yù)控措施探究

【關(guān)鍵詞】深基坑；變形；控制 

　　所謂“深基坑”，是指為進(jìn)行建筑物（包括構(gòu)筑物）基礎(chǔ)與地下室的施工而開挖的地面以下的空間，其開挖深度一般≥7m。當(dāng)前，隨著我國(guó)高層建筑的如火如荼，建筑向高空及地下發(fā)展的趨勢(shì)越發(fā)普遍，因而深基坑開挖深度越來越深。深基坑在開挖過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、基坑周圍土體變形不可避免，這些變形若超過環(huán)境允許的范圍，就會(huì)引發(fā)安全事故，并給周圍環(huán)境帶來危害，因此，研究深基坑的變形并提出相關(guān)的變形控制措施，意義重大。 

　　1.基坑變形機(jī)理 

　　基坑變形主要表現(xiàn)為三大方面，即支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、坑底隆起及基坑周圍地層位移。由于在開挖基坑時(shí)，圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)原有土壓力被卸去，而基坑外側(cè)受主動(dòng)土壓力作用，開挖面下墻體內(nèi)側(cè)則受全部或部分被動(dòng)土壓力作用，因此往往造成圍護(hù)墻體產(chǎn)生水平向變形及位移。支護(hù)墻的變形及位移又引發(fā)了墻體主動(dòng)土壓力區(qū)及被動(dòng)土壓力區(qū)的土體的位移，墻外側(cè)發(fā)生地層損失而引起地表沉降，而且增大了墻外側(cè)塑性區(qū)，因而造成墻外土體向坑內(nèi)的移動(dòng)增加及相應(yīng)的坑內(nèi)隆起，墻體位移又引發(fā)了周圍地層的移動(dòng)。當(dāng)基坑開挖較深且基坑內(nèi)土質(zhì)軟弱時(shí)，基坑周圍土體塑性區(qū)范圍及塑性流動(dòng)都很大，土體由圍護(hù)墻外圍向坑內(nèi)及坑底移動(dòng)，從而引發(fā)圍護(hù)墻后地表的開裂及沉降。 

　　2.基坑變形的主要影響因素分析 

　　影響深基坑變形的因素較多，較大的因素主要有地質(zhì)水文因素、設(shè)計(jì)因素及施工因素，具體如下：（1）地質(zhì)因素。土體的物理力學(xué)性質(zhì)（如彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角、泊松比、容重、觸變性和流變性等）及水環(huán)境特性（如水位的高度及升降變化規(guī)律，土層的豎向和水平滲透系數(shù)，潛水、承壓水的水質(zhì)水壓及水流流速、流向等）均會(huì)對(duì)基坑變形造成影響，因此在基坑設(shè)計(jì)施工前做好勘察測(cè)驗(yàn)，以掌握基坑所在區(qū)域的地質(zhì)、水文、氣候等條件尤為重要。（2）設(shè)計(jì)因素。有數(shù)據(jù)顯示高達(dá)46%基坑事故源于設(shè)計(jì)的不合理，如基坑的平面尺寸及開挖深度、圍護(hù)墻體的剛度及入土深度、支撐的剛度和道數(shù)、支撐的位置、預(yù)應(yīng)力水平和被動(dòng)區(qū)的土體加固等。（3）施工因素�；�坑開挖的施工方法對(duì)基坑變形的影響很深，如施工中是否嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)的工況、基坑的施工方案、施工質(zhì)量好壞等，都會(huì)直接影響基坑的穩(wěn)定性和安全性。 

　　3.基坑變形控制措施 

　　施工變形控制雖有一定難度，但只要掌握了一定的技術(shù)措施，科學(xué)施工，就能有效預(yù)防各方面因素對(duì)基坑變形的影響，具體如下： 

　　3.1重視勘察設(shè)計(jì) 

　　一是勘察精度及巖土設(shè)計(jì)參數(shù)必須準(zhǔn)確無誤。二是詳細(xì)掌握基坑周邊環(huán)境情況，如建筑和其他相關(guān)設(shè)施以及特殊保護(hù)對(duì)象、地下管線等。三是依照變形控制要求進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、內(nèi)力及變形計(jì)算。四是加強(qiáng)對(duì)變形影響較大的細(xì)部的設(shè)計(jì)，如對(duì)應(yīng)力集中，其受力狀況對(duì)穩(wěn)定和變形均不利的基坑陽角的加固處理；適當(dāng)加大支護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐系統(tǒng)剛度；被動(dòng)區(qū)及樁間土體加固等。 

　　3.2對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度與嵌固深度進(jìn)行適度加大 

　　支護(hù)墻體變形與嵌固深度直接影響著墻后土體變形，在巖土工程條件及基坑開挖深度等相同的情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度越大，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形越小，同時(shí)，墻體所受彎矩增大，但其作用則隨著剛度的增大而越來越弱。 

　　3.3做好樁間土體及被動(dòng)區(qū)土體的加固 

　　若基坑變形較大時(shí)，即便樁間距不大但在側(cè)向土壓力作用下，也可會(huì)造成樁間土體被擠出，進(jìn)而加深變形程度。對(duì)此，可在開挖前用注漿加固，或者在樁與樁之間用磚砌或混凝土封堵。實(shí)踐證明，基坑被動(dòng)區(qū)土體加固是確�；�坑穩(wěn)定性及有效控制基坑變形的重要措施。一般來說，以深層攪拌法最為適宜，加固范圍可結(jié)合基坑地質(zhì)情況、平面尺寸及形狀等加以確定，加固深度以0.5H～0.7H為宜（H為開挖深度），加固寬度以0.5H為宜，加固形狀則可采用矩形狀或者階梯形狀。 

　　3.4對(duì)基坑陽角進(jìn)行加固處理 

　　一般而言，深基坑有陽角難以避免，由于陽角應(yīng)力集中，因此其受力狀況很不利于基坑的穩(wěn)定及變形均，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理，一是設(shè)置對(duì)撐或斜撐，二是設(shè)置拉梁板，施工中往往是將以上種方法進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)用。 

　　3.5做好內(nèi)支撐系統(tǒng)的質(zhì)量控制 

　　混凝土支撐及鋼支撐是深基坑內(nèi)支撐最常采用的平面支撐體系，兩大體系各有優(yōu)點(diǎn)，具體如下：（1）混凝土支撐的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，施工中應(yīng)注意如下幾點(diǎn)，一是混凝土支撐最好整體澆注，如果有必要進(jìn)行分段澆筑時(shí)應(yīng)錯(cuò)開連接斷面，且斷面連接時(shí)應(yīng)鑿毛；二是當(dāng)采用磚砌底模時(shí)最好選用油氈隔離；三是確保支撐撓曲度滿足設(shè)計(jì)要求，并對(duì)支撐梁高差進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般≤30mm，截面尺寸負(fù)偏差<5mm。（2）鋼支撐自重較輕，較容易安裝及拆除，且施工速度快，可重復(fù)利用，更為重要的是該支撐體系能施加預(yù)應(yīng)力，對(duì)控制變形極為有效，一般來說可優(yōu)先采用該支撐體系作為下層支撐。在安裝鋼支撐前應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，禁止使用焊接不良及明顯變形及的鋼管，在沒有設(shè)計(jì)認(rèn)可的情況下不可混用不同壁厚鋼管。此外，鋼支撐對(duì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有較高要求，應(yīng)力求構(gòu)造簡(jiǎn)單，盡量統(tǒng)一節(jié)點(diǎn)形式，最好避免通過節(jié)點(diǎn)受剪傳力。另，拆除鋼支撐會(huì)產(chǎn)生較大的附加變形，因此不應(yīng)將換撐傳力混凝土塊的間距設(shè)計(jì)過大。 

　　3.6嚴(yán)格控制土方開挖過程 

　　土方開挖是造成圍護(hù)墻體變形及墻后地面沉降、基坑底部土體回彈變形的直接源頭，因此控制好土方開挖是預(yù)防基坑變形的關(guān)鍵：（1）依照“分層、分步、對(duì)稱、平衡及開槽支撐、先撐后挖”的原則進(jìn)行開挖及支撐，每層開挖深度應(yīng)<1m。（2）適當(dāng)減少每步開挖土方的空間尺寸及開挖后無支撐暴露時(shí)間（以<24h為宜）。（3）從基坑工程設(shè)計(jì)出發(fā)，結(jié)合基坑規(guī)模、幾何尺寸、支撐形式、開挖深度及地基加固條件等，確定合理的開挖與支撐的施工程序及施工參數(shù)。 

　　4.基坑變形異常的技術(shù)措施 

　　基坑工程事故在一定程度上難以避免，施工過程中，針對(duì)異常變形，可采用如下措施：（1）暫時(shí)停止繼續(xù)進(jìn)行基坑開挖，對(duì)基坑周邊超載情況（包括坑邊搭建的臨時(shí)設(shè)施、堆放的土方和建筑材料，混凝土運(yùn)輸車、土方施工車等）進(jìn)行全面檢查，看是否存在相鄰施工影響，如有，則采取針對(duì)性的卸載措施（包括改變進(jìn)出通道），若條件允許，可結(jié)合坑外挖土卸載減小主動(dòng)區(qū)土壓力。（2）如基坑底土體隆起，可在被動(dòng)區(qū)采用壓力注漿等方式進(jìn)行加固，也可在坑底被動(dòng)區(qū)用砂袋或土袋壓腳。（3）可臨時(shí)增設(shè)支撐，以鋼支撐為宜，可施加軸力，也可設(shè)置豎向斜撐。斜撐設(shè)置以型鋼為宜，且須確保有可靠的傳力基礎(chǔ)，傳力基礎(chǔ)與支護(hù)墻間的水平距離應(yīng)比墻體插入深度要大，在斜撐長(zhǎng)度>15m的情況下設(shè)置立柱，斜撐與平面夾角約25°左右。（4）設(shè)置拉錨，且確保拉錨長(zhǎng)度超過塑性變形區(qū)，用工字鋼與支護(hù)墻體連接錨頭，可施加預(yù)應(yīng)力。 

　　總之，深基坑工程是整個(gè)建筑工程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，基坑變形伴隨著真?zhèn)�施工過程，因而深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)度高、難度大，但我們只要明確清晰地認(rèn)識(shí)基坑變形機(jī)理及影響因素，從工程實(shí)際出發(fā)，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工，就能有效保證深基坑的穩(wěn)定性及安全性。 

　　【參考文獻(xiàn)】 

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