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基坑工程的若干问题解决方式!

325 2021-09-08 16:49:00

1.土水压力的计算

1.1 经典土压力理论的应用

改革开放后的十多年间,我国科技界对基坑工程土压力作了大量的试验与研究,目前的情况如是; 像上海、天津等地的软土地基中,经典土压力理论的计算结果比较符合实际;像北京等地的非饱和土, 土压力计算也还是应用经典土压力理论和常规试验方法测定的强度指标,但计算结果与实际出入往往很大,对地下水位深、含水量低的土体,显得过分保守。有的工程锚杆松弛不起作用。而坑壁完好, 支护桩内钢筋应力实测值很小。说明有很大的潜力。而一日遇调水,强度迅速降低,甚至发生倒塌事故。北京地区预应力锚杆的设计通常对设计弯矩按 0.65~0. 8 系统折减后再设计桩的直径和配筋。

1.2 水土压力的分算与合算

目前,我国的专家对透水性强的砂土和碎石土按水土压力分算,基本上达成共识,而对透水性弱的粉土和粘性土的水土压力问题,认识还远不够。

从土的有效应力理论出发,水土分算的根据比较充分,但实际操作困难比较大。因为水土分算时要采用土的有效强度指标c'. d,而测定这两个指标难度比较大,一般勘察单位难以提供,即便提供,也未必可靠。水土合算在理论上存在缺陷,但实施比较容易,加上一定的经验修正,较接近实际情况。 

1.3 土的强度参数取值的试验方法

由于土的强度参数取值不能准确、全面反映实际土性,从而影响土压力计算的正确性。同一个参数,不同的试验仪器(三轴或直剪)与试验方法得到不同的结果,其数值相差很大。而且,土的强度在施工期间实际上是变化的,不一定是一个值,试验方法原则上尽可能与现场实际受力情况及排水条件一致。

因此,试验方法应考虑基坑降水与否。当基坑降水时,对粘性土就是排水固结过程,试验方法应采用固结排水(CD)或固结不排水剪(CU),但对淤泥质土,由于处于饱和状态,不能排水固结。则官采用三轴不排水前 (UU)。当基坑不降水时。官采用三轴不书排水剪。从 小力路径考点。对粘性土。特别是老粘性土,才论降水与否,宜用CU 试验,对淤泥质土官用UU试验,对粘质粉土、粉质粘土、粉土宜用CU 或 CD试验。重要工程不官采用直剪试验。

另外,土的强度参数测定方法应当与土压 力计算方法相配套。

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总之,每一种土压力理论的简化假设,使它具有一定的局限性,不能概括土的全部复杂性质;同时,尽管计算技术比较先进,而强度参数的测定精度大大限制了计算结果准确程度。

2 理论计算与经验修正

由于土力学发展水平所限,土体的有些性质尚难以用定量的方法表达,并且在研究运用中对土的性质又作了许多过分简化的假设,所以,计算结果未必可靠,必须应用工程经验进行修正。

我们注意到,软土地区基坑开挖时空效应十分重要,及时支撑可事半功倍,不及时支撑可造成灾难。而对软土强度随时间变化的流变性质,理论研究尚未成熟,试验方法尚不完善,应用于工程还刚刚开始,更需要工程经验的积累。

如有些硬粘土、粘土岩和页岩,天然条件下具有很高的强度,伯开挖暴露后。经浸水软化、风化,强度降低,微裂缝张开崩解,坑壁一层一层剥落坍塌,暴露时间越长,发展越严重。对于这类岩土, 目前也只能依靠经验,加强施工措施。而定量计算无用武之地。

卵石的抗剪强度很高,但准确计算也有困难, 首先是强度指标无法测定,只能估计;其次,卵石颗粒咬合越密实, 咬合作用就越明显。这与土力学中的"内摩擦"不完全一样,密实的卵石可以直立,说明其"粘聚力"的存在。成都市的一个17.5m 深的基坑,采用φ1200@2500mm 的钢筋混凝土桩悬臂支护,桩长21.0m,嵌固长度不足 4. 00m,但是,基坑开挖过程中,测得桩内

钢筋拉力值不足设计值的 1/6。

以上可见,计算结果不可靠的原因是多方面的。首先是计算参数的不确定,不仅离散性大,而且其数值与测试方法关系很大;其次是土力学的理论尚不完善,如软土流变性质、非饱和土强度、某些饱和土的流动性、老粘性土的失水崩解、地下水的渗透破坏等,至今对这些问题的认识还很不够,甚至有的问题很难计算。所以,基坑工程的设计者。不仅应有比较深厚的岩十力学理论基础,

对参数的选定。公式的适用条件。不同十的特殊性质。地下水的作用,岩十和支护结构的相互关系等等有深刻的了解;而目,要有丰富的工程实践经验,善于处理各种复杂问题。

因此,可以说深基坑工程,至今还是经验和理论各半,不能完全靠经验,但也不能完全按理论计算。

3 地下水控制

从调查到的 130 余起基坑工程事故,我们可以看出,大部分事故与地下水有关,所以,正确认识各种十体的渗透规律、科学设计止水结构以及确保隔渗效果是地下水治理的主要矛盾。

首先,准确计算各层十的渗透系数是—个难题。下层滞水所在的杂填土很不均匀,渗透系数变化极大,且与地下管道的位置和泄漏程度密切相连。 有许多事故发生在近坑管道破裂之时。潜水层在地层分布不均匀或夹花层较薄的情况下,要取得该层的渗透系数也相当困难。

其次,地下水的渗透破坏常常可以酿成灾难性后果,其表现,一是坑底的管涌,开始时只有少数较小的几个冒水点,逐渐扩大,造成整个坑底的破坏。另一种表现在坑壁的流砂流土,由于截水没有做好,在动水压力的作用下,坑壁水土大量流失,造成基坑邻近地面塌陷,危及四周。还有--种"层面管涌",发生在透水层和粘性土层的界面上。

对浅部的地下水,包括潜水和上层滞水,如含水层底面高于开挖面,则通用的井点或深井是不能达到降水目的的,是疏不干的,井里的水一抽就干,不抽又有,开挖时照常有水,其实,这已不是降低水位而是整个含水层的疏于问题。还有些粉土,性质很特殊,井点、深井抽不出水来,开挖时发生流砂。

另外,像武汉承压水层随深度变化规则的地区,水力坡降在近基坑处特别大,坑底流线几乎直上直下,隔水底板需要很厚,止水帷幕需一直延伸到较不透水的风化岩层内,方能显著隔渗,坑内降水。

所以,止水结构的设计,要根据具体的地质与水文条件,参考常规方法,采取行之有效的专门措施。

止水结构的隔渗质量十分重要,但是,支护结构的变形又是止水结构破坏的罪魁祸首。

4 基坑工程的时空效应

这是基坑工程的重要特征,其平面形状,开挖深度,周围环境与荷载条件,暴露时间长短,都对其受力与变形有重要影响,尤其在软土地区由于开挖和降水会引起土中水的改变,土骨架又具有蠕变特征,因此应当考虑其空间受力状态和随时间而改变的应力与变形状态,这种时空效应理论,目前已引起专家们广泛重视,但在设计和施工中如何运用还有待于进一步的完善和发展。

5 基坑的变形控制

这既是时空效应一个重要内容,也是基坑工程中引人关注的重大问题,其变形包括相邻基坑附近地区由于基坑的开挖和降水,引起地面下沉变形,同时也包括基础支护结构本身的向基坑内倾变形等问题。

前者目前估算的方法有经验法、试验法及数值分析法,都有待于进一步完善。后者则除一般估算外,主要通过信息化施工,进行现场监测掌握、控制支护结构的变形量。

6 指导基坑工程技术标准制订的现状

由于基坑工程的重要性和特殊性,这些年工程数量剧增,但国家还没有专门指导这方面工作的建筑工程技术标准。最近4~5年间,经过各地专家的努力,已编制 10 多个行业性或地方性有关基坑工程的技术标准,例如《建筑基坑工程技术规范》(冶金部已颁布)、《建筑基坑支护工程技术规程》(建设部行业标准)、《土层锚 杆设计施工规范》(冶金部标准)、《基坑土钉支护技术规程》(推荐性标准)此外还有上海、广东、深圳、武汉等地编制的地方性基坑工程技术标准,近年来都相继颁布执行,这对改善基坑工程的设计、施工,降水与监测等方面都有很大作用,是提高我国基坑工程技术水平的一项重大技术和法规建设。

7基坑工程的事故严重

近些年来,我国的许多城市或地区,相继发生了多起基坑工程事故。作者共调查、收集了160 余起,其中大多数为深基坑工程事故,占深基坑工程总量的 10%以上,高地下水位软土地区可达 30%。基坑工程事故后果严重,有的直接经济损失达数百万元甚至数千万元,造成人员伤亡、延误工期、追加造价以及影响周围居民正常生活等负面效应,加大了投资方的负担,给社会造成不良影响。应当提倡基坑工程也应精心勘察、精心设计、精心施工和精心监理。