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基坑开挖的信息化施工技术

307 2021-08-16 10:10:33

信息化施工技术是运用系统工程于施工的一种现代化施工管理方法,它包括信息采集→信息分析处理→信息反馈→控制与决策(调整设计与施工方案及采取相应措施)。

实践证明,采用信息化施工的基坑工程,即使出现临时问题,由于监测预报及时,均未造成事故。如广州华侨大厦基础深11 m,地处珠江边,基坑支护采用地下连续墙加锚杆方案。

锚杆施工完第一层后,根据信息反馈,进一步审核原设计,决定第二层锚杆可减少1/3,节约经费 20 万元,并加快了施工进度。北京北纬饭店新楼,基础深 11.4 m,比老楼基础深 7~ 8m,护坡桩离老楼外墙最近处只有 80 cm,为确保老楼的安全和正常营业,采用信息施工,严格监测支护结构的位移及内力变化情况。该工程支护结构设计用必600 钢筋混凝土柱,桩距 1.1m,桩顶圈梁作锚杆腰梁,锚杆间距 2.2 m。在施工时根据工程进度随时观测,以便根据监测数据采取必要措施,确保施工安全。经实测支护结构最大位移只有 4.3 mm,比设计要求位移小得多,取得了比较满意的效果。

一、信息化施工技术

仅以锚桩支护结构体系为例加以说明。

 1.信息采集

信息采集系统是通过设置于锚桩支护结构体系及与其相互作用的土体和相邻建筑物中(或周围环境)的监测系统进行工作的,以便获取如下信息;

①支护结构的变形;

②支护结构的内力;

③土体变形;

④土体与支护结构接触压力;

⑤锚杆变形与应力;

⑥相邻建筑变形。

信息采集系统包括质量控制系统和监测系统两部分。对锚杆的质量控制主要通过材料试验与现场张拉试验,抗拔试验等。

监测项目有∶

①变形监测;

②支护结构应力监测;

③锚杆浆体应变观测;

④土压力监测;

⑤水位及孔隙水压力监测;

⑥环境(气象、水文、振动)监测。

信息采集应根据施工开挖进度情况,确定每一观测项目的信息采集时间、密度与周期,还应注意各项目信息采集的同步,以便于资料对比分析。

2.信息处理与反馈

采集到的信息数据应及时进行初步整理,并清绘各种测试曲线以便随时分析与掌握支护结构的工作状态,对测试失误原因进行分析,及时改进与修正。

信息的反馈主要通过计算机,输入初步整理的数据,用预测程序进行系统分析。根据处理过的信息,定期发布监测简报,若发现异常现象预示潜在危险时应发布应急预报,并应迅速通报设计施工部门进行研究,对出现的各种情况作出决策,采取有效的措施,并不断完善与优化下一步设计与施工。

信息化施工技术框图见图 10-7 所示。 

3.信息施工技术内容

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其内容可归纳为以下几点;①对支护结构体系设计方案全过程进行反演和过程优化;②预测各因素对支护体系的影响及其权重和后果分析;③做出施工方案可行性和可靠性评估;①随施工过程做出风险评估和失控分析;⑤提供决策依据,并提出采取的措施。

二、信息化施工工程实例

广州华侨大厦扩建工程最大开挖深度—11.5 m,大部分由钢筋混凝土地下连续墙和两道预应力锚杆(—3.5 mn,--7.5 m)组成,如图 10-8 所示。墙底与锚杆锚固段均进入风化泥

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岩。现场距珠江 70 m,地下水位一2.0 m,与珠江有水利联系。边坡土质为淤泥质粘性土和含粘土中粗砂,其下为风化程度不同的泥岩,不仅增加施工难度,而日面临三个主要问题;①根据结构设计要求,地下连续墙将作为地下两层结构的外墙部分,控制 1/200 以内倾斜度,墙顶水平位移≤±3.0 cm;②基坑周围相邻建筑密集,其中北面的旧九,层华侨大厦最近,距离为1.5 m,框架结构,木桩基,持力层为饱和砂层,必须保护正常运营。南距 7.5 m 为省工艺大楼和紧邻一正在运行的变电站,东西邻马路。设计与施工必须考虑周围建筑物和交通的安全和使用,对支护体系要求严格;③由于施工难以采取降水措施,基坑内外有 9.5 m 以上水位差;一日因某种原因漏水将会危,及整体稳定性和周围环境。因此进行预测与监测工作成了施工中主要的组成部分。

下面着重介绍变形分析。 1.变形预测与监测结果分析

用平面有限元法对逐次开挖过程的支护结构变位进行了预测,结果见图 10-9。实际监测结果见图 10-10,其中施工过程为∶①初始状态或开挖至一4.0 m 前的状态;②开挖至一 4.0m;③第一道锚杆(一3.5 m)施加预应力后;④开挖至一8.0m;⑤第二道锚杆(—7.5 m)施加预应力后;⑥开挖至-11.5 m 后稳定值。

实测结果的水平位移规律和变化幅度与预测分析吻合较好,明显低于预测值。根据施工至第四阶段后的综合分析,将二道锚杆减少1/3。实测表明,其值仍在容许值之内。墙顶略大的负位移(向土体方向)主要是一道锚杆采取了超张拉,即预应力值为正常 使用期锚力的 125%,为施工期锚力的 85%,以防止过大墙体正位移。事实上反而导致负位移过大。可见,仅用强度控制是不行的,必须辅助于变形控制才能奏效。

2.预应力锚杆与地连墙分担作用对水平位移的影响

(1)连续墙施工对旧华侨大厦桩基持力层饱和砂土造成扰动,支撑力降低,且近连续墙处更为严重,加剧基础不均匀下沉和整体倾斜。

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(2)开挖至一11.5 m,亮槽达 70 余天,对连续墙底部没有形成有效支撑(如及时浇筑混凝土垫层)。

(3)局部墙体跑水涌砂,使墙后土体进一步破坏。

由于及时监测分析,果断采取了压浆处理措施,并快速完成垫层施工,制止了进一步发展,保证了安全。