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基坑周围地面变形的控制:设计、施工、应急措施

286 2021-03-26 10:31:46


基坑工程不仅要保证基坑支护结构本身的安全和稳定,而且要控制因基坑开挖引起的地面变形对周围环境的影响。尤其是在城市建筑密集的地区,基坑邻近有交通干线、建筑物及地下管线等设施,因基坑开挖、降水引起的地层移动、地面沉降对周围环境带来的影响,必须采取有效措施加以防治。


地面变形由三方面的因素造成

1)基坑支护结构的变形、桩墙体的水平位移引起基坑周围地面沉降。

2)基坑土方开挖、引起的坑内大面积卸荷,坑底土隆起,形成坑外侧土体产生塑性流动,使坑外地面下沉。

3)基坑降水使周围地下水位下降,引起地面沉降。


目前,在城市建筑密集区,对基坑变形控制的要求越来越严格,成为基坑设计中的重要组成部分。由于基坑变形计算比较复杂,难以反映实际情况,因此,通常是在设计中针对引起地面变形的因素,采取一些必要的设计与施工措施,以达到有效地控制变形的目的。

设计措施

1)支护结构体系的平面形状对变形很有关系,从受力分析可知圆形、弧形、拱形比直线形要好得多。实际工程经验表明,在最不利的阳角部位,墙后地面和墙面裂缝最易出现,所以支护体系的平面形状,应使支护结构整体均衡受力。在阳角部位应采取加强措施。


2)在软土地区,支护体系的插入深度除满足稳定要求外,当有较好下卧土层时,支护桩的根部宜插入好土层。


3)当坑底土层比较软弱时,可对被动区土体进行加固。被动区土体加固可改善支护体系的变形已被大量工程实践所证明。被动区土体加固应在基坑开挖前进行,并应有充分的养护期,保证加固土体的强度达到设计要求时,方可开挖基坑。任何土体加固措施(如搅拌桩、旋喷桩、压密注浆等)都必须经过强度扰动期、强度恢复期和强度增加期三个阶段。如果养护期不够,加固效果不理想。目前已有研究资料表明水泥土地下养护期要比地上长得多,对于这个问题应引起充分重视。


4)用钢管或型钢作支撑时,应施加以预应力,减少墙体的位移,预应力水平可取设计支撑轴力的 30%~50%。


5)当基坑变形不能满足坑外周边环境控制要求时,应对被影响的建筑物、构筑物和各类管线采取防范措施,如土体加固、结构托换、暴露或架空管线等。


6)在软土地区,开挖深度大于 6m 的基坑,除环境简单,基坑面积过大支撑有困难外,不宜采用重力式支护体系。


7)在地下水位高的地区,支护体系必须有良好的止水系统,当有渗漏发生时,必须及时采取有效的堵漏措施,防止非正常变形发展。


8)基坑的最大水平位移值与基坑开挖深度、地质条件及支护结构类型等有关,在基坑支护结构体系的设计满足正常的承载能力极限状态(承载能力和结构变形)要求时,支护结构水平位移最大值与基坑底土层的隆起抗力分项系数有一定的统计关系。


施工措施

1)根据基坑支护体系的总变形的发生可分为两个阶段∶第一阶段是开挖至设计标高时的变形;第二阶段是至底板混凝土浇筑结束时的位移。第一阶段的变形与基坑暴露时间有关。暴露时间越长,风险性也越大。所以加快施工速度、缩短暴露时间是控制变形的重要措施。


2)基坑工程的受力特点是大面积卸荷,坑周和坑底土体的应力场从原始条件逐渐降低。基坑暴露后,及时铺筑混凝土垫层能保护坑底土不受施工扰动,起到坑底对支护桩一定的支撑作用,对延缓应力松弛具有重要的作用(特别是在雨季施工作用更明显)。


3)坑周地面超载,会增加墙后土压力,增加滑动力矩,降低支护体系的安全度。在工程实践中,特别在软土地区曾多次发生开挖时的工程事故,分析原因都是由于坡高太大,雨季施工,排水不畅,坡顶堆载坡脚移动等引起的。


4)由于大量卸荷,地面或多或少产生许多微裂缝。降雨或施工用水渗入土体会降低土体的强度和增加土压力,从而降低围护体系的安全度。


应急措施

1)当基坑变形过大,或环境条件不允许等危险情况出现时,可采取下列措施∶①底板分块施工;②增设斜支撑。

2)基坑周边环境允许时,可采用墙后卸土。

3)基坑周边环境不允许时,可采用坑内被动区压重。压重措施有∶①草袋土;②填砂或填土。


4)流砂严重、情况紧急时,可采用坑内充水。