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基坑工程的发展和特点

350 2021-10-18 09:53:11

基坑工程的发展概况

基坑工程是一个既古老而又崭新的岩土工程课题。放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代,而 20 世纪出现的超高层综合体,使基坑工程变得极为复杂,这促使工程技术人员以新的眼光去审视基坑工程这一古老课题,使许多新的经验和理论得以出现与成熟。随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现,对基坑工程的要求越来越高,出现的问题也越来越多。

20世纪30年代,Terzaghi等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题,在以后的时间里,世界各国的许多学者都投入了研究,并不断地在这一领域取得成果。

我国对基坑工程进行广泛研究始于 20 世纪 80 年代初,当时我国的改革开放方兴未艾,基本建设如火如荼,高层建筑不断涌现,相应地基础埋深不断增加,开挖深度也就不断发展,特别是到了20 世纪90年代以后,大多数城市都进入了大规模的日城改造阶段,在繁华的市区进行深基坑开挖给这一古老课题提出了新的要求,那就是如何控制深基坑开挖的环境效应回题。 从血进—一步促进了深基坑开挖技术的研家与发展。产生了_此先进的

设计计算方法,许多新的施工工艺也不断付诸实施,出现了许多技术先进的工程实例。1996年完工的深圳第一高楼地王大厦总高度 383.95m。1998 年上海的金茂大厦(图1-1)高420.5m,共88层。2008年竣工的上海环球金融中心(图1-2)地上101层,地下3层,高达492m,比金茂大厦高71.5m。

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我国人口众多,为了节约土地,不仅需要大量兴建高层建筑,还要充分利用城市地下空间,尤其是近几年城市的发展,高层建筑达到前所未有的高度。这样就带来了大量的基坑工程的开挖和支护,为地下工程提供必要的安全环境。随着一批又-批的超高建筑物的出现,这就必然要求更深的基坑和更先进的支护技术。但由于基坑工程的复杂性以及设计、施工的不当,工程事故的概率仍然很高,而其中大多数为深基坑工程事故。基坑工程事故的后果,小的影响工程进度,大的可造成数千万的经济损失,甚至造成人员伤亡。如最近几年比较典型的基坑事故有;2009年上海"莲花河畔景苑"的倒楼事件(图1-3),造成一人死亡,直接经济损失人民币1946万余元;2008 年11月的杭州地铁基坑塌方事故(图1-4),造成至少21人遇难或失踪的惨重后果。这些事例充分说明了我国的基坑工程安全操作规程急需进一步完善,安全技术领域急需进一步投入更多的研究。

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任何一个工程方面的发展都是理论与实践密切结合并不断相互促进的结果。基坑工程的发展往往是一种新的围护形式的出现带动新的分析方法的产生,并遵循实践、认识、再实践、再认识的规律,从而走向成熟。早期的开挖常采用放坡的形式,后来随着开挖深度的增加,放坡面空间受到限制,产生了围护开挖。汽今为止,围护形式已经发展至数十种。从基坑围护机理来讲,基坑围护方法的发展最早有放坡开挖,然后有悬臂围护、内撑(或拉锚)围护、组合型围护等。放坡开挖需要有较大的工作面,目开挖十方量较大。在条件允许的情况下,至今仍然不失为基坑开挖的好方法。悬臂围护是指不带内撑和拉锚的围护结构,可以通过设置钢板桩或钢筋混凝土桩形成围护结构。它也可以通过对基坑周围土体进行土质改良形成,如水泥土重力式挡墙结构。为了改善悬臂式围护结构的受力性能和变形特性,满足较深基坑的支挡土体要求,发展了内撑式围护结构和拉锚式围护结构。为了发挥围护结构材料的潜在性能,使围护结构形式更加合理,并能适合各种基坑形式,综合利用"空间效应",发展了组合型围护型式。

围护结构最早用木桩,现在常用钢筋混凝土桩、地下连续墙、钢板桩以及通过地基处理方法采用水泥土挡墙、土钉墙等。钢筋混凝土桩设置方法有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩和预制桩等。

基坑工程的特点

基坑工程不同于其他工程,它的功能是承上启下,既涉及岩土工程,也涉及结构工程,其显著的特点是临时性、区域性、时空效应、环境效应和综合性等等。基坑工程的特点简述如下∶

1.临时性

一般情况下,基坑围护属临时措施,基坑开挖施工结束,也就完成其使命。与永久性结构不同,其施工时间短,开发商不愿多投入,尽量减少成本,相比永久结构,安全储备较小,因此具有较大的风险性。

2.区域性

基坑工程区域性强,不同地区十质情况千差万别,如软黏十地基、砂十地基、黄十地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中,基坑工程差异性很大。各地区的基坑工程的地质条件不同,同一城市不同区域也有差异,因此基坑的设计要因地制宜,不能简单地照搬。基坑工程的围护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性,以及周围场地条件等有关。有时,保护相邻建(构)筑物和市政设施的安全是基坑工程设计与施工的关键。这就决定了基坑工程具有很强的个性。

3.时空效应

基坑的深度和平面形状对基坑围护体系的稳定性和变形有较大影响,在基坑工程中有必要考虑空间效应。土体是蠕变体,特别是软黏土,具有较强的触变性。作用在围护结构上的土压力随时间变化,蠕变使土体强度降低,使土坡稳定性变小,有很强的时间效应。

4.环境效应

基坑开挖势必引起周围地基中地下水位的变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑物及地下管线产生不利影响,影响严重的将危及它们的安全及正常使用,大量土方运输也将对交通产生影响,因此基坑工程的环境效应应给予重视。

5.综合性

基坑工程涉及工程地质、土力学、结构工程、测量等学科,还涉及勘测、设计、施工. 和监测等环节。基坑工程不仅需要岩土工程方面的知识,也需要具备其他相关学科的基础知识。