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深基坑工程信息化施工

318 2021-11-03 14:42:21

基坑工程是一个实践性很强的岩土工程问题,发展至今,需要新的理论来指导、充实和元善。由十岩十T程本身的复杂性。 基坑的稳定性、支护结构的内力和变形及周围地层的变形对周围建筑物和地下管线等的影响及保护的计算分析,尚不能准确地提出定量的结果;在工程计算中,土体的力学性质经验得到全面反映,比如软黏土具有蠕变、松弛、流动和长期强度等流变性质,有关地基的稳定及变形的理论,在解决实际工程问题时仍有很大的局限性;基坑工程设置于地层之间,由于地层性质存在的差异性和离散性,地质勘察取得的数据有时会很难准确代表土层的全面总体情况,钻探取样时所产生的对十样的扰动和应力释放也会对试验结果造成影响;基坑工程中设计和施工完全是相互依赖、密不可分的,随着土层开挖标高的变化和支撑体系的设置与拆除,结构体系和外部荷载都在发生着变化,且施工工艺的变化、挖土次序和位置的变化、支撑和留土时间的变化等,是一个复杂的过程,每一个方面都会对基坑的最后结果有直接影响。可是在工程设计中,计算简图的选取比较理想化,难以考虑施工顺序以及施工过程中的不确定性,导致理论计算和实测数据有相当大的差距。

故在工程实践中应大力发展信息化施工技术,采用理论导向、量测定量和经验判断三者相结合的方法,对基坑施工及周围环境保护问题做出较合理的技术决策和现场的应变决定。

从上面的叙述可以看出,基坑工程中影响因素众多,现有的计算理论尚不能全面反映工程的各种复杂变化,基坑支护结构设计时虽然进行了尽可能详细的计算,但设计与施工的脱节仍然不可避免。一方面由于设计理论所限,其计算工况模型还不能完全切实的反映施工时的具体状况;另一方面设计人员往往只能就常规的假定工况进行计算,而工程进行中由于情况的复杂多变,会使实际施工工况与原设计不相符合。在这种情况下,需要通过综合的现场监测来判断前一步施工是否符合预期要求,并确定和优化下一步的施工参数,实现信息化施工。

基坑施工总是从点到面,从上到下分工况局部实施。基坑工程监测不仅即时反映出开挖产生的应力和变形状况,还可以根据由局部和前一工况的开挖产生的应力和变形实测值与预估值的分析,验证原设计和施工方案正确性,同时可对基坑开挖到下一个施工工况时的受力和变形的数值和趋势进行预测,并根据受力和变形实测和预测结果与设计时采用的值进行比较,必要时对设计方案和施工工艺进行修正。图 7-2为基坑信息化施工的基本框架。

基坑信息化施工,要求对墙顶和墙后位移、墙后的土压力、墙体应力、支撑轴力和立柱位移、周围建筑和管线位移及地下水位等方面进行监测。运用数值方法,分析、拟合实测数据,提出符合基坑变形特点的计算模型和设计参数。提高基坑工程设计水平。并目施工中通过变形预测,将监测得到的数据与理论数据进行比较和分析,来判断前期设计和施工的合理性,反馈与修正设计方案和施工,并预测后续施工过程中可能会出现的新行为与新动态,进行施工组织和设计方案的再优化,当出现险情时提出报警,避免基坑垮塌和环境效应,减少基坑支护造价。

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在基坑开挖过程中,需要监测的对象包括支护结构、地下水位的变动情况、基坑底部及周边土体、基坑周边管线及建筑物、周边的道路等,具体实施的监测项目有∶

(1)围护桩(墙)顶部的水平位移和竖向位移。这是基坑监测的一项重要内容,可用来反映围护结构变形的全貌,通常用经纬仪和水准仪进行测量。

(2)深层十体水平位移。侧向位移在基坑开挖过程中是很敏感的,是确定围护体系是否安全的一个重要数据,常用测斜仪测量,并用计算机进行后期数据处理。

(3)立柱竖向位移。用来反映立柱在基坑开挖过程中的受力情况,以及基坑底部的隆起沉降,常用水准仪进行测量。

(4)围护桩(墙)内力。用来反映随开挖深度的增加,围护桩(墙)内力的变化情况,防止围护桩(墙)受力超过其允许值发生失稳破坏。常在围护桩(墙)内预先埋置钢筋应力计,在开挖过程中每天进行测量计算。

(5)支撑内力。内支撑是围护结构的主要受力构件,承受基坑侧壁的水土压力,需要对其受力情况进行实时监控,以便将其受力控制在承载力范围内。常用支撑不同断面处预埋钢筋应力计,每个断面可以埋设2个到4 个钢筋应力计。

(6)立柱内力。当支撑长度较大时,需要设置立柱对支撑起到支撑的作用,改善内支撑的受力状态,因此立柱要受到来自支撑自重及内支撑上超载等的作用。用在立柱桩内埋设钢筋应力计来测量立柱的受力情况。

(7)锚杆内力。锚杆作为受拉构件起到限制围护桩的位移,改善围护桩受力状态的作用,其受拉力要在其允许范围内。常用贴应变片的方法来测量锚杆的变形,通过计算来估算锚杆的实际受力。

(8)土钉内力。土钉的设置起到对岩土的加固作用,同时要承受水土压力的拉拔作用,要求其能承受一定的内力作用。与锚杆一样采用贴应变片的方法进行测量。

(9)坑底隆起。坑底土的回弹可以用来计算地基土的回弹模量,同时基坑开挖后在坑内外十体压力差的作用下,坑外十体有向坑内移动的趋势,导致坑底土的隆起,因此坑底土体的隆起量是判断基坑稳定的一个重要因素。常通过设置回弹监测标进行测量。

(10)围护墙侧向土压力。围护墙侧向土压力直接决定了围护墙的内力,是一个重要的指标,由于水土条件和外界边界条件的复杂性,与理论计算值存在差异,需要实时监控以保证围护墙受力在其允许范围内。常用预埋土压力盒等方法进行测定。

(11)孔隙水压力。测量基坑不同深度处的孔隙水压力,确定土体的固结情况以及作用在围护结构上的水土压力的情况。常用孔隙水压力计进行测量。

(12)地下水位。基坑的开挖需要在地下水位以上进行,在地下水位较低的场地需要降水。地下水位对于基坑具有重要作用,水位的降低可以减小作用在围护结构上的水压力,降低围护结构的内力; 当采用止水帷幕时地下水位的快速变化可以判断止水帷幕是否发生漏水,从而导致流砂等的发生;地下水位的降低相应会引起地面沉降,对周边环境造成不利影响。地下水位的监控相对简便,常用地下水位仪进行测量。

(13)土体分层竖向位移。采用磁环式分层沉降仪进行测量。

(14)周边地表竖向位移。可设置监测剖面,每个部剖面布设一定数量的竖向位移监测点。用水准仪进行测量。