浅谈深基坑支护技术与安全

2022-09-12

近年来, 随着城市高层建筑愈来愈多, 深基坑支护技术应用也愈来愈广泛。大多数高层建筑的基础埋置深度较大, 以满足抗震设计的要求, 同时利用地下空间, 建造地下车库、商场、仓库和人防设施等。而高层建筑的基础修筑、地铁、地下娱乐城、地下商业城以及地下停车场等的明挖及地下管线埋设等受到环境限制, 就要涉及到基坑开挖及支护问题。

深基坑的支护, 不仅要保证基坑内能正常安全作业, 而且要防止基底及坑外土体移动, 保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。近年来, 随着我国大量兴建的高层建筑深基坑的成功施工, 深基坑支护工程的技术水平得到了迅速提高, 积累了丰富的经验。由于建筑场地的复杂性, 深基坑支护涉及问题广、技术门类多, 至今尚无规范来指导深基坑支护, 故在实际工程中经常出现深基坑工程事故, 也有不少教训。给国家经济和人民生命财产带来了严重的损失。因此, 对基坑支护技术与安全进行研究, 显得非常必要。

1 基坑支护方法

基坑的支护形式是多种多样的。为适应不同的地质及环境条件, 设计者针对不同的工程实际, 往往会根据当地建筑材料、施工条件等设计出不同的结构型式。根据支护结构受力特点, 考虑设计计算模式, 本文将基坑支护结构主要分为四大类:悬臂式支护结构、混合支护结构、重力式挡土墙结构、拱圈式支护结构。

1.1 悬臂式支护结构

悬臂式支护结构是利用基坑底面以下上体提供的土压力来维持支护体系的平衡的一种结构。它类似于悬臂梁, 一般用于深度不大大的基坑支护工程, 其形式可根据具体情况选用钢板桩、挖孔桩、灌注桩、连续墙等。

1.2 混合式支护结构

在基坑开挖深度较大且对边坡变形要求较高时, 应对悬臂式支护结构增加支撑, 从而形成混合式支护结构。支撑形式可采用锚杆拉接或者采用内支撑形式。

1.3 重力式挡土墙结构

重力式挡土墙结构是指依靠其自重防止土体边坡坍塌, 通过提高边坡土体的结构强度和抗弯刚度, 增强边坡整体稳定性, 具体加固形式有:水泥搅拌桩加固法、高压旋喷桩加固法、注浆加固法、网状树根桩加固法、土钉支护等等。

2 支护结构的破坏方式

基坑开挖后, 为了防止边坡失稳而必须进行支护, 支护时由于各种因素影响, 可能导致支护结构破坏, 支护结构的破坏方式主要有破坏、变形和位移等三种。深基坑较为常见的基坑破坏主要有五类: (1) 倾覆破坏; (2) 整体稳定破坏; (3) 剪切破坏; (4) 渗透破坏 (流砂, 流土或管涌) ; (5) 局部隆起破坏;特别是整体圆孤滑动, 塌方量大, 破坏力强。

3 深基坑支护结构的破坏机理

作用于支护结构的力主要有土压力、水压力以及临近建筑物地面堆载等引起的土压力增量。影响支护结构破坏的因素主要有以下六种: (1) 基坑的几何尺寸, 如基坑的深度H与宽度B、开挖的形状; (2) 土体及地下水条件, 如土体的强度与刚度、地下水位高低、地下水的性质; (3) 桩的性质 (刚度) , 如是否存在断桩; (4) 锚杆的性能, 如预拉力的大小、锚杆的数量与位置; (5) 荷载的条件, 如超载、交通荷载、周围建筑群与管道荷载; (6) 施工工艺, 如分段开挖、加锚杆滞后时间、基坑暴露时间。

3.1 土压力理论计算

土压力分为主动土压力和被动土压力, 其大小为两者之和。影响土压力的因素很多且很复杂, 我国科技界对基坑工程土压力作了大量的试验与研究, 对于一般的软土地基, 采用经典土压力理论计算的结果与实际相符合, 但对于一些非饱和土以及一些地下水位深, 含水量低的土体, 其计算结果与实际出入很大, 为了安全起见, 选择朗金土压力理论计算式。

3.2 临近建筑、地面堆载引起的土压力计算

临近建筑物引起的土压力, 针对建筑物的基础类型, 先计算沿支护桩 (墙) 的附加水平应力, 然后求其合力, 对于地面堆载, 将堆载视为坡顶的均布荷载, 按上述方法计算其土压力。

以上是支护结构的受力分析, 此外, 基坑工程的时空效应也不容忽视, 基坑工程的时空效应是基坑工程的重要特征, 基坑的平面形状、开挖深度、周围环境与荷载条件、暴露时间长短等, 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变化, 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和变形状态。

4 深基坑施工过程中的安全管理措施

(1) 建立和健全各级安全生产责任制和完善各项安全管理制度。

(2) 必须了解施工场地的有关情况。

(3) 编制有针对性的责任施工方案。

(4) 必须对工人进行安全生产培训制度和安全技术交底。

(5) 必须建立和完善应急预案来源。

(6) 必须加强日常的检查和监督管理。

对于深基坑来说, 必须做好基坑变形监测的工作, 就要按照规范规程的要求经常观察周围建筑是否产生裂缝, 周围地面是否发生异常情况, 而且要使用必要的仪器, 工具观测支护结构的位移, 周边的沉降度, 并建立一套相关的数据库, 分析其数据的规律, 突变原因。当深基坑支护结构或周边土体变形到一定的程度时, 必须根据施工规范的要求, 断然采取技术措施, 保证基坑的安全。

5 结语

深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展而发展的一门新的实践工程学, 它还有待于理论上的完善, 如何取一种在经济技术上都合理的支护类型就必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求。基坑支护设计必须注意两点: (1) 应用经典力学的理论, 系统的分析了深基坑支护破坏的机理。 (2) 为预防事故发生, 选择支护方式时, 要综合考虑各种压力的分布情况。

我国高层建筑发展潜力巨大, 深基坑防护技术发展很快, 但相应的安全技术发展缓慢, 安全管理作为深基坑支护中很重要的一个方面, 今后一定会逐步得到加强, 完善和规范, 深基坑施工虽然具有一定的难度和危险性, 但只要企业的领导层, 管理层树立"以人为本"的安全管理理念, 加强企业安全管理机构的建设, 健全各项安全管理制度, 各级安全管理人员和操作工人严格遵守安全技术操作规范, 规程和按照施工方案进行施工。建设, 勘察、设计、施工、监理等有关责任单位都能严格执行国家和省有关规范标准和规定, 各司其职;建设工程施工安全监督机构严格按照专项监督计划加强监督, 深基坑施工过程中产生的安全隐患是完全可以消除的。

摘要：本文论述了深基坑支护方式和破坏方式, 分析支护结构的破坏机理, 得出在设计深基坑支护方式时, 为预防事故的发生, 要系统的分析土压力、水压力和堆载引起的压力等各方面因素, 并提出了一些安全技术措施。

关键词：深基坑支护,基坑破坏,安全措施