城市中心區(qū)地鐵深基坑施工中的基坑變形控制

1、城市中心區(qū)地鐵深基坑施工中的基坑變形控制摘要：城市地鐵車站深基坑周邊往往有大量的公用管線及建筑物。有效控制深基坑開挖過程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形位移，防止由此引起基坑外地面沉降，是深基坑施工中的關(guān)鍵性工作，必須高度重視。關(guān)鍵詞：城市地鐵；深基坑；變形控制穿越城市商業(yè)中心區(qū)，人口集居區(qū)的地鐵車站基坑周邊往往存在大量管線和建筑物。由于施工場(chǎng)地比較狹小，只能采取直壁式支護(hù)大開挖施工方法；地鐵車站一般較長(zhǎng)、較深、較寬，由于土體是彈塑體介質(zhì)，在開挖卸載過程中，產(chǎn)生土體應(yīng)力的釋放，使基坑四周一定范圍(一般為基坑開挖深度的1.5倍)的土體內(nèi)力失去平衡而發(fā)生變形，和土體的滑移破壞，導(dǎo)致基坑四周建筑物、地下管線、道路的

2、破壞，造成重大傷亡事故、質(zhì)量事故和經(jīng)濟(jì)損失，因此確保對(duì)基坑圍護(hù)墻變形的控制及基坑四周地面、建筑、地下管線等的工程監(jiān)控是非常重要的，是基坑施工安全可靠的必要有效措施。筆者從事軟土地區(qū)地鐵車站深基坑施工多年，針對(duì)基坑變形情況的分析研究，認(rèn)為作為施工者應(yīng)抓住如下關(guān)鍵九點(diǎn)，并在施工中嚴(yán)格正確實(shí)施。1、深基坑的井點(diǎn)降水基坑開挖前，需將坑內(nèi)的地下水位降低并排除，使坑內(nèi)土體在基坑開挖時(shí)，已經(jīng)通過排水固結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度，從而提高坑內(nèi)土體的水平抗力，減少基坑的變形量；增強(qiáng)基坑穩(wěn)定性，減少坑底土體的隆起。在一般條件下，坑內(nèi)井點(diǎn)降水至少要早于基坑開挖前20天開始?；咏邓圆挥绊懪R近建筑物和地下管線的安全為原則，基坑

3、降水必須在坑內(nèi)外設(shè)置足夠的觀察孔，并在坑外設(shè)地面沉降觀察點(diǎn)和回灌井，必要時(shí)應(yīng)采取回灌措施；這是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)措施，主要防止因圍護(hù)墻滲漏水而使坑外四周的地下水位也下降，造成對(duì)其坑周邊的管線、道路及建筑物的破壞。如需抽降承壓水，要嚴(yán)格控制承壓水的抽降時(shí)間與抽降深度，不挖的地段不輕易開泵抽水，底板砼施工完畢的地段隨即停止抽水。承壓水抽降高度應(yīng)根據(jù)觀測(cè)井內(nèi)測(cè)得的承壓水位來確定?；娱_挖由淺入深，沉降水抽降也逐漸加深，即不要抽水過深引起地面明顯沉降，也不要抽水過淺危及坑底安全。2、深基坑內(nèi)外必要的土體加固深基坑內(nèi)外土體加固和井點(diǎn)降水一樣，是深基坑工程不可缺少的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。目的是通過加固改變軟弱

4、土層的土體結(jié)構(gòu)和含水率來提高土體強(qiáng)度，增強(qiáng)基坑整體抗失穩(wěn)的能力，增強(qiáng)被動(dòng)土的抗力，減少圍護(hù)墻的變形量，使基坑周邊的地面沉降得以控制?；油馏w的加固措施是根據(jù)基坑開挖時(shí)周邊土體變形而定，由于開挖破壞了土體內(nèi)力平衡，引起周邊土體的位移變形，坑內(nèi)基底應(yīng)力釋放使基底隆起，使圍護(hù)產(chǎn)生變形。根據(jù)這些土體變形特征，可采用注漿加固、深層攪拌樁加固、旋噴法加固等；選擇何種加固方法，視基坑土層性質(zhì)、土體加固強(qiáng)度、環(huán)境要求而定；但是這些加固方法均需在基坑工程施工前，確定基坑開挖時(shí)一些安全值得不到保證時(shí)，通過加固后能滿足基坑施工安全的條件下采用；因此，基坑加固措施是基坑開挖的安全預(yù)控措施，并在基坑開挖前實(shí)施。3、深基

5、坑開挖施工中的“時(shí)空效應(yīng)”“時(shí)空效應(yīng)”理論，是遵循“分段、分層、分塊挖土，先中間后兩邊，隨挖隨撐，限時(shí)完成”的原則，是針對(duì)軟土土層具有流變的特性，利用土體在基坑開挖過程中位移的變化規(guī)律，提出的一種控制措施，是對(duì)基坑開挖作動(dòng)態(tài)管理，并做到信息化施工，確?；幼冃瘟吭谠O(shè)計(jì)允許之內(nèi)。具體的說是對(duì)車站基坑施工按工序施工全過程進(jìn)行分解控制，在空間上規(guī)定尺寸大小，在時(shí)間上確定完成時(shí)限，按量化的空間和時(shí)間結(jié)合有序的操作實(shí)施科學(xué)對(duì)各道工序施工注意事項(xiàng)要仔細(xì)考慮并安排落實(shí)，如：1每天基坑開挖前必須明確當(dāng)天施工任務(wù)，以配備好足夠的挖運(yùn)土機(jī)械及支撐數(shù)量和施工人員，以達(dá)到挖運(yùn)土有序快速、支撐及時(shí)有效。2基坑沿縱向分段

6、分層開挖，每層每小塊開挖長(zhǎng)度不宜超過支撐的間距，第一層一般為78米，在第二層及以下土層一般為4米左右。3基坑開挖過程中嚴(yán)禁超挖，每層開挖面標(biāo)高不得低于該層支撐的底面或設(shè)計(jì)基坑底標(biāo)高。4各小塊土方開挖及鋼支撐的安裝和預(yù)應(yīng)力的施加必須16小時(shí)內(nèi)完成；要注重第一道支撐安裝的及時(shí)性，以防地下墻頂部在懸臂受力狀態(tài)下產(chǎn)生較大的墻頂水平位移和附近地面開裂。5當(dāng)監(jiān)測(cè)值得出基坑變形量接近報(bào)警值時(shí)，應(yīng)制定出更加緊湊的工序安排，盡可能地縮短開挖及支撐時(shí)限，優(yōu)化施工參數(shù)，減少無支撐暴露時(shí)間，達(dá)到控制基坑變形在允許范圍內(nèi)的目的。4、深基坑鋼管支撐的質(zhì)量控制地鐵深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般由直壁圍護(hù)墻、型鋼或鋼筋砼圍囹和鋼管支撐

7、組成深基坑圍護(hù)體系。圍護(hù)墻的支護(hù)體系視其開挖深度而定，一般四米左右設(shè)一道支撐以構(gòu)成一個(gè)空間受力體系，來支撐基坑外巨大的土壓力和諸多外加荷載，達(dá)到安全施工的目的。因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐的質(zhì)量控制十分關(guān)鍵，支撐一般均采用609鋼管(壁厚16mm)；質(zhì)量控制包含二個(gè)方面的內(nèi)容，支撐本身的質(zhì)量和支撐施工安裝質(zhì)量。(1)鋼管支撐質(zhì)量控制：應(yīng)從材質(zhì)、直徑、壁厚、等強(qiáng)焊接、順直度、螺栓連接強(qiáng)度、活絡(luò)頭剛度等是否符有關(guān)要求，均要認(rèn)真檢查核實(shí)，有不符合的必須改正。(2)支撐安裝質(zhì)量控制：鋼管支撐為軸心受力結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)必須直順無彎曲，接頭必須緊密牢固，與圍囹接觸處除有足夠強(qiáng)度與剛度外，還需與圍囹密貼，若有間隙須用速凝細(xì)

8、石混凝土填實(shí)；當(dāng)有角撐時(shí)，則與圍囹或圍護(hù)墻的連接處，除設(shè)專門的斜支座確保支撐軸心受力外，在圍囹與圍護(hù)墻間還應(yīng)考慮剪力傳遞的措施；支撐與格構(gòu)柱的連接必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，必須充分考慮到基坑回彈的因素；對(duì)油泵要經(jīng)常校驗(yàn)，使之工作正常，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并且每根支撐施加預(yù)應(yīng)力值均要記錄備查；否則如鋼支撐的支撐軸力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或因擾曲過大，使支撐失穩(wěn)失去抗力，會(huì)產(chǎn)生圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞及基坑坍塌的嚴(yán)重后果。(3)鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力的復(fù)加：1鋼支撐安裝后立即按設(shè)計(jì)值在支撐一頭或二端施加第一次預(yù)應(yīng)力，并檢查接頭擰緊螺栓。2一般在第一次施加預(yù)應(yīng)力后12個(gè)小時(shí)內(nèi)監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力損失及圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移情況，并復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值

9、；當(dāng)晝夜溫差過大導(dǎo)致支撐預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，立即在當(dāng)天低溫時(shí)復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值；3當(dāng)基坑變形的速率超過控制范圍，接近警戒值，而支撐軸力未達(dá)到自身的規(guī)定值時(shí)，可增大支撐軸力來控制變形，但這必須征得設(shè)計(jì)同意；4當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大，采用被動(dòng)區(qū)注漿控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移時(shí)，應(yīng)在注漿后12小時(shí)內(nèi)對(duì)在注漿范圍的支撐復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值，以減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)外移所造成的應(yīng)力損失；5當(dāng)支撐的軸力接近或超過設(shè)計(jì)值時(shí)，通過增設(shè)支撐來分解軸力，提高抗變形能力，阻止基坑變形進(jìn)一步增大。5、深基坑開挖縱向入坡的坡度控制地鐵深基坑開挖時(shí)，地下水位和圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均已達(dá)設(shè)計(jì)要求。挖土除嚴(yán)格遵循“時(shí)空效應(yīng)”，堅(jiān)持“分層開挖、先撐后挖、快挖快撐、減

10、少無支撐暴露時(shí)間”的原則外，另特別要注意：1土坡要按土質(zhì)特性，經(jīng)過穩(wěn)定抗滑驗(yàn)算，確定安全坡度，使縱向放坡坡度要小于安全坡度。一般降水好的基坑分層坡宜控制在1：1.5左右，從坑底到坑頂?shù)目偲露纫话憧刂圃?：3。2上下道支撐之間層坡不宜過緩，也不宜過陡，前者造成近坡腳處無支撐暴露面積過大，時(shí)間一長(zhǎng)，圍護(hù)墻變形就大；后者若遇雨天或土體的含水量偏大，坑內(nèi)排水不好，則極易產(chǎn)生坍方滑坡。3基坑分塊土挖完，即進(jìn)行修坡，使基坑縱坡始終保持在安全坡度狀態(tài)下，確?；影踩?。6、做好深基坑內(nèi)排水工作深基坑開挖面的排水溝和集水井要及時(shí)設(shè)置，不能等有積水或下雨再去挖，這樣勢(shì)必泡軟土層，降低土體自身抗變形能力。不應(yīng)在開挖

11、面或坡頂設(shè)橫向截水溝，這樣容易誘發(fā)滑坡；應(yīng)在開挖面設(shè)縱向排水溝和集水井，縱向排水溝應(yīng)設(shè)在中間或三分線上，不能設(shè)在圍護(hù)墻邊。積水及時(shí)排除，以防止沖刷或泡軟坡體，導(dǎo)至滑坡。另基坑開挖過程中應(yīng)及時(shí)封堵圍護(hù)墻的滲漏點(diǎn)。7、合理確定結(jié)構(gòu)施工段長(zhǎng)度，減少深基坑暴露時(shí)間，盡快進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工結(jié)構(gòu)段的長(zhǎng)度必須根據(jù)基坑深度和坡度合理確定，不宜過長(zhǎng)：當(dāng)基坑分段挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，必須馬上安排人工進(jìn)行整修，并迅速澆筑墊層砼，進(jìn)一步減少基坑變形值。底板砼必須在57天內(nèi)完成，相應(yīng)結(jié)構(gòu)層施工及時(shí)跟上，以建立永久的受力平衡體系，從根本上控制住基坑變形。8、基坑周邊嚴(yán)禁堆放、停放重型荷載由于施工場(chǎng)地狹小等客觀原因，往往把大型施工機(jī)械設(shè)備如挖機(jī)、吊機(jī)等及施工材料就近堆放在基坑邊，這些都將導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形大大增加，甚至使基坑圍護(hù)失穩(wěn)。把土方臨時(shí)堆在基坑開挖面的邊上，是另一種常見的很危險(xiǎn)的情況，由此引發(fā)的基坑滑坡例子已不算少。特殊情況下確實(shí)需要臨時(shí)堆放，必須通過計(jì)算確定土方堆放的位置及數(shù)量。9、加強(qiáng)對(duì)基坑開挖施工全過程監(jiān)測(cè)控制深基坑監(jiān)測(cè)是一種直觀反映基坑變形情況的監(jiān)測(cè)手段，是信息化施工常用的一種方法。施工監(jiān)測(cè)在確保深基坑