深基坑圍護結構變形控制[詳細]

1、深基坑圍護結構 變形分析及控制方法,一、基坑圍護變形控制的重要性 二、鋼支撐的發(fā)展、問題及改進 1、事故案例分析引發(fā)的支撐體系思考 2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題 3、改進及專利技術 三、基坑圍護的發(fā)展、問題及改進 1、地連墻使用過程問題的調查 2、改進及專利技術 四、軟土地層地下承壓水的思考 1、事故案例分析 2、上海地下承壓水的變化及問題調查 3、改進及專利技術 五、三層次引導方法的探討 六、BIM+專業(yè)技術-建科咨詢發(fā)展方向 結束語,隨著我國城市化地下空間的發(fā)展，城市建設各種基坑形式越來越多，深度也越來越大，基坑施工對周邊環(huán)境的影響也是越來越大，基坑施工由于挖土破壞了土壓的平衡，

2、圍護結構必然產生變形，變形導致周邊地面的沉降，沉降值越大，對周邊環(huán)境影響也越大，經濟損失越大，嚴重的甚至導致基坑坍塌和人員傷亡安全事故。,以上為某區(qū)域因為基坑的開挖，引起的周邊建筑物的倒塌及開裂情況。,科學合理的增加是必要的，基坑施工的費用增大了，風險并沒有實質減少。 因此，基坑開挖過程中如何動態(tài)控制“平衡”是工程安全的前提保障。在控制好“平衡”的前提基礎上，減少圍護結構的變形，從而減少基礎施工對周邊環(huán)境的影響是追求的目標。,鋼支撐支護在上世紀40年代便在國內采用，目前使用普遍，但是看似簡單的受力結構，卻在施工過程中存在多種問題，如：活絡頭受力不佳、預加軸力損失過大、端頭受力不均和鋼支撐軸線方

3、向受力偏差等問題，這些問題的存在也給基坑施工埋下了隱患。,SMW工法樁圍護結構，第三道支撐面出現(xiàn)漏水、涌砂，引起基坑隆起，圍護結構失穩(wěn)。,地下連續(xù)墻圍護結構，第四道支撐面出現(xiàn)漏水、涌砂，鋼圍檁變形，造成圍護結構失穩(wěn)。,3個極限受力： 1）鋼管極限受力：一般8000千牛以上 2）活絡頭極限受力：一般4000千牛以上 3）楔子極限受力：不確定（沒有標準）滿足設計要求一般3000千牛以上。 楔子的不確定性是桿件支撐的關鍵！,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,鋼支撐整體壓縮變形： 理論標準：桿件長度20m，受壓3000千牛以上，壓縮變形34mm。 統(tǒng)計壓縮變形2030mm，增大810倍。 是什么

4、原因產生如此大的偏差呢？,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,鋼圍檁拼裝問題,1）鋼圍檁未設置在同一平面及直線上,2）圍檁的連接不可靠,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,3）鋼支撐安裝后連接位置變形明顯,鋼圍檁拼裝問題,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,活絡頭脖子太長，水平方向存在偏心現(xiàn)象,楔子安裝不正確未穿過軸心，造成軸心與擋板不垂直,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,2、鋼支撐的發(fā)展、使用過程調查存在問題,通過現(xiàn)場調研，發(fā)現(xiàn)在鋼圍檁安裝時，安裝效率不

5、高，且安裝質量不易控制。 改進思路：1）保證連接可靠，且在同一平面及水平線位置；2）便于現(xiàn)場人員施工。,鋼圍檁拼裝改進,改進方法一,改進方法二,3、改進,鋼圍檁安裝質量改進實踐,連接螺栓,3、改進,鋼圍檁改進對比分析,3、改進,B類楔子,A1類楔子,A2類楔子,C類楔子,配套規(guī)格：A類楔子（平行墊塊分三種規(guī)格） B類楔子（倒梯型墊塊） C類楔子（正梯型墊塊）,3、改進,專利一：鋼支撐的楔子 專利號：ZL201120199150.1,鋼楔子改進后：鋼支撐軸力損失改進,軸力施加對比表,清江路口站通過對傳統(tǒng)楔子與新型楔子的試驗對比，結果顯示新型楔子在軸力損失、變形控制及安裝速度上均有很大優(yōu)勢。,3、

6、改進,鋼支撐軸力計安裝改進一：,在鋼支撐軸力計安裝方面，目前普遍存在安裝偏心的問題，這對鋼支撐的受力及軸力的損失都是不利的，花照壁站采用加工好的圓形鋼板，利用重力尋找其中心，在控制偏心上有一定優(yōu)勢，且現(xiàn)場安裝便捷，便于施工人員操作。,軸力計安裝上，焊接板規(guī)格不統(tǒng)一，且需要多人操作，較難控制使其安裝在軸心。,建議使用的軸力計安裝方法，在效率及效果上，有明顯優(yōu)勢,改進,3、改進,3、改進,專利二：帶有軸力計的鋼支撐構件 專利號：ZL201120199149.9,關于基坑開挖過程中六個變形量的發(fā)現(xiàn)與分析,3、改進,基坑及支撐主要變形量的分析及解決途徑,我們說：鋼支撐是先受力后變形，是主動控制方式；

7、砼支撐是先變形后受力，是被動控制方式； 應該說鋼支撐是較為科學的。 那么為什么我們更放心砼支撐呢？ 前面分析以上鋼支撐的圍檁、楔子、軸力計三個方面的改進能夠說明以上原因。,3、改進,（1）基坑開挖過程，圍護結構的整體變形量，按上述6個方面進行分類，將以往的定性分析，轉化成6個方面的定量控制。 （2）在幾個關鍵變形量方面，通過創(chuàng)新改進的專利技術應用，在不增加成本的條件下，減少鋼支撐桿件的整體壓縮變形量。 （3）鋼圍檁的改進，不僅使安裝質量得到有效控制，同時節(jié)省了安裝、拆除時間，減少了開挖面的暴露時間。 （4）楔子和軸力計安裝的改進，方便施工、便于管理、軸力損失小，又減少了下道支撐的疊加變形量。同

8、時，支撐桿件上的軸力損失率降低。上道支撐軸力有保障，圍護結構的疊加變形量也減少了，從而減少了圍護結構的總變形量。,小結：,3、改進,城市地鐵基坑工程由于開挖深度與放坡條件的限制，深基坑工藝基本走向垂直開挖，垂直開挖擋土平衡的支護分擋土結構和支撐結構兩個部分。軟土地基的基坑圍護工程是由擋土墻設計的強度和內支撐結構兩方面來加強圍護體系的整體剛度，進而控制基坑開挖后擋土墻體水平位移和周邊的沉降情況。,地下連續(xù)墻圍護技術的發(fā)展 （1）單一的圍護止水作用階段。 普遍采用的復合墻圍護體系就是一種單一的止水圍護體系。（2）疊合墻圍護結構階段即 “兩墻合一”階段。 疊合墻體系是指圍護結構與內襯主體結構之間有鋼

9、筋接駁器連接，疊合后兩者視為整體墻，形成“兩墻合一”的整體結構，在結構的合理方面是一種技術進步。（3）連續(xù)地墻的未來發(fā)展思路 從根本上解決地下連續(xù)墻的“兩墻合一”的技術問題對保證工程的質量至關重要。,地連墻結構形式對比表,地下連續(xù)墻施工滲漏水風險及控制 圍護地墻接縫滲水控制是確保圍護結構整體穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)，很多風險是由于局部失衡，引起整體失穩(wěn)，按臨界點平衡推理是由于帷幕的止水強度下降、干擾強度的增大，影響了整體的穩(wěn)定。因此，圍護結構施工，控制薄弱點滲漏水是關鍵！ 常見問題有如下三類：,1、地連墻使用過程問題的調查,由地墻單一圍護結構到地墻圍護結構和內襯永久結構疊合技術的發(fā)展； “兩墻合一”疊合

10、式整體結構兩個關鍵性技術的發(fā)展： 1）地下連續(xù)墻施工整體結構連接技術要求： 在水平和垂直荷載作用下，要求接頭整體良好，剛度好、變形小、滲水少。 其主要解決的技術問題是： 地墻施工接縫的滲水問題； 地墻鋼筋籠在截面上的疊合，確保地墻的整體抗側壓力的強度。 垂直接頭的技術發(fā)展地墻施工中常用的幾種接頭形式：,1、地連墻使用過程問題的調查,1)接頭管接頭形式（如下圖）：,優(yōu)點：構造簡單；施工方便，工藝成熟；刷壁方便，易清除干凈墻段側壁泥漿，有利于確保接頭混凝土質量；后施工槽段下放鋼筋籠方便；造價較低。 其缺點：屬柔性接頭，接頭剛度較差，整體性較差；抗剪能力較差，受力后易變形；接頭呈光滑圓弧面，無拐點，

11、抗?jié)B水性能較差，較易產生接頭滲水。,1、地連墻使用過程問題的調查,（2）“工”字鋼+接頭管接頭形式（如下圖）：,優(yōu)點：增加了“工”字鋼后，接頭剛度較好，受力不易變形，接頭拐點增加，抗?jié)B水性能提高。 缺點：接頭管需和“工”字鋼配套，施工較麻煩，對接頭管和“工”字鋼的相對位置要求較高，易出現(xiàn)繞流現(xiàn)象。,1、地連墻使用過程問題的調查,（3）接頭箱接頭形式（如下圖）：,優(yōu)點：整體性較好，剛度較大；抗彎抗剪性能較好，受力后變形較小，故防滲水效果較好。 缺點：接頭構造較復雜，施工工序較多，施工較麻煩；刷壁清漿較困難，較難清除干凈墻段側壁泥漿；鋼筋籠上伸出的接頭鋼筋易碰彎，給刷壁清泥漿和安放后一槽段鋼筋籠都

12、帶來一定困難。,1、地連墻使用過程問題的調查,地墻施工的接頭形式經過不斷地改進，出現(xiàn)的接頭形式約有十多種，如十字鋼板式接頭、雙管式接頭、隔板式接頭、滑板式接頭等。地墻接縫的滲水和整體剛度逐步提高，但由于接頭的形式只是改進性的提高，地墻接縫的整體連接性和滲水的質量問題主要還是取決于作業(yè)人員的施工經驗、技能水平和規(guī)范的管理，從理論上講，地下連續(xù)墻整體結構連接縫的滲水問題沒有得到根本解決。（蘇州地鐵采用的方式是在兩幅地墻迎土面的接縫處增加高壓旋噴）2）地下連續(xù)墻圍護結構與永久結構的整體剛性連接,1、地連墻使用過程問題的調查,(1)預埋連接鋼筋法如下圖,優(yōu)點：構造簡單；施工方便。 缺點：直徑20mm的

13、鋼筋扳到位較困難；大直徑鋼筋須用火烘后扳到位，會影響鋼筋受力性能；當鋼筋不直，角度不準時，初始受力，應力有損失；預埋接頭鋼筋經扳動到位時，有時會損傷鋼筋根部四周混凝土。,1、地連墻使用過程問題的調查,(2)預埋連接鋼板法如下圖：,優(yōu)點：受力性能好；施工方便。 缺點：電焊質量要求高，技術性強；現(xiàn)場電焊量大，進度不快。,1、地連墻使用過程問題的調查,（3）接駁器的技術應用的發(fā)展，由于以上兩種方法在實際施工中，都存在著連接質量差和施工進度慢的問題，所以有了接駁器的發(fā)展，如下圖：,優(yōu)點：構造簡單，施工方便；采用錐螺紋連接接頭，施工速度較快；抗剪抗彎性能均較好，牢固可靠。 缺點：螺紋鋼筋連接接頭的準確定

14、位、牢固固定和擰緊要求均較高，實際施工連接質量較低。,1、地連墻使用過程問題的調查,地墻接縫滲漏水,地墻設計增加配筋和接駁器產生的滲漏水,1、地連墻使用過程問題的調查,地質條件差，施工管理方面出現(xiàn)的質量問題。,本組圖片 反映4個 問題： 1、夾泥 2、開叉 3、擾流 4、塌孔,1、地連墻使用過程問題的調查,1、地連墻使用過程問題的調查,目前“兩墻合一”存在問題，以下為實際施工中存在的問題：,1、地連墻使用過程問題的調查,1、地連墻使用過程問題的調查,原因分析,調查結果顯示，鋼筋接駁器出現(xiàn)的定位高低不齊、偏斜以及絲牙破壞、絲牙銹蝕等問題較為普遍。由于這些問題的存在，造成接駁器和結構主筋無法連接、

15、擰不到位或連接困難等狀況。 鑒于以上存在問題，為保證主體結構鋼筋與地下墻的可靠連接，目前設計通常采用增加接駁器的預留量來補救，但實際施工情況與設計期望差距往往較大。因此，研究解決地下墻接駁器的安裝定位和保護問題十分重要 。,1、地連墻使用過程問題的調查,圖（1）中接駁器轉彎鋼筋和迎土面主筋在一個層上，存在兩給問題： 1）迎土層面的保護層質量難以保證，后果迎土面主筋銹蝕。 2）接駁器設計數(shù)量過密，影響砼上翻的質量，地墻滲漏。,1）兩墻合一疊合式接駁器安裝質量不穩(wěn)定，導致設計思想方面的保守，如單一擋土圍護結構形式增多；2）技術的推廣力度不夠。設計人員不深入現(xiàn)場，不了解新技術；人才的不足，導致設計方

16、面從簡化、套用化，其后果是材料沒有得到有效的利用，是設計保守，材料的增加加大了施工難度，工程質量難以保障（以下圖片說明）,1、地連墻使用過程問題的調查,樓房倒向基坑一側成“凸”形,樓房地層已嵌入地下,防汛墻出現(xiàn)裂縫,樓房和土體出現(xiàn)相對位移,1、事故案例分析,上海上世紀末工業(yè)用水抽取地下水量約1.2億立方/年，沒有回灌； 上海2010年以后，抽取地下水量約1300萬立方/年，回灌量超過3000萬立方/年。回灌大于抽取，應該說地面沉降穩(wěn)定了，但是上海近幾年地面沉降局部有增大的趨勢。,2、上海地區(qū)地下水變化及問題調查,（1）上海地下空間開發(fā)抽降的承壓水沒有納入統(tǒng)計范圍，沒人知道上海一年實際抽取多少地

17、下水，粗略估計超過8000萬立方/年。 （2）上海以往深基坑降壓井的封堵，不是在原界面，而是在地下工程的結構地板，這樣一來就產生了如下幾個問題： 結構底板承壓水頂托力的問題 地下水質長期污染問題 承壓水緩慢流失，地面緩慢沉降問題 （3）實際抽水量遠大于合理的抽水量,2、上海地區(qū)地下水變化及問題調查,主要原因：,發(fā)現(xiàn)主要問題： （1）、設計僅從施工安全要求計算承壓水頂托力的降水水位標高要求，抽降水的合理性、降水對周邊地面的沉降影響沒有要求 （2）、施工降水方案 1）降水井設置數(shù)量普遍偏多，一般是需求的兩倍。 2）降水井的濾網高度，一般不考慮降水水位的關系 3) 降壓井用完后封井不考慮對環(huán)境的影響

18、。 （3）、管理方面 1）承壓水軸水量的統(tǒng)計師水量部門，施工軸降地下承壓水沒有納入水量部門管理。,2、上海地區(qū)地下水變化及問題調查,某工程承壓井的封堵情況及問題,承壓井內已灌注了混凝土， 井內依然有滲水,井管切割至地板下（78）cm， 井管內留有滲水,井口焊封鋼板，并焊接網鋼筋,防滲水泥砂漿封井口,圖1,圖2,圖3,圖4,2、上海地區(qū)地下水變化及問題調查,某工程承壓井的封堵情況及問題,封井存在問題 (1)由于封井口的界面高于原含水層的界面，承壓水將從井孔內與井管井孔間的空隙透過隔水層與地表潛水貫通，地表潛層水易污染，所以可以推測承壓水的水質環(huán)境會受影響。 (2)由于計算含水層的頂托力是從隔水層與含水層界面高度為準的，實際的封井界面是在結構的地板，水位的高度大于原含水