基坑動態(tài)施工與監(jiān)測技術
2015-04-14
一、設計與施工存在的問題
1.1 土壓力的計算
傳統(tǒng)設計方法采用朗肯土壓力理論或庫侖土壓力理論計算土壓力，并將土壓力作為已知的外荷載，用以求解圍護樁墻的內力及驗算穩(wěn)定性。實際上土壓力是土和結構物界面上的接觸壓力，它的大小和分布取決于結構物的變形特征和界面特征。經典土壓力理論沒有考慮擋墻本身的變形，將擋墻作為完全剛性的，只考慮擋墻的平移或轉動等剛性位移，但象樁墻或地下連續(xù)墻等柔性圍護結構，會產生較大的變形，而且在支撐的約束下，變形非常復雜，實際的土壓力大小和分布與經典理論的計算結果有一定的距離。
1.2 固護結構與土體的變形問題
圍護系統(tǒng)和土體的變形是支護結構各部分與土體及外界因素相互作用的反映，是結構內力變化與調整的宏觀結果。其特征和數值是整個系統(tǒng)是否正常工作最直觀的標志，又是突發(fā)性事故發(fā)生的前兆，因而是施工控制的主要依據。土層的沉降及位移更直接地影響到周圍建筑物、地下管線及道路交通的正常運營。
1.3 圍護結構的內力計算
傳統(tǒng)設計法中支撐力是通過開挖最終狀態(tài)的系統(tǒng)靜力平衡條件確定的。而基坑實際施工過程中，支撐是在土層開挖，捎土樁墻有一定變形后設置的。下一道支撐是在上一道支撐受力變形，基坑繼續(xù)開挖后設置的，并非同時設簧，實際受力條件與設計條件明顯有異，其數值理所當然地偏離設計值。在傳統(tǒng)的設計法中，圍護樁墻的內力也是按開挖最終狀態(tài)的土壓力和支撐力計算的。
1.4 土質參數的選擇
土的物理力學性質參數是隨著其生成條件及存在環(huán)境而改變的。即使在同一城市的不同地點，同一土層的參數也不可能是完全一樣的。因而每一工程在設計計算之前都面臨著土質參數的選擇問題，而參數選擇恰當與否對計算結果又有很大的影響。在傳統(tǒng)設計法中，土質參數是設計者在勘察資料所提供的眾多數據中憑經驗選擇的，其準確性難以檢驗，而且某些土質參數會隨著基坑開挖施工而變化。
二、動態(tài)施工和監(jiān)測技術
2.1動態(tài)施工過程
動態(tài)施工的實質是依靠現場監(jiān)測提供動態(tài)信息反饋來指導施工全過程，其模型如圖（l）所示。在施工過程中，及時把監(jiān)測成果與設計所預期結果進行比較，對原設計進行評價并判斷施工方案的合理性，不斷優(yōu)化設計和完善施工方案，預測下一段施工可能出現的新行為、新動態(tài)，對后續(xù)的開挖方案與開挖步驟提出建議。對施工過程中可能出現的險情進行及時的預報，當有異常情況時立即采取必要的補救措施，將問題抑制在萌芽狀態(tài)，使基坑施工始終處于受控狀態(tài)，以確保工程安全。
2.2實現動態(tài)施工的技術要點
2.2.1 調查研究與資料采集
基坑開挖施工中，在工地現場獲得的信息可分為地質信息、工程信息和監(jiān)控量測信息三類。其中地質信息包括土層介質的種類和分布、軟弱夾層的分布和地下水位等工程與水文地質條件特征，以及通過工程勘察獲得的容重、彈性模量、泊松比、粘聚力、內摩擦角和滲透系數等物理力學特性參數；工程信息包括擬建工程的建筑布置，開挖方案和支護型式，以及由施工過程實錄反映的進度、挖方量和支護施工步驟等；監(jiān)控量測信息泛指可用儀表在工程現場直接量測的，在地層或支護中產生的位移量、應變量或應力增量的量測值，以及用以描述這些物理量隨時間變化規(guī)律的曲線等。
2.2.2 預報計算
基坑開挖開始前，可獲得的信息主要是地質信息和由工程施工計劃提供的工程信息。作為初步階段，在采集以上信息的基礎上，應參照現有理論和經驗對基坑工程進行預報計算，包括對施工過程中各個工況、特別是關鍵工況的基坑穩(wěn)定性、支護結構的安全性以及坑周地層移動和對周圍建筑及設施的影響程度進行驗算，并提出符合規(guī)定標準要求的基坑工程開挖和支護體系施工方案。
2.2.3 確定合理的施工程序及施工參數。
無論在流塑、軟塑粘性土的軟弱地層或在地下水以上較密實砂性土或可塑、硬塑粘性土等較穩(wěn)定的地層，因基坑開挖對地基卸荷而引起的基坑穩(wěn)定和變形的問題，總是在不同程度上存在的，合理的開挖程序及開挖施工參數是確?；臃€(wěn)定和控制基坑變形以符合設計要求的重要關鍵，各種地層的基坑開挖施工均應以下的基本要求：
?。?）要分層開挖，每挖一層及時加好一道支護：
?。?）在每層土開挖中，同時開挖的部分，在位置及深度上，要以保持對稱為原則，防止基坑支護結構承受偏載；
?。?）確定支撐及圍檁的質量要求，特別是加工及安裝的允許偏心值，并在施工管理中，加強對支撐構件的生產及安裝質量的保證措施；
?。?）規(guī)定施工場地、土方、材料、設備的堆放場地及堆放量，限定基坑旁邊的超載；
?。?）確保排水、堵水及降水的措施，嚴防圍護墻體發(fā)生水土流失而導致基坑失穩(wěn)；
（6）合理確定地基加固的范圍和質量要求以及檢驗方法；
?。?）配備滿足出土數量和時間要求的開挖設備、運輸車輛以及道路和堆場條件；
?。?）提出監(jiān)測設計，落實按監(jiān)測信息指導施工防止事故的條件。
2.3 開挖與監(jiān)測
基坑工程施工中，通常都需隨時監(jiān)測支護結構和周圍地層實際發(fā)生的變形、內力和承受的荷載，并據此分析工程施工的安全性。這些監(jiān)測數據常被繪制成位移或應力隨時間或空間而變化的曲線。監(jiān)控量測中，應注意內力、位移量及其變化率隨時間而發(fā)展的規(guī)律，隨時進行分析，并在其值超過警戒值或監(jiān)測曲線出現異常變化時及時分析原因，姒便在必要時及時采取加強支護結構或改變施工步驟等對策措施。
三、安全性判別與動態(tài)設計
動態(tài)施工過程中，應根據監(jiān)測數據的分析，對基坑工程的安全性作出判斷，并在預計有可能出現險情時就是否增設支撐或改進施工方法提出對策建議。進行這類工作時應予注意的事項有：
1.必須同時分析基坑支護和周圍地層在當前開挖階段和基坑工程施工全過程中的安全性，使其最大內力和位移量都不超過允許值，據以作出安全性預測的判斷。
2.必須同時對基坑工程的全部保護目標都進行安全性判斷，而不單是基坑支護自身，尤應注意對重點保護目標（如重要建筑物），原則上應對所有測點的變形趨勢和整體變形都進行分析，據以對安全性評價作出結論。
3.設計和施工方案進行調整后，應根據后續(xù)監(jiān)測數據對新方案的效果進行評估。
四、結束語
總而言之，深基坑工程開挖施工和監(jiān)測方面應具備完善的指導設計和施工的理論和方法。本文提到的基坑動態(tài)施工與監(jiān)測技術能為深基坑工程開挖施工和監(jiān)測方面提供比較好的實用價值。
