基坑動態(tài)施工與監(jiān)測技術(shù)
2015-04-14
一、設(shè)計與施工存在的問題
1.1 土壓力的計算
傳統(tǒng)設(shè)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(hù)樁墻的內(nèi)力及驗算穩(wěn)定性。實際上土壓力是土和結(jié)構(gòu)物界面上的接觸壓力，它的大小和分布取決于結(jié)構(gòu)物的變形特征和界面特征。經(jīng)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(zhuǎn)動等剛性位移，但象樁墻或地下連續(xù)墻等柔性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生較大的變形，而且在支撐的約束下，變形非常復(fù)雜，實際的土壓力大小和分布與經(jīng)典理論的計算結(jié)果有一定的距離。
1.2 固護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形問題
圍護(hù)系統(tǒng)和土體的變形是支護(hù)結(jié)構(gòu)各部分與土體及外界因素相互作用的反映，是結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化與調(diào)整的宏觀結(jié)果。其特征和數(shù)值是整個系統(tǒng)是否正常工作最直觀的標(biāo)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(jù)。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(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算
傳統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)置的，并非同時設(shè)簧，實際受力條件與設(shè)計條件明顯有異，其數(shù)值理所當(dāng)然地偏離設(shè)計值。在傳統(tǒng)的設(shè)計法中，圍護(hù)樁墻的內(nèi)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(zhì)參數(shù)的選擇
土的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)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(shù)也不可能是完全一樣的。因而每一工程在設(shè)計計算之前都面臨著土質(zhì)參數(shù)的選擇問題，而參數(shù)選擇恰當(dāng)與否對計算結(jié)果又有很大的影響。在傳統(tǒng)設(shè)計法中，土質(zhì)參數(shù)是設(shè)計者在勘察資料所提供的眾多數(shù)據(jù)中憑經(jīng)驗選擇的，其準(zhǔn)確性難以檢驗，而且某些土質(zhì)參數(shù)會隨著基坑開挖施工而變化。
二、動態(tài)施工和監(jiān)測技術(shù)
2.1動態(tài)施工過程
動態(tài)施工的實質(zhì)是依靠現(xiàn)場監(jiān)測提供動態(tài)信息反饋來指導(dǎo)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(shè)計所預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較，對原設(shè)計進(jìn)行評價并判斷施工方案的合理性，不斷優(yōu)化設(shè)計和完善施工方案，預(yù)測下一段施工可能出現(xiàn)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(xiàn)的險情進(jìn)行及時的預(yù)報，當(dāng)有異常情況時立即采取必要的補(bǔ)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(xiàn)動態(tài)施工的技術(shù)要點
2.2.1 調(diào)查研究與資料采集
基坑開挖施工中，在工地現(xiàn)場獲得的信息可分為地質(zhì)信息、工程信息和監(jiān)控量測信息三類。其中地質(zhì)信息包括土層介質(zhì)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(zhì)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(nèi)摩擦角和滲透系數(shù)等物理力學(xué)特性參數(shù)；工程信息包括擬建工程的建筑布置，開挖方案和支護(hù)型式，以及由施工過程實錄反映的進(jìn)度、挖方量和支護(hù)施工步驟等；監(jiān)控量測信息泛指可用儀表在工程現(xiàn)場直接量測的，在地層或支護(hù)中產(chǎn)生的位移量、應(yīng)變量或應(yīng)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(yù)報計算
基坑開挖開始前，可獲得的信息主要是地質(zhì)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(chǔ)上，應(yīng)參照現(xiàn)有理論和經(jīng)驗對基坑工程進(jìn)行預(yù)報計算，包括對施工過程中各個工況、特別是關(guān)鍵工況的基坑穩(wěn)定性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性以及坑周地層移動和對周圍建筑及設(shè)施的影響程度進(jìn)行驗算，并提出符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求的基坑工程開挖和支護(hù)體系施工方案。
2.2.3 確定合理的施工程序及施工參數(shù)。
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(shù)是確?；臃€(wěn)定和控制基坑變形以符合設(shè)計要求的重要關(guān)鍵，各種地層的基坑開挖施工均應(yīng)以下的基本要求：
?。?）要分層開挖，每挖一層及時加好一道支護(hù)：
?。?）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(hù)結(jié)構(gòu)承受偏載；
?。?）確定支撐及圍檁的質(zhì)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(qiáng)對支撐構(gòu)件的生產(chǎn)及安裝質(zhì)量的保證措施；
（4）規(guī)定施工場地、土方、材料、設(shè)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(yán)防圍護(hù)墻體發(fā)生水土流失而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)；
?。?）合理確定地基加固的范圍和質(zhì)量要求以及檢驗方法；
?。?）配備滿足出土數(shù)量和時間要求的開挖設(shè)備、運輸車輛以及道路和堆場條件；
?。?）提出監(jiān)測設(shè)計，落實按監(jiān)測信息指導(dǎo)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(hù)結(jié)構(gòu)和周圍地層實際發(fā)生的變形、內(nèi)力和承受的荷載，并據(jù)此分析工程施工的安全性。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)常被繪制成位移或應(yīng)力隨時間或空間而變化的曲線。監(jiān)控量測中，應(yīng)注意內(nèi)力、位移量及其變化率隨時間而發(fā)展的規(guī)律，隨時進(jìn)行分析，并在其值超過警戒值或監(jiān)測曲線出現(xiàn)異常變化時及時分析原因，姒便在必要時及時采取加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)或改變施工步驟等對策措施。
三、安全性判別與動態(tài)設(shè)計
動態(tài)施工過程中，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，對基坑工程的安全性作出判斷，并在預(yù)計有可能出現(xiàn)險情時就是否增設(shè)支撐或改進(jìn)施工方法提出對策建議。進(jìn)行這類工作時應(yīng)予注意的事項有：
1.必須同時分析基坑支護(hù)和周圍地層在當(dāng)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(nèi)力和位移量都不超過允許值，據(jù)以作出安全性預(yù)測的判斷。
2.必須同時對基坑工程的全部保護(hù)目標(biāo)都進(jìn)行安全性判斷，而不單是基坑支護(hù)自身，尤應(yīng)注意對重點保護(hù)目標(biāo)（如重要建筑物），原則上應(yīng)對所有測點的變形趨勢和整體變形都進(jìn)行分析，據(jù)以對安全性評價作出結(jié)論。
3.設(shè)計和施工方案進(jìn)行調(diào)整后，應(yīng)根據(jù)后續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對新方案的效果進(jìn)行評估。
四、結(jié)束語
總而言之，深基坑工程開挖施工和監(jiān)測方面應(yīng)具備完善的指導(dǎo)設(shè)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(shù)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。
