臨近古建筑的深基坑開挖的支護(hù)體系設(shè)計(jì),土木工程施工論文

臨近古建筑的深基坑開挖的支護(hù)體系設(shè)計(jì),土木工程施工論文某深基坑工程位于一條繁華的步行街上,而且位于河岸邊,基坑面積約150m2,周長(zhǎng)約92.8m,場(chǎng)地現(xiàn)在狀況標(biāo)高約7.600m,基坑底標(biāo)高約0.850m,基坑開挖深度約6.75m.基坑4個(gè)角部均靠近已建3~4層古建筑,近期處僅1.5m,建筑構(gòu)造為木構(gòu)造,是省重點(diǎn)文物保衛(wèi)對(duì)象,樓房均采用淺基礎(chǔ),埋深約2m.基坑的東北角有雨水管、污水管、電力管分布.根據(jù)本工程特點(diǎn),該基坑工程安全等級(jí)為一級(jí),基坑側(cè)壁安全等級(jí)Ⅰ級(jí),重要性系數(shù)為1.10.基坑設(shè)計(jì)正常使用期限為12個(gè)月.1.2工程地質(zhì)條件根據(jù)勘察資料,擬建場(chǎng)地屬?zèng)_淤積平原地貌,土層成因以沖淤積為主.主要地層為:雜填土厚度很薄,工程力學(xué)性質(zhì)差;中粗砂稍密,工程力學(xué)性質(zhì)一般,下臥高壓縮性淤泥質(zhì)土層;淤泥質(zhì)土層厚較厚,工程力學(xué)性質(zhì)差,靈敏度高,屬高壓縮性軟土;中砂中密,工程力學(xué)性質(zhì)較好,厚度一般,埋深較淺;(含泥)細(xì)中砂中密~密實(shí),工程力學(xué)性質(zhì)較好,厚度大,埋深較大;卵石中密~密實(shí),工程力學(xué)性質(zhì)較好,埋深較大,厚度較小;碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖工程力學(xué)性質(zhì)好.場(chǎng)地及其鄰近區(qū)域全新世以來未見活動(dòng)斷裂,場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定.整個(gè)場(chǎng)地地基土在水平方向及垂直方向較不均勻,地基穩(wěn)定性較好.1.3水文地質(zhì)條件地表水主要為基坑前面的河水,枯水期水深0.5m,該河長(zhǎng)約1100m,河道寬18~22m,勘察期間河水深約0.80m,河床羅零標(biāo)高2.900~3.250m,水量主要受大氣降水和地區(qū)生活用水影響及控制.河水流速較緩,枯水、平水期水量都較小,雨季洪水期方有較大水量;且河水與場(chǎng)地地下水具有連通性,地下水與地表水存在直接水力聯(lián)絡(luò),地下水水位主要受河水及大氣降水影響.場(chǎng)地地下水主要有:填石和中粗砂中的潛水,穩(wěn)定水位標(biāo)高約4.200m(羅零標(biāo)高);中砂、(含泥)細(xì)中砂及卵石中的孔隙承壓水,穩(wěn)定水位標(biāo)高約-9.200m(羅零標(biāo)高),下部碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層為網(wǎng)狀孔隙裂隙水.據(jù)調(diào)查,場(chǎng)地地下水年變化幅度在2.0m內(nèi),并受河水位影響.近3~5年地下水最高水位約在6.000m(羅零標(biāo)高),歷史最高水位約7.500m(羅零標(biāo)高).1.4基坑支護(hù)體系與開挖方案根據(jù)該場(chǎng)地的地質(zhì)、水文條件、周邊環(huán)境、開挖深度等條件,基坑主要采用拉森Ⅳ型鋼板樁(SP-U40017015.5)結(jié)合型鋼對(duì)撐進(jìn)行支護(hù),共2排型鋼支撐(HW3503501219),如此圖1所示.基坑開挖施工采用邊挖邊撐的方案,開挖深度根據(jù)支撐高差而定,以支撐底面標(biāo)高作為每層開挖分界限.為有效保障基坑整體施工安全,及時(shí)了解基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響程度,在施工全經(jīng)過中實(shí)行全程監(jiān)測(cè),并按照監(jiān)測(cè)預(yù)警值對(duì)整體設(shè)計(jì)方案及施工方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整.2監(jiān)測(cè)方案2.1基坑監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)分析基坑平面如此圖2所示,經(jīng)分析,除保證基坑開挖的安全性外,主要有3個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn):①古建筑角部近期處距離基坑僅2m,若深基坑開挖引起建筑產(chǎn)生過大變形,后果將不堪設(shè)想;②基坑位于繁華步行街,管線分布較多,若深基坑開挖導(dǎo)致管線毀壞,將極大地影響步行街商家的經(jīng)營(yíng)活動(dòng);③基坑一側(cè)靠近駁岸,若深基坑開挖導(dǎo)致駁岸大面積毀壞,將會(huì)引起內(nèi)澇.因而,對(duì)這些古建筑等構(gòu)筑物的監(jiān)測(cè)特別必要.除此之外,在基坑開挖經(jīng)過中,基坑內(nèi)外的土壓力變化可能導(dǎo)致基坑圍護(hù)構(gòu)造產(chǎn)生位移或變形.當(dāng)這些位移量到達(dá)一定界線,必然對(duì)基坑的圍護(hù)構(gòu)造產(chǎn)生毀壞,直接威脅施工安全.因而,在施工經(jīng)過中,應(yīng)對(duì)基坑圍護(hù)構(gòu)造、支撐軸力以及周邊地表沉降開展監(jiān)測(cè).2.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置與監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)分析及(建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范〕GB50497-2018規(guī)定,詳細(xì)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括:周邊建筑、道路沉降,支撐內(nèi)力,圍護(hù)樁水平位移和豎向位移,地下水位,深層土體水平位移.按照制定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,確定實(shí)地監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置.詳細(xì)位置如此圖2所示.基坑周邊共設(shè)置67個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),華而不實(shí)周邊建筑、道路沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)15個(gè)(CJ),分布于古建筑四角;支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)4個(gè)(ZC);圍護(hù)樁水平位移和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)12個(gè)(WY);地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)(SW);深層土體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)12個(gè)(CX).基坑正式監(jiān)測(cè)周期為2020年6-7月.2.3監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)控制根據(jù)工程土質(zhì)特征、設(shè)計(jì)結(jié)果及附近工程經(jīng)歷體驗(yàn)等因素確定基坑支護(hù)報(bào)警值.基坑周邊環(huán)境報(bào)警值,一般按周圍建(構(gòu))筑物預(yù)警值和周圍管線報(bào)警值確定.本工程基坑周圍有重要古建筑、道路等,如支護(hù)構(gòu)造毀壞、土體失穩(wěn)或出現(xiàn)過大變形,對(duì)周邊環(huán)境的影響很嚴(yán)重.因而,該基坑側(cè)壁安全等級(jí)應(yīng)定為一級(jí).根據(jù)(建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范〕規(guī)定,其監(jiān)測(cè)報(bào)警值及監(jiān)測(cè)頻率如表1,2所示.基坑周邊環(huán)境報(bào)警值,一般按周圍建(構(gòu))筑物預(yù)警值和周圍管線報(bào)警值來確定.由于該工程周邊有古建筑和道路,當(dāng)觀測(cè)值到達(dá)下面情況時(shí)應(yīng)及時(shí)報(bào)警:①鄰近建筑位移累計(jì)值達(dá)20mm、變化速率3mm/d.②建筑整體傾斜度累計(jì)值達(dá)2/1000或傾斜速度連續(xù)3d0.0001H/d.③建筑物裂縫寬度達(dá)3mm、地面裂縫寬度達(dá)15mm,并持續(xù)發(fā)展.3初始設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬分析與監(jiān)測(cè)結(jié)果分析3.1基坑數(shù)值模型及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)采用Geostudio有限元軟件對(duì)基坑開挖進(jìn)行模擬.為了減小邊界效應(yīng)的影響,數(shù)值模型長(zhǎng)取35m、高25m.模擬分析時(shí)假定邊界約束在基坑左、右兩側(cè)沒有水平位移,而基坑底部則沒有任何位移,模型采用對(duì)稱分析.根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、工程勘察資料,基坑模擬計(jì)算的各巖土力學(xué)參數(shù)如表3所示.3.2初始設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬分析初始設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬分析結(jié)果如此圖3,4所示.由圖3可知,當(dāng)開挖至基坑底面時(shí),基坑的坡腳處出現(xiàn)應(yīng)力集中,剪應(yīng)力發(fā)生在基坑坡腳處,到達(dá)120kPa;從圖4還能夠看出,基坑坡腳處的位移最大,到達(dá)50mm,基坑坡腳的位移很容易導(dǎo)致坑頂沉降,進(jìn)而引起周邊建筑沉降.固然初始設(shè)計(jì)時(shí)采用拉森Ⅳ型鋼板樁(SP-U40017015.5)結(jié)合型鋼對(duì)撐進(jìn)行支護(hù),能夠知足計(jì)算要求.但由于設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮基坑時(shí)空效應(yīng)的影響,隨著開挖經(jīng)過的進(jìn)行,基坑的時(shí)空效應(yīng)開場(chǎng)發(fā)揮作用,若沒有及時(shí)采取進(jìn)一步的防護(hù)措施,隨著基坑土體蠕變、應(yīng)力逐步松弛,在剪應(yīng)力作用下極易導(dǎo)致基坑滑塌.3.3初始設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)分析周邊建筑豎向位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如此圖5所示.由圖5能夠看出,當(dāng)開挖到基坑底面時(shí)(第15天),古建筑沉降值增大較快,尤其是監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ1,原因是古建筑層數(shù)較高,而且最靠近基坑,所以累計(jì)沉降量較大.由圖5還能夠看出,連續(xù)3d基坑頂部的豎向位移增大速率2mm/d,超過了報(bào)警值.同樣,從圖6能夠看出,基坑土體的深層位移在逐步增大,最大值到達(dá)31.2mm.上述監(jiān)測(cè)結(jié)果均表示清楚基坑土體處于蠕滑狀態(tài),這與數(shù)值分析結(jié)果相吻合.4變更設(shè)計(jì)后的數(shù)值模擬分析與監(jiān)測(cè)結(jié)果分析經(jīng)研究決定變更設(shè)計(jì),采取高壓旋噴樁內(nèi)插錨管的措施在基坑四角離古建筑較近處補(bǔ)強(qiáng).同理,利用類似于初始設(shè)計(jì)的有限元模型進(jìn)行分析,唯一不同的是在原有鋼板樁后加了2排內(nèi)插錨管的高壓旋噴樁.從圖7能夠看出,基坑坡腳處的剪應(yīng)力明經(jīng)設(shè)計(jì)變更后,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移曲線如此圖9所示.最后監(jiān)測(cè)數(shù)值顯示,古建筑的深層位移增大速率開場(chǎng)減緩,最大值為18.3mm.監(jiān)測(cè)經(jīng)過中,基坑坡頂最大沉降量約為16mm,基坑大面積開挖后,沉降速率較大,基坑開挖至坑底后,沉降量趨于穩(wěn)定.綜上所述,結(jié)合數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)技術(shù),再根據(jù)二者綜合反應(yīng)的信息,能夠?yàn)榛拥膭?dòng)態(tài)設(shè)計(jì),信息化施工提供可靠的理論根據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo).不但保證了周邊的重要古建筑,防止古建筑出現(xiàn)毀壞,而且還保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行.該基坑支護(hù)方式事先采用鋼板樁結(jié)合2道對(duì)撐,后期由于基坑時(shí)空效應(yīng)及施工影響,尚缺乏以控制古建筑的位移變形,基坑施工經(jīng)過中出現(xiàn)了周邊古建筑沉降速率增長(zhǎng)超過報(bào)警值的情形.后期根據(jù)數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)結(jié)果,及時(shí)采取了有效措施(在基坑四周采用高壓旋噴樁內(nèi)插錨管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)),防止了建筑沉降的進(jìn)一步增長(zhǎng),有效地控制了古建筑的變形.5結(jié)束語(yǔ)對(duì)于鄰近具有重要?dú)v史意義的古建筑深基坑開挖除了考慮恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施外,還應(yīng)同時(shí)注意時(shí)空效應(yīng)及施工方式方法對(duì)基坑開挖的影響.基坑整體應(yīng)力、應(yīng)變的數(shù)值模擬與基坑監(jiān)測(cè)信息分析相結(jié)合的方式方法,為鄰近具有重要?dú)v史意義的古建筑基坑的合理設(shè)計(jì)與成功開挖提供了一種新思路.以下為參考文獻(xiàn):[1]劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)(2版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2018.[2]龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.[3](工程地質(zhì)手冊(cè)〕編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(4版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.[4]賀煒,潘星羽,張軍,等.河心洲地鐵車站深基坑開挖監(jiān)測(cè)及環(huán)境影響分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2020(S1):478-483.[5]朱向前.金橋大道斜拉橋051號(hào)墩基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J].交通科技,2020(3):53-55.[6]楊愛民,陳生東,胡忠志.福州三坊基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響的分析[J].西部探礦工程,2007,19(5):7-10.[7]王永哲.廣州萬木草堂復(fù)建商場(chǎng)基坑施工監(jiān)測(cè)[J].礦山測(cè)量,2006(2):29-31,78.[8]朱燕.鄰近流塑狀軟土深基坑的古建筑綜合加固技術(shù)實(shí)踐[J].建筑科技情報(bào),2018(1):23-28.[9]牛嘉銘,賈海霞,劉根華,等.某基坑開挖對(duì)鄰近古建筑物影響的有限元分析與評(píng)估[J].建筑技術(shù)開