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深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式及影響因素分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u31422深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式及影響因素分析綜述 1215992.1深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式 172742.1.1灌注樁+內(nèi)支撐 2200822.1.2SMW工法(勁性水泥土攪拌連續(xù)墻) 2161472.1.3鉆孔咬合樁 3106132.1.4地下連續(xù)墻 310742.2深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響因素 5312942.2.1工程地質(zhì)、水文條件 5188172.2.2基坑的穩(wěn)定性 5150922.2.3設(shè)計(jì)因素 6119222.2.4其他因素 7深基坑工程意義重大,大面積開(kāi)挖土方,容易造成深基坑發(fā)生變形、失穩(wěn),甚至威肋、周?chē)R近建筑物的安全穩(wěn)定,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此,針對(duì)具體基坑工程,須作出合理有效的支護(hù)設(shè)計(jì),然而支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工擾動(dòng)下發(fā)生的變形破壞受很多因素影響。因此,本章主要從深基坑變形破壞形式和變形破壞影響因素兩大方面展開(kāi)分析,為深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.1深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式眾所周知,深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)大部分承受來(lái)自背側(cè)土體的土壓力和水位以下的孔隙水壓力兩種作用。因此,將深基坑支護(hù)體系的研究成果從發(fā)揮功能角度進(jìn)行劃分,可以分為擋土墻和止水兩種。實(shí)際工程中,有的圍護(hù)結(jié)構(gòu)只承受兩者之一的作用,有的承受兩種共同作用,最常見(jiàn)的為圍護(hù)結(jié)構(gòu)加止水帷幕,兩者構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定完整的支護(hù)體系。深基坑經(jīng)過(guò)多年地發(fā)展,己經(jīng)形成了眾多種支護(hù)形式,任何一種支護(hù)型式都有自身應(yīng)用范圍。比較常見(jiàn)的支護(hù)型式主要有:灌注樁+內(nèi)支撐、SMW工法、鉆孔咬合樁、地下連續(xù)墻、樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、其它型式支護(hù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)深基坑施工經(jīng)驗(yàn)可知,在進(jìn)行基坑開(kāi)挖之前往往需要在基坑開(kāi)挖面周?chē)斯ば纬梢蝗o(hù)結(jié)構(gòu),用來(lái)抵抗主動(dòng)土壓力。本節(jié)重點(diǎn)闡述較為常用的幾種深基坑圍護(hù)形式,分析他們的優(yōu)缺點(diǎn),便于后面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選。2.1.1灌注樁+內(nèi)支撐該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2.1。它的優(yōu)點(diǎn)在于不受擬建場(chǎng)地限制,且施工期間中產(chǎn)生的振動(dòng)小、噪音污染低,而且自身的剛度強(qiáng),可以做到就地施工,機(jī)械化程度高,不會(huì)對(duì)鄰近環(huán)境產(chǎn)生大的不利影響。此外,因?yàn)殇撝慰梢曰厥绽茫脖容^經(jīng)濟(jì)。但是,也存在一定的缺點(diǎn),比如排樁與內(nèi)支撐形成的支護(hù)體系整體剛度不高,而且不可成為主體結(jié)構(gòu)的一部分,內(nèi)支撐需要拆卸。目前度多應(yīng)用于軟土地區(qū)和黃土地區(qū)。圖2.1灌注樁+內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式2.1.2SMW工法(勁性水泥土攪拌連續(xù)墻)該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2.2。它的優(yōu)點(diǎn)在于占用場(chǎng)地少;施工速度快;對(duì)環(huán)境污染小,無(wú)廢棄泥漿;操作工藝不復(fù)雜,容易上手,重要的是對(duì)鄰近樓房和管線影響程度低;此外,耗用水泥鋼材少,造價(jià)低,且具有止水和擋土的雙重作用。缺點(diǎn)在于自身結(jié)構(gòu)的剛度低,極易出現(xiàn)較大位移。在國(guó)內(nèi),多用于6~10m基坑開(kāi)挖。圖2.2SMW工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式2.1.3鉆孔咬合樁圖2.3鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2.3。它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能夠作為主體結(jié)構(gòu)承受作用力的一部分,同時(shí)具有止水和擋土兩種性能,施工污染少。缺點(diǎn)在于施工工藝較復(fù)雜,進(jìn)度慢,而且深度越大則造價(jià)就會(huì)越高。應(yīng)用范圍十分廣泛,并不受地層條件限制。2.1.4地下連續(xù)墻該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2.4、圖2.5。多應(yīng)用于沿海軟土地區(qū)深基坑的結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)在于整體剛度大,止水帷幕性能非常好,且可作為主體結(jié)構(gòu);缺點(diǎn)在于施工工藝較為復(fù)雜,機(jī)械化程度要求高,且造價(jià)高,施工對(duì)周邊環(huán)境影響較大。圖2.4地下連續(xù)墻施工圖2.5地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)著深基坑支護(hù)型式的不斷更新,深基坑支護(hù)工程中涌現(xiàn)出了許多新技術(shù),它們的引進(jìn)自然也就形成了許多新的支護(hù)形式。主要有沉井式、門(mén)架式等支護(hù)方式。2.2深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響因素影響深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形破壞的因素很多,正因這些因素地存在,使得深基坑成為一個(gè)復(fù)雜工程,其穩(wěn)定性是施工期間技術(shù)管理人員最為關(guān)心的焦點(diǎn)。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和大量圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以得到,其主要因素包括工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、基坑幾何形狀、設(shè)計(jì)因素、施工因素以及外荷載和溫度變化等。2.2.1工程地質(zhì)、水文條件土層的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)基坑穩(wěn)定性有著很大影響,其決定著基坑周?chē)馏w抵抗變形能力的大小。對(duì)于軟土地區(qū)來(lái)說(shuō),由于土層的強(qiáng)度參數(shù)較低致使基坑周?chē)貙影l(fā)生變形,從而影響到基坑的穩(wěn)定性;而對(duì)于黃土地區(qū),相同圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式下,其深基坑穩(wěn)定性要好于軟土地區(qū)。相對(duì)于土層性質(zhì)來(lái)說(shuō),地下水對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響更大,主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:其一,地下水的存在降低了土體的重度及其抗剪強(qiáng)度參數(shù);其二,倘若土體滲透性強(qiáng),圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)受到土壓力和水壓力的雙重作用,對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響也會(huì)更加明顯。對(duì)于西安黃土地區(qū),地下水對(duì)深基坑的穩(wěn)定性影響更大,黃土存在濕陷性,基坑開(kāi)挖時(shí)必須保證地下水位在開(kāi)挖面0.5m一下。因此,進(jìn)行深基坑開(kāi)挖及施工時(shí),需進(jìn)行降水,從而保證干法施工。2.2.2基坑的穩(wěn)定性基坑規(guī)模對(duì)深基坑穩(wěn)定性的圍護(hù)十分重要,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形形式和變形特征就越復(fù)雜,其空間效應(yīng)也就更加體現(xiàn)的明顯,給深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加難度,也給施工帶來(lái)難題。規(guī)模較大的深基坑一般多出現(xiàn)在換乘站,由于設(shè)計(jì)要求,基坑的規(guī)模不得大,見(jiàn)圖2.12。規(guī)模很大的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)除了擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)和必要的支撐系統(tǒng)外,一般還會(huì)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部增加一道冠梁,提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。圖2.12某地鐵換乘站深基坑開(kāi)挖當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較差且開(kāi)挖深度較大時(shí),除了設(shè)置冠梁還應(yīng)在一定深度的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)置足夠的腰梁,減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形,增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、整體性和穩(wěn)定性。進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮空間效應(yīng),以便能夠做出對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性做出合理的評(píng)價(jià),控制成本。2.2.3設(shè)計(jì)因素實(shí)踐證明,設(shè)計(jì)因素對(duì)基坑的影響十份顯著,倘若設(shè)計(jì)不合理,就會(huì)增大施工難度,增加施工成本,甚至引起基坑事故發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)由于設(shè)計(jì)原因造成基坑事故的比例幾乎占到整個(gè)基坑事故比例的50%,由此可見(jiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)基坑變形的影響是多么的大。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的因素很多,主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式、開(kāi)挖深度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度、支撐的位置和層數(shù)、施加在支承上的預(yù)緊力大小等。(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式從根本上決定了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度,剛度較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有助于降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)在土壓力作用下所發(fā)生的位移。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),盲目的為了減小變形而選用剛度大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式也對(duì)基坑穩(wěn)定不利,原因在于剛度過(guò)大對(duì)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的作用不明顯,徒增造價(jià)。因此,再進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要綜合考慮各方面因素,選用合適的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入深度圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度影響基坑穩(wěn)定性的一個(gè)十份重要的設(shè)計(jì)參數(shù),在允許范圍內(nèi)適當(dāng)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入深度,可以達(dá)到抑制基坑外部土體移動(dòng)進(jìn)入坑內(nèi)和降低坑外地表沉降的效果,還能阻止坑底部的土體在土壓力作用下發(fā)生回彈。(3)支撐方案在圍護(hù)墻擋土作用下,支撐方案也會(huì)對(duì)基坑的變形造成重大影響,其影響因素包括支撐形式、支撐作用位置和支撐層數(shù)等。首先,支撐形式從根本上決定了支撐剛度大小,在合理范圍內(nèi)其剛度越大,抵抗變形的能力越大,自身變形越小,有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形。其次,支撐的疏密也會(huì)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生重大影響,但是并不是說(shuō)支撐越多就會(huì)越好。經(jīng)驗(yàn)證明,過(guò)多的支撐不但有礙開(kāi)挖影響工程進(jìn)度的快速推進(jìn),還會(huì)增加是工程造價(jià)。次外,支撐層數(shù)也是支撐方案確定的一個(gè)重要參考因素。(4)支撐預(yù)緊力在進(jìn)行內(nèi)支撐支護(hù)時(shí),必須對(duì)其施加預(yù)緊力,以便內(nèi)支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間緊密相接。施加了預(yù)緊力,使得支撐對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)有了一個(gè)反作用力,當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)收到土壓力作用而要發(fā)生向坑內(nèi)變形時(shí),內(nèi)支撐予以阻止,從而有效地控制了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形,減少了坑外土體地表沉降,提高基坑整體穩(wěn)定性。2.2.4其他因素(1)施工因素施工單位的施工水平和管理水平也會(huì)對(duì)深基坑變形產(chǎn)生重大影響,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知,除了設(shè)計(jì)原
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