建筑工程基坑支护存在的问题、产生原因设计方面的

[摘 要]总结了建筑工程深基坑支护存在的问题,分析了当前建筑深基坑支护方面存在的安全隐患及其原因,并提出了深基坑支护设计中应注意的事项和预防措施方面的建议.

[关 键 词]建筑基坑支护；问题；原因；对策

中图分类号：TV551.4文献标识号：A文章编号：2306-14（2014）10-

城市高层建筑的迅速兴起,进一步促进了深基坑支护技术的发展.为确保施工安全,防止塌方事故发生,工程技术人员对建筑深基坑支护的安全问题,应给予以高度重视.

1.深基坑支护存在的主要问题

深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定,而且要满足变形控制要求,保证基坑内正常作业安全,而且要防止基坑及坑外土体移动,保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行.但是,深基坑支护的设计、施工、监测技术是近年来经常遇到的技术难题.在实际应用中,也出现了一系列的问题,急需解决.

（1）边坡施工达不到设计、规范要求,常存在超挖和欠挖现象.（2）土层开挖和边坡支护不协调,常见于支护施工滞后于土方开挖很长一段时间,而不得不采取二次回填或搭设钢管作业架来完成支护施工.（3）喷射混凝土厚度和强度达不到设计要求.（4）成孔注浆不到位,土钉或锚杆受力满足不了设计要求.（5）边坡顶面未按要求处理.（6）忽视施工跟踪监测监理.施工跟踪监测监理是随时掌握基坑支护变化的重要技术手段,是确保工程正常发现和及解决问题的前提条件,千万忽略不得.

2.深基坑支护存在问题的主要原因分析

随着基坑工程的发展,原有深基坑支护结构的设计理论、设计原则、计算公式、施工工艺等,已不太符合深基坑开挖与支护的实际情形,由此导致基坑工程事故频发,造成巨大经济损失和社会影响.另外,现在城市建筑物之间空间狭小、施工场地局限等因素的存在,往往导致地下设施开挖后,给基坑支护工程施工带来很大的难度.深基坑支护存在问题的主要原因有以下几个方面.

2.1支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当

深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度,但由于地质情况复杂多变,要精确地计算出土压力参数指标值,目前还十分困难,目前的计算依据仍在采用库伦或朗肯公式进行.关于土体其它物理力学参数指标值的选取同样非常复杂,例如在深基坑开挖后,含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数指标值彼此之间就是变化的,很难据此准确计算出支护结构的实际压力.

在深基坑支护结构设计中,如果对地基土体的物理力学参数指标值选取不准,将对设计计算结果产生很大影响.土力学试验数据表明：内摩擦角值的略微相差,便会给其所产生的主动土压力值带来很大不同；原土体的内凝聚力值与开挖后的各参数值相比土体内凝聚力,则差别更大.施工工艺和支护结构形式不同,对土体的物理力学参数的取值也有很大影响.

2.2基坑土体的取样具有不完全性

在深基坑支护结构设计之前,必须对地基土层进行取样分析,以取得比较合理的土体物理力学参数指标值,为支护结构的设计提供可靠的依据.一般在深基坑开挖区域内,按国家规范的要求进行钻探取样.为减少勘探工作量和降低工程造价,不可能钻孔过多.因此,所取得的土样具有一定的随机性和不完全性.而实际上大部分基坑支护工程的建设者都未进行此项工作,这就难免不给工程埋下安全隐患.实际工程地质条件极其复杂、多变,可靠测取相应物理力学指标值是十分必要的.否则支护结构的设计就难免不符合实际地质情况而导致工程问题发生.

2.3基坑开挖存在的空间效应考虑不周

深基坑开挖中大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小.深基坑边坡的失稳,常常在长边的居中位置发生.这说明深基坑开挖所引起边壁土体受力变形是一个空间问题.传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的.对一些细长条基坑来讲,这种平面应变检测设是比较符合实际,而对近似方形或长方形深基坑而言则不尽符合.所以,在未来进行空间问题处理前而按平面应变检测设设计时,要对支护结构作适当调整,以适应由开挖所引起边壁（坡）问题空间效应.

2.4支护结构设计计算与实际受力不符

目前,深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论,但支护结构的实际受力并不那么简单.工程实践表明,有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数,从理论上讲是绝对安全的,但有时却发生了工程事故；有的支护结构安全系数虽然比较小,甚至达不到规范的要求,但在实际工程中却满足安全度要求.

极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计,而实际上开挖后土体是一种动态平衡状态,也是一种土体逐渐松弛的过程,随着时间的增长,土体强度逐渐下降,并产生一定的变形.所以,在设计中必须要充分考虑到这一点.

2.5计算软件的局限性

由于基坑支护工程环境条件非常复杂,现有的计算深基坑支护的各种软件在全国各地的的应用中,不可避免地产生了地区的不适应性.而且,由于现在建筑物的复杂关系,基坑复杂的周边环境,使得单纯用软件计算不能很好反映出来.因此,在用软件进行计算的同时,必须要结合当地的经验,经综合分析考虑后予以取舍,以减少基坑工程的安全隐患.

2.6施工质量

目前建筑市场上施工队杂乱,素质参差不齐,直接影响了基坑工程的施工质量.在一些深大基坑支护工程施工中,不可避免地出现了各种塌方滑坡事件.因此,必须对施工队伍进行严格的管理和整顿,要有各种有效而可靠的应急预案,保证基坑的发现异常和险情,确保能作出快速有效处理,防止工程和人员伤亡事故发生.

3.建筑深基坑支护设计中的主要对策

工程建筑基坑的开挖与支护结构是一项系统工程,涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面.它是集土力学、水力学、材料力学和结构力学等于一体的综合性学科.支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体.因此,工程建筑基坑支护设计与施工必须要综合考虑当地工程地质与水文地质条件、基坑类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求,以及基坑周边荷载、施工季节及施工条件、支护结构使用期限等因素,做到合理设计、精心施工、经济安全、因地制宜、因时制宜、精心勘察、合理设计、精心施工、严格监控.3.1彻底转变传统的设计理念

目前,土压力分布还按库伦或朗肯理沦确定,支护桩仍用“等值梁法”进行计算.其计算结果与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大,既不安全也不经济.由此可见,深基坑支护结构的设计不应再采用传统的“结构荷载法”,而应彻底改变传统的设计观念,逐步建立以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系.这是设计人员需要加强科研攻关的方向.

3.2建立变形控制的新的工程设计方法

目前,设计人员用的极限平衡原理是一种简便实用的常用设计方法,其计算结果具有重要的参考价值.但是,将这种设计方法用于深基坑支护结构,只能单纯满足支护结构的强度要求,而不能保证支护结构的刚度.众多工程事故就是因为支护结构产生过大的变形而造成的.由此可见,评价一个支护结构的设计方案优劣,不仅要看其是否满足强度的要求,而且还要看其是否产生环境问题,关键在于其变形大小.鉴于上述实际,在建立新的变形控制设计方法时,应着重研究支护结构变形控制的标准、空间效应转化为平面应变和地面超载的确定及其对支护结构的影响等问题.

3.3大力开展支护结构的试验研究

正确的理论必须建立在大量试验研究的基础上.开展支护结构的试验研究（包括试验室模拟试验和工程现场试验）,能够积累大量的测试数据,可对同类工程的成功打好基础,为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料.

3.4探索新型支护结构的计算方法

高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命.目前,深基坑支护结构正在向着综合性方向发展,即受力结构与水结构相结合、临时支护结构与永久支护结构相结合、基坑开挖方式与支护结构型式相结合.这几种结合必然使支护结构受力复杂.所以,建立新型支护结构的计算方法,已成为深基坑工程技术的当务之急.

3.5要强化施工队伍建设

3.5.1要强化管理、充分发挥“三检”和监管协调的作用

施工单位要从根本上解决好施工管理人员,特别是项目经理、技术负责人,专业工长的素质和组织管理松懈的思想问题.

3.5.2要坚持持证上岗和岗前培训制度

工程施工中,不但管理人员要具备相应的岗位管理能力,要熟悉各工序的操作程序和质量控制点.操作人员也应具有相应岗位的上岗证,严格管理,对新来人员和离岗较长时间的人员必须做好岗前培训工作,来确保操作人员的操作水平和方法.这样方可达到即节约材料省工,又保证工程质量的目标.

3.5.3要强化质量责任,加强过程控制

喷射混凝土的质量好坏和厚度取决于喷射操作手的操作方法和水平,而其关键又是喷嘴与受喷面的距离、喷嘴移动、水量的调节.施工时,喷嘴与受喷面的最佳距离为0.8～1.0m；喷嘴移动须将其横过坡面且稳定而系统地做圆形或椭圆形移动；水量的调节使喷射混凝土表面产生光泽为止；回弹率的大小与原材料的配合比、施工方法、喷射部位及一次喷射层的厚度有关.

3.6要加强对土方开挖施工工序的组织与管理

深基坑开挖施工中,要精心安排开挖施工分层、分块的部位和时间,精心安排挡土支护的施工时间,以有效地控制基坑已开挖部分的无支护暴露时间和减少土体被扰动的时间与范围,以达到利用尚未被挖动的土体尚能在一定程度上控制其自动位移的潜力,而使其应力控制土体位移和基坑支护周围土体位移之间存在着一定的相关性.所以科学地安排土方开挖施工顺序和控制施工进度,充分利用这种相关性,将有助于控制支护结构的坑周土体的位移.

3.7要实施跟踪监测

在深基坑开挖过程中,我们要及时记录和反馈信息,并进行跟踪监测,以便于随时科学调整施工因素,优化设计.

4.结语

随着大批的高层和超高层建筑的建设,地下建筑开挖时的深基坑支护成为一个必要的施工过程,开发商为提高建筑用地率,加之国家有关规范对基础埋置深度和工程的要求,多层、高层、超高层建筑地下室的设计必不可少,有的地下建筑甚至有三四层,深的达十多米.因此,必须要充分认识工程建筑基坑支护的重要性、复杂性及风险性.无论是工程结构设计,还是施工组织都应当从整体功能出发,将各组成部分协调好,才能确保它的安全可靠、经济合理.