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组合支护在建筑深基坑施工中的运用实例

发布时间:2018-08-13

摘要

  深基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全, 对深基坑侧壁及周边环境采用的支档、加固与保护的措施。深基坑的作业位置较深 (大于5m) , 或者施工地点环境复杂, 应用常规支护方式可能难以满足作业要求, 因此一些组合支护技术得到重视、提出, 这些技术有利于保证深基坑施工的安全性, 针对相关支护要点、技术应用等内容展开分析, 具有较为突出的现实意义。

  1、建筑工程深基坑施工支护要点

  1.1、稳定性

  稳定性是建筑工程深基坑支护的基本要求, 深基坑施工会造成对周边土体的扰动, 当这种扰动超过土地能够承受的极限, 就会造成土体的松动、位移, 通过支护技术可以实现力的分散、传导, 并阻挡基坑边缘土体活动。如果施工地点情况较为复杂, 支护技术的应用可以实现有效保护。如地下室位置施工, 周边存在老化建筑、管网, 施工过程中, 大型器械带来的震动可能导致老化建筑地下部分、近地部分被破坏, 也可能影响管网工作, 使管网周围力平衡被打破。应用支护技术能够降低施工对周边环境的影响, 保证力学方面的稳定性。

  1.2、安全性

  深基坑施工的特点突出, 一旦出现事故, 造成的经济损失和人员伤亡也相对较大。研究人员收集并分析了我国近年来深基坑施工事故情况, 数据如表1所示。

表1 深基坑施工事故情况
表1 深基坑施工事故情况

  结合表1数据可以发现, 近年来我国深基坑施工事故发生率正逐渐降低, 但人员伤亡依然在1人以上, 且经济损失没有得到有效控制。强调组合支护技术的应用, 有助于提升施工作业安全性。在文献资料中, 研究人员发现, 应用组合支护技术的744例工程中, 事故发生数为4起, 占比0.5%;没有应用组合支护技术的514例工程中, 事故发生数为11起, 占比2.1%, 差异十分明显, 这也要求进一步在深基坑施工作业中强调安全性[1]。

  1.3、范围性

  范围性是指在深基坑施工过程中, 通过合理应用组合支护技术保证深基坑范围均能得到保护, 提升对施工作业的总体保护作用。早在19世纪, 德国学者就针对基坑施工的安全性进行过分析, 进入20世纪后, 随着建筑技术的持续优化, 更多学者开始进行深基坑防护工作研究, 在美国学者威廉姆斯 (Williams) 的研究中, 应用支护结构 (威廉姆斯使用的是木结构) 、且改变组合方式的情况下, 深基坑的范围性防护效果能够明显提升, 如果使用金属结构, 这种范围性还可以进一步得到优化[2]。考虑到深基坑施工的危险性, 当前施工支护的防护范围多借由组合式支护结构作为保证, 以重复性的小结构应对固定范围内的力学变化, 并将其传导至地下部分, 如图1中所示为某大型工程深基坑施工作业的支护结构, 其重复性明显, 且依靠三角形结构和弧面设计实现结构稳定和便捷的传力。

图1 深基坑施工作业的支护结构
图1 深基坑施工作业的支护结构

  2、建筑工程深基坑施工中常见支护技术以及组合支护技术

  2.1、常见支护技术

  结合一般工作资料可以发现, 目前建筑工程深基坑施工中常见支护技术包括排桩支护、连续墙支护、水泥挡土墙支护、自立式支护、喷锚支护、水平支撑以及组合支护等多种形式。以排桩支护为例, 排桩支护通常由支护桩、支撑及防渗帷幕等组成, 将能够起到承重作用的桩体均衡排布在深基坑周围, 承受基坑边缘土体扩散、位移产生的力, 维持基坑力学方面的稳定, 避免出现安全问题。组合支护是对不同支护形式的联合应用, 可以综合发挥不同支护形式的优势, 提升支护效果。

  2.2、自立式支护技术

  自立式支护强调应用刚性条件较为理想的结构提升支档、加固与保护水平。以挡墙作为主要结构, 控制深基坑周边的土体移动, 实现力平衡。2015年7月, 辽宁省大连市某地进行商民两用建筑建设, 使用自立式支护技术作为核心进行组合支护。该次施工基坑深度为7.7m, 地下水水位距离基坑底部1.9m, 设计挡墙厚度0.52m, 以硅酸盐水泥和细骨料作为主要材料进行挡墙建设, 以挡墙作为支护结构主体, 为避免出现渗水问题, 所有挡板之间缝隙距离进行严格控制, 应用复合胶体进行大空隙的封堵。挡墙建设完成后, 组合应用支撑构件作为支护体系。支护设施建设共进行17d, 满足施工工期要求, 且造价较预算额降低2.2%, 效果良好[3]。

  2.3、桩锚支护技术

  桩锚支护技术要求地基基础条件较为理想、土质致密, 软土环境下不适宜应用桩锚支护技术。桩锚支护技术的构造形式较为简单, 将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中, 另一端与围护桩相联, 依靠围护桩进行传力、导力, 保证维护结构的稳定。在应用桩锚支护技术时, 要求对施工地点基本情况进行测定, 如果软土层厚度不超过1.2m, 且场地土层条件不复杂, 基本属于同类土壤, 可以应用桩锚支护技术。

  施工作业开始前, 还应对水平位置和垂直位置进行测量和标注, 保证支护结构与基坑底部的夹角在20~45°之间, 如果基坑边缘整体长度超过140m, 或者单一边长超过40m, 应考虑锚杆轴向抗拔力问题, 需将其控制在700~800k N之间。

  2.4、喷锚支护技术

  喷锚支护技术多用于地下水水位异常、人工填土、粘性土、弱胶结砂土环境, 构造形式上, 该技术强调将混凝土、锚杆、围岩通过技术性手段连为一个整体, 一般先进行混凝土喷层建设, 之后建立锚杆支护系统, 使混凝土的刚性优势、锚杆的导力优势得到同步发挥, 借此提升整体支护效果。施工作业开始前, 首先要求对施工场地进行测量, 如果基坑深度大于12m, 应逐层进行混凝土喷层建设, 并确保喷层厚度满足锚杆使用要求, 一般喷层厚度不低于4~5cm, 完成初步建设后, 还应测定支护效果, 尤其是锚杆的导力性能。由于喷锚支护对操作场地的要求不高, 工程造价相对较低。

  3、建筑工程深基坑施工中组合支护技术的应用实例

  3.1、工程概况

  2013年9月, 湖北省武汉市某地进行深基坑施工, 建设单位为中冶南方 (武汉) 置业有限公司, 建筑范围较大, 基坑设计深度为9m, 由于当地水网发达, 地下水存在上溢可能, 常规支护手段应用效果有限。施工单位根据建设地点基本状况, 拟定应用桩锚支护技术、自立式支护技术、喷锚支护技术组合的方式保证支护成效。

  3.2、应用过程与结果

  施工作业开始前, 技术人员拟定了总体方案, 先进行自立式支护施工, 建设了厚度为25cm的挡墙, 之后以锚杆支护与挡墙实现连接, 通过锚杆进行导力, 分散挡墙承受的直接荷载, 最后进行喷锚支护, 混凝土喷层分为两个层次: (1) 层次高6.1m, 平均厚度5cm; (2) 层次高2.9m, 平均厚度4cm。施工所用锚杆为钢合金材质, 具备良好的导力性能和延伸性, 抗压强度28MPa, 满足设计要求。深基坑施工在此条件下具体开展, 持续1个月零6天, 期间技术人员收集了相关数据情况, 结果如表2所示。

表2 施工数据信息
表2 施工数据信息

  结果上看, 本次施工如期完成, 组合支护技术应用效果良好。

  4、总结

  综上, 建筑工程深基坑施工中, 组合支护技术的应用效果突出, 应给予重视和推广。深基坑施工带有一定特殊性, 要求实现稳定性、安全性, 并发挥范围性作用, 在此要求下, 目前常用的组合支护技术包括自立式支护、桩锚支护、喷锚支护三种, 这三种技术具有各自的优劣势, 且适用范围上也存在差异, 实例分析证明了上述理论的价值。后续工作中, 可结合实际需要具体选取支护技术。

  参考文献
  [1]方东辉.深基坑支护技术在建筑工程施工中的应用分析[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2018 (01) :170~171.
  [2]张华柱.基于建筑工程深基坑施工中的组合支护技术应用探究[J].建材与装饰, 2016 (47) :1~2.
  [3]石玉龙.深基坑支护技术在建筑工程施工中的应用分析[J].军民两用技术与产品, 2014 (07) :202~203.

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