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基于建筑工程质量控制的基坑支护技术和应用
０ 引言
基坑工程,作为工程建设的重要组成部分,地域性很强,是一个综合性、系统性、实践性很强的岩土工程.荷载增加、基础埋深加大,客观上要求高层建筑需要采用深基坑.在市政管网、城市建筑物密集地区,由于工程施工现场场地狭小,地下管线、道路基础设施、相邻建筑物纵横交错,给深基坑工程施工带来了很大困难,传统意义上经济合理的放坡开挖技术根本无法实现工程目的,客观上需要采用先进的支护结构体系.
但是,如果设计不当,施工过程控制不严,基坑支护结构可能引发基坑失稳、周边管线破坏、基坑变形过大,周边相邻建筑物滑移、倾斜、开裂,严重的导致倒塌,势必给社会造成巨大损失.充分调查工程和水文地质条件、基础结构形式以及建筑周边条件,结合当地同类型工程经验做法,选择科学的基坑支护形式,通过先进适用的基坑支护技术,满足基坑工程安全施工、经济施工的要求,从而实现工程建设项目的安全目标、质量目标、进度目标、成本目标,是当前及今后一段时间急需解决的重要课题.
１ 常见基坑工程质量问题分析
１．１ 基坑坍塌
（1）基本概况
据统计,近年来在住房和城乡建设部备案的重大施工坍塌事故中,基坑坍塌的比例最高达到５１．３９％.塌方事故给社会经济、人类生命造成了巨大损失.基坑坍塌分布情况如下表１：
（2）基坑坍塌的类型
主要包括两种,第一,基坑边坡土体承载力不足；地表及地下水渗流作用,造成的涌砂、涌泥、涌水等导致边坡失稳,基坑坍塌；基坑底部土体隆起,造成基坑、边坡土体滑动,从而导致坍塌.第二,基坑支护结构的强度、刚度、稳定性不足,从而导致边坡失稳,结构破坏,基坑坍塌.
（3）基坑坍塌事故原因分析
地质勘查报告不符合要求,缺乏土体物理力学性能指标及其适用性,无法满足支护设计的需要,支护结构设计与实际支护需求不相符.有的工程项目,缺乏基坑支护设计,有的工程项目即使有支护结构设计,但设计存在严重缺陷,具有安全隐患.放坡不当,没有根据地质和基坑周边环境特征来计算边坡的高宽比以及边坡的稳定性.在降排水方面,控水方案制定不合理,排、降、截、止水方法不当；控水过程没有实施必要的监测,未对可能出现的险情,采取有效的应急预案.在专项施工方案方面,方案的制定缺乏科学的依据,没有充分考虑地质及水文条件、现场周边环境；专项施工方案手续不齐全,未经有关部门审查便付诸实施；甚至,有的工程项目根本没有专项施工方案,现场作业人员违章指挥.在基坑开挖过程中,没有科学合理地布置观测点,基坑边坡土体的水平位移、垂直位移、水渗透影响、支护结构应力和变形严重超过允许范围.施工质量达不到设计要求,比如,护坡桩缩颈、断桩,强度、刚度、稳定性不够,护坡桩入土深度不足,锚杆、土钉没有达到设计长度要求,摩擦力不足等.还有,工程技术和管理人员缺乏专业知识,技术、管理水平偏低,有的甚至把围墙当成挡土墙使用.
１．２ 基坑变形过大
基坑变形包括支护结构变形、坑底隆起变形、以及基坑周围土体变形.基坑设计过程中,未能充分考虑周围土体变形；设计过程中漏算、少算桩顶堆土、行走挖土、堆放材料、运输汽车等地面附加荷载,从而导致支护结构强度、刚度、稳定性不足.在截排水方面,灌注桩、截水桩质量不符合设计要求,无法形成有效的止水帷幕,在动力水压的作用下,桩间土大量流入基坑,桩外侧土体发生位移,使地面产生大量沉降.施工方法、施工顺序不当,如桩身强度未达到设计要求,未按要求设置错杆,挡土桩桩顶圈梁施工未完成,就将基坑开挖至设计深度,使土应力突然释放,土压力短时间急剧增加,从而导致支护系统产生较大的侧移变形.施工质量不达标,比如锚杆未深入到可靠的土体层；现场施工组织、管理不善,基坑上部未进行及时卸土、削坡,挡土桩嵌固深度不足,在支护系统顶部任意堆放工程用料、停放大型施工机械,使支护系统严重超载,变形过大,从而产生基坑坍塌.
同时,在基坑降排水过程中,由于地下水位下降,基坑周边土体中孔隙水压力突然消散,导致土体中有效应力大增,土体产生新的固结沉降.而且,随着基坑土体开挖,周边土体处于临空状态,破坏了原有的结构平衡,土体应力开始释放,剪切滑动破坏时常发生,在原有荷载的作用下,沉降的产生不可避免.
１．３ 基坑漏水
基坑开挖过程中,由于不同施工工艺混合施工、截水防漏方案不合理以及施工工艺本身存在的缺陷,使得地下止水帷幕不连续,未能形成完整的止水体系,这是导致基坑漏水的主要原因.基坑支护设计时,没有详细调查场地地质、水文条件以及周边环境情况,设计桩长不足,未能穿过基坑底粉细砂层.挡土桩设计、施工未形成闭合,桩间空隙形成水流,水流顺着间隙流入基坑,产生漏水现象.施工过程中,可能存在基坑周边给水排水管道破裂,降水效果不理想,大量水流携带泥沙涌入基坑.在地下连续墙施工过程中,在墙缝部位、预埋接驳器等环节,由于混凝土振捣不密实,容易产生渗漏现象.同时,混凝土结构工程环节,由于混凝土密实性、养护龄期、粗骨料最大粒径、外加剂的影响,都有可能引发基坑渗漏.还有,基坑开挖后产生的过大变形,也是导致渗漏的因素之一.支护结构不均匀变形,导致接缝处相对位移滑动,从而产生接头处漏水.
１．４ 管涌现象
基坑施工过程中,土颗粒骨架间的细小颗粒被渗透水流带走,在土层中形成通道,水土集中涌出的现象称为管涌.由于管涌的发生,基坑土紧跟而来,水面翻花,管涌持续时间长,使得地基土颗粒骨架遭受严重破坏,下部基坑土层被掏空,引起坍塌.同时,基坑土层缺少必要的中间颗粒的黏性土,当坑外存在高水位现象,如果流出逸点的渗透坡降大于允许坡降,基坑土层的细小颗粒被渗流带走,极易形成管涌.还有,基坑土层中有强透水层,上层覆土压力不足；施工过程中防渗墙、排水设施效能不佳,也是产生管涌的重要因素.
１．５ 坑底隆起
基坑施工过程中,土体强度的破坏是坑底隆起破坏的根本原因.基坑开挖施工前,虽然支护结构施工对周围土体会产生一定的扰动影响,但此时的土体应力水平并没有发生明显变化,基坑内外的应力作用仍处于平衡,坑底破坏作用不明显.随着开挖深度的增加,基坑土体部分区域应力超过允许的强度极限,土体向压应力较小的基坑内侧发生剧烈塑性流动,从而产生基坑底部隆起.卸荷产生的回弹变形,破坏了天然土体原始的应力状态；土体松弛、蠕变,部分大体竖向约束力被解除；基坑的开挖使支护结构在背后土侧压力作用下向基坑方向产生位移,导致竖向支护结构前的土体受挤推；施工过程中,坑底积水,排水不畅；坑底土压力小于水压力,这些事产生坑底隆起的重要原因.
２ 基坑支护的主要先进技术及其应用
基础工程通常具有周边环境复杂,地上地下障碍物多,干扰多的特点.项目部开工进场后应该由技术负责人组织工程现场和周围环境调研,进行现场勘查.如何实现基坑工程的安全质量目标,先进适用的基坑支护技术是值得探讨的问题.
２．１ 排桩技术
对于基坑侧壁安全等级为一、二、的基坑支护,排桩支护结构尤为适用.根据不同的工程地质及实际需要,可以采用单排桩、双排桩；同时,也可以依据工程特点设计成拉锚式支护结构,锚杆式支护结构、内撑式支护结构以及悬臂式支护结构.在各种支护结构体系中,灌注桩具有对地层适应性强、造价低、噪音小、承载力大、低振动等优点.采用“钻孔灌注桩＋锚杆支护技术”,设计合理,施工质量合格,监测准确,可有效地防治基坑坍塌、变形过大等质量问题；采用“钻孔灌注桩＋旋喷桩止水帷幕＋内支撑支护”可以有效防止变形过大、漏水、管涌、坑底隆起、坍塌等质量问题.
２．２ 土钉墙技术
土钉墙是一种传统的支护技术,是一种原位土体加筋技术,其基本构造为通过设置在坡体中的加筋杆件与其周围土体牢固黏结形成的复合体及面层共同构成的支护结构.相对于其他支护技术,土钉墙技术具有灵活机动、针对性强、造价低、轻型便捷等优点,适用于基坑侧壁安全等级为二、的非软土工程项目.同时,土钉墙支护技术对地下水位、基坑深度有明显要求,深度大于１２ｍ不适宜采用；地下水位高于基坑底面时,必须采取降水、截水等措施.在实际工程项目中,设计科学合理、施工合格,能严格进行检测的情况下,土钉支护可有效防止坍塌、变形过大等质量问题.
２．３ 地下连续墙技术
地下连续墙通过先构筑导墙,采用液压导板斗沿导墙中心取土成槽,在槽内出土的同时,装入同体积的人造泥壁作为护壁,严格控制垂直度；达到设计深度时,借助成槽机进行一次扫孔,泵吸二次清孔实现清除槽底沉渣,保证墙体承载力；将现场平台上制作好的钢筋笼,采用起重设备整体入槽；接下来,采用导管法浇筑水下混凝土.地下连续墙技术适用于各种水文地质、施工环境,具有振动小、噪声低,墙体整体性好,刚度大,抗渗性、耐久性能好,对周边建筑物、地下市政设施影响小的优点.采用地下连续墙施工技术,能有效提高坑壁围护结构的稳定性；防止地下水的渗透破坏作用；与地下结构工程相结合,可作为地下工程外墙的一部分,大大提高地下工程外墙结构的耐久性.
２．４ 水泥土桩墙技术
水泥土桩墙支护技术,是在充分利用水泥系材料作为固化剂,通过深层搅拌机、高压施喷机进行充分搅拌,在地基土中就地将原状土和固化剂强制拌和,使固化剂和软土产生系列物理化学反应,从而实现软土达到一定强度、整体性和稳定性的特征,并将桩相互搭接,形成壁墙或格栅状墙,维持基坑边坡土体稳定.水泥土桩墙支护技术是在加固饱和软黏土地基的方法上发展起来的,具有施工简单、节约钢材、止水、造价低等优点,能广泛适用于淤泥、淤泥质土和含水量大的粉土、黏土等地基土层.
２．５ 钢板桩技术
作为一种新型支护材料,可周转使用,具有施工进度快、工艺简单、挡土承载力大的特点,同时,具有防水挡土功能.按工程实际要求,钢板桩可分为Ｕ形、Ｚ形、直线型等形式.
２．６ 型钢水泥土复合搅拌桩支护技术
型钢水泥土符合搅拌桩支护结构,简称为ＳＭＷ工法,是由日本株式会研发的,同时具备挡土、防水功能.其通过特制的深层搅拌机自上而下将施工场地原位土体切碎,将水泥浆等固化剂从搅拌头处注入,与土体共同搅拌,搭接施工,形成水泥土地下连续墙；在水泥土硬化前,将型钢插入墙体中,形成水泥墙与型钢的共同体.型钢水泥土复合搅拌桩支护技术广泛应用于粉土、砂砾石土、黏性土等深基坑工程项目中.施工时,振动小,对临近土体扰动小,对邻近建筑物、构筑物、管线、道路危害较小.
２．７ 逆作法施工技术
逆作法施工技术,是一种利用建筑物地下结构自身的抗力,实现支护基坑的目的.其将地下结构的外墙作为基坑支护的挡墙,将结构梁、板作为水平支撑结构,将结构框架柱作为支撑水平构件的立柱,进行自上而下作业.具有节约用地、节约钢材、节能环保的特点,同时,可以大大缩短建设工期,广泛用于城市中心建筑密集地区、地下水位较高、施工场地狭小、地下室埋深不大的高层、超高层以及大型地下建筑项目.施工过程中,关键问题是节点的处理,也是防水抗渗的关键.
基坑支护是岩土工程中的一个新的领域,受工程地质、水文条件、现场环境影响大,是工程建设项目质量控制的重点.随着经济的发展以及技术的进步,新材料、新技术、新工艺不断产生并应用工程实际,作为工程技术人员,只有不断探索、钻研才能实现工程管理目标.
参考文献
１ 李继业、李树枫．深基坑支护存在的问题与研究方向［Ｊ］．建筑技术开发．２００１（１１）
２ 住房和城乡建设部工程质量安全监管司．建筑工程质量控制先进适用技术手册．［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社,２０１２
（责任编辑 晓 天）
质量控制论文范文结:
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