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试述建筑基坑支护工程安全性的影响因素
试述建筑基坑支护工程安全性的影响因素
摘要:在建筑基坑施工时,为确保施工安全,防止塌方事故发生,必须对开挖的建筑基坑采取支护措施,本文分析了当前深基坑支护存在的安全问题,提出了深基坑支护设计中的注意事项和预防措施。
关键词:建筑基坑;基坑支护;安全性
一、 问题的提出
在建筑基坑施工时,为确保施工安全,防止塌方事故发生,必须对开挖的建筑基坑采取支护措施。建筑基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基坑类型、基坑开挖掘深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求,基坑周边荷载、施工季节、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。
近几年来,高层建筑的迅速兴起,促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验,新技术、新结构、新工艺不断涌现。但是,现在的城市建筑间距很小,有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米,给基础工程施工带来很大的难度,给周围环境带来极大威胁,也相应地增加了施工工期和施工费用。另外,原来的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等,已不符合深基坑开挖与支护结构的实际情况,导致一些基坑工程出现事故,造成巨大的损失。因此,深基坑支护的安全问题工程技术人员应予以高度重视。
二、深基坑支护存在的问题
(一)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,但由于地质情况多变且十分复杂,要精确地计算土压力目前还十分困难,至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题,尤其是在深基坑开挖后,含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值,很难准确计算出支护结构的实际受力。
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取值不准,将对设计的结果产生很大影响。土力学试验数据表明:内磨擦角值相差5°,其产生的主动土压力不同;原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力,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选择也有很大影响。
(二)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,以取得土体比较合理的物理力学指标,为支护结构的设计提拱可靠的依据。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。为减少勘探的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。但是,地质构造是极其复杂、多变的、取得的土样不可能全面反映土层的真实性。因此,支护结构的设计也就不一定完全符合实际的地质情况。
(三)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,常常以长边的居中位置发生。这足以说时深基坑开挖是一个空间问题。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,这种平面应变假设是比较符合实际的,而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以,在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时,支护结构要适当进行调整,以适应开挖空间效应的要求。
(四)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。工程实践证明,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,但有时却发生破坏;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,而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态,也是一个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,在设计中必须充分考虑到这一点。
三、深基坑支护设计中的注意事项
(一)彻底转变传统的设计理念
近十几年来,我国在深基坑支护技术上已经积累很多实践经验,收集了施工过程中的一些技术数据,已初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规律,为建立深基坑支护结构设计的新理论和新方法打下了良好的基础。但是,对于深基坑支护结构的设计,国内外至今尚没有一种精确的计算方法,多数是处于摸索和探讨阶段,我国也没有统一的支护结构设计规范。土压力分布还按库伦或朗肯理论确定,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。
(二)建立变形控制的新的工程设计方法
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