3、基坑工程中的環境保護
對于基坑周圍環境的保護,人們積累了許多的保護經驗,如選用剛度大的圍護結構、進行基坑內外的地基加固以提高土體的抗變形能力、對基坑近旁的建筑物和構筑物進行地基加固或地基處理、在基坑與建筑物間設置隔斷樁或隔斷墻以及注漿保護、通過少量注漿影響變形傳播的途徑等措施;盡管保護方法千差萬別,但其作用的機理不外乎是減少基坑開挖的影響、提高圍護環境的抗變形能力、切斷影響途徑等3種。
3.1基坑工程中的環境保護
時空效應法是為解決深基坑整體穩定和坑周地層位移控制問題、參考新奧法隧道施工中的時空效應理論和大量軟土基坑實踐而提出的一種計算和控制基坑結構變形及周圍地層位移的方法。通過大量的軟土基坑實踐,人們已經意識到:在基坑施工過程中,每個開挖步驟的開挖空間幾何尺寸、圍護墻無支撐暴露面積和時間等施工參數對基坑變形具有明顯的相關性。考慮時空效應的施工步驟的主要特點是:根據基坑規模、幾何尺寸、圍護墻體及支撐結構體系的布置、基坑地基加固和施工條件,按照“分層、分塊、對稱、平衡、限時”的原則確定施工方案。時空效應法強調設計與施工密切配合,一改以往設計工況與施工工況不符的現狀,實踐證明,科學地制定考慮時空效應的開挖和支撐的施工設計方案,能可靠、合理地利用土體本身在開挖過程中控制位移的潛力,達到控制坑周地層位移以及保護環境的目的。從而改變目前基坑中為控制坑周地層位移而不合理地采用昂貴的地基加固做法。
從工程實用性和可靠性出發,在基坑支護結構(擋墻、支撐及擋墻被動區加固土體)的內力及變形計算中,采用彈性計算法所用的較簡單的力學模型和設計參數項目,但對其中反映基坑變形總體效應的最主要的綜合參數——基坑擋墻被動區的水平抗力系數,按一定的地質和施工條件,做出經驗性的修正。此綜合參數是土的力學性指標和每一步基坑挖土的空間尺寸及暴露時間的函數,其數值是根據在一定施工條件下基坑開挖中所測出的基坑變形數據,經反分析而得出的控制標準及設計外荷等依據的同時,合理地選定施工程序及施工參數,以完善設計依據并提供實施設計的保證,從而有效地解決流變性地層中深大基坑的控制變形設計不符合實際的問題。
根據基坑工程設計所選定的主要施工參數,按基坑規模、幾何尺寸、支撐形式、開挖深度和地基加固條件,提出詳細的可操作的開挖和支撐的施工程序及施工參數。開挖和支撐的施工工序基本是按“分層、分步、對稱、平衡”的原則而制定的,最主要的施工參數是分層開挖的層數。每層開挖深度以及基坑擋墻被動區土體在基坑中間部分地層先開挖的工程中保留成支撐擋墻的土堤,此土堤斷面尺寸按其能抵住擋墻的要求而定,亦為主要設計參數;嚴格按選定的施工程序和施工參數施工,就使復雜多變的施工因素變為較明確而有規律性的施工因素,其引發的時空效應也能較好地符合設計預期的要求。
在長方形基坑中,基坑開挖和支撐的施工技術要點是,按一定長度分段開挖和澆筑結構,在每段開挖中再分層。每層分小段開挖和支撐,隨挖隨撐,施加預應力,每小段的開挖和支撐的施工時間限制在一定限值之內。在不規則的基坑施工中,采用分層盆式開挖法,在每一層開挖中間部分并安裝或澆注此范圍的支撐,而后將各根支撐兩端支承擋墻的土堤,分步、對稱拆除并即時安裝或澆注其間頂住擋墻的部分支撐。每個分步的開挖和支撐施工時間,根據支撐方式等具體情況,給定明確的控制值。
在運用基坑開挖中的時空效應規律時,基坑結構特性參數、地基土(包括加固土體)特性參數及施工工藝參數都是相互影響并共同對控制變形發揮作用的基本要素,它們都是控制基坑變形的設計依據,控制變形的設計要素。
3.2基坑降水為減少井點降水對周圍建(構)筑造成的影響和危害,通常采取下列措施:
?。?)采用全封閉形的擋土墻或其它的密封措施,如地下連續墻、鎖口鋼板樁、灌注樁、旋噴樁、水泥土攪拌樁等,將井點設置在坑內,井管深度不超過擋土墻的深度,僅將坑內水位降低,而坑外的水位將維持在原來的水位;
?。?)根據工程實際情況,適當地調整井點管的埋置深度;一般情況下,井點管的埋設深度應該使基坑內的降水曲面在坑底下0.5~1.0m;如在沒有密封形擋土墻的情況下,基坑降水不僅使坑內水位下降,也使坑外水位下降。如果在降水影響區范圍內有建(構)筑物、管線等需要保護時,可在確?;硬话l生流砂和地下水不從坑壁滲入的條件下,適當地提高井點管設計標高;
?。?)井點降水區域隨著降水時間的延長,向外、向下擴張,若在兩排井點的當中,基坑很快形成降水曲面,坑外降水曲面擴張較慢。因此,當井點設置較深時,隨著降水時間的延長,可以適當地控制抽水量和抽吸設備真空度。當水位觀察井的水位達到設計控制值時,調整設備使抽水量和抽吸真空度降低,達到控制坑外降水曲面的目的;
(4)采用井點降水與回灌相結合的技術,在井點降水管井與需要保護的建筑、管線間設置回灌井點、回灌砂井或回灌砂溝,持續不斷地用清潔水沖洗,(以免土體發生孔隙堵塞,降低土地滲透性能而影響回灌效果)回灌,形成一道水幕,以減少沉降;
?。?)井點應連續運轉,盡量避免間隙和反復抽水,因為每次降水都會產生沉降,增加反復抽水地次數,使總的沉降量積累到相當可觀的程度。
?。?)為減少坑內井點降水,減少降水曲面向外擴張,防止鄰近建筑物基礎下地基土因水位下降、水土流失而產生的沉降,在井點降水前,在需要控制沉降的建筑物基礎周邊,布置注漿孔,控制注漿壓力。
3.3控制基坑變形的措施在基坑工程設計時,應考慮有關的影響因素:
(1)設計時,應根據環境要求選擇基坑位移的控制等級;
(2)基坑的最大的水平位移值,與基坑開挖深度、地質條件及支護結構類型等有關,在基坑支護結構體系的設計滿足要求時,支護結構水平位移最大值與基坑底土層的隆起抗力系數存在一定的統計關系;
(3)圍護體系的平面形狀與變形有一定的關系,從受力分析可知,圓形、弧形、拱形比直線形要好;工程實踐經驗表明,在最不利的轉角位置、墻后地面和墻面容易出現裂縫,因此,圍護樁體系的平面形狀不一定非得與底板形狀一致。
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