摘要:城市建设所用土地近两年也出现了匮乏的情况,特别是中大型城市开始转而向高层建筑以及地下建设等方向发展了。但是不论地下建设还是高层建筑都需要提高深基坑工程的质量,才能提高深基坑的稳定性。本文将研究在高敏感地质条件下,精细化控制深基坑变形的应用技术,以期提高深基坑工程的稳定性和安全性。
关键词:高敏感环境;深基坑变形;精细化控制
现代化城市,特别是发达城市地下管网与线路都是错综复杂,非常容易受到外界施工的影响。如果在开挖深基坑的时候出现失误操作,将会严重破坏周围土层,特别是软土地区,还会让深基坑开挖工程难度升高。实践经验告诉我们,饱和软土深基坑开挖中最容易发生土体变形。
一、软土深基坑发生位移变形的主要原因
(一)饱和软土特性
以上海土质条件为例,上海地处冲击性平原,地下十米深处之内都是软黏土,含水量高,粘性大,孔隙比大,压缩性高,因此这样的软黏土的抗剪强度也比较小,主要形态表现为流塑态或者软塑态,能够固结的时间很长,有效应力增长比较慢,相应地基强度也比较小[1]。因此当进行深基坑开挖的时候,很容易扰乱其形态,而且这样的软土层也需要更多的时间来重新固结在一起,稳定速率很低。
(二)土体微结构变化
如果因为有应力、震动、温度等外界因素的影响,土体微观结构会首先发生变化,比如出现的土颗粒簇破碎、胶结物质破坏、土体结构丧失等现象,微观结构变化到一定程度就会使得土体层理发生错位,扩大裂隙等变化[2]。
(三)深大基坑卸荷特性
通过实践经验总结,我们发现深大基坑比起窄基坑而言,更会导致周围土体发生沉降,而且沉降量和范围很大,扩大速度是成倍的增速。再通过岩土深层滑移的理论解释,我们会发现,因为窄基坑不要挖很大的宽度,因此也就没有足够的空间来生成滑移带,开挖对于周围土体的影响也会比较小。但是因为现代化城市空间的压缩,使得深大基坑成为了建筑的主要方向,其开挖深度与宽度也是持续增加,对周围土体的负面影响也会逐渐增大。
二、高敏感环境下深大基坑变形精细化控制技术应用
(一)分块、分区施工工艺
按照深层岩土滑移理论和实践经验,高敏感地区,深大基坑出现深层滑移的可能性就越大,因此施工人员要全面考虑深大基坑布局以及场地条件,展开分块、分区的施工工艺。一般对于较大的深基坑应当要保护好目标,将其放置于中心位置,对于小型基坑要放置在大型深基坑旁边,以此形成保护圈,并且将小型深基坑排列成窄条形,设计宽度为20m范围之内。首先开挖中心位置的大型深基坑,尽可能不影响大型深基坑周边的小型基坑,防止保护目标出现震动。而当开挖紧邻中心位置的小型基坑时,需要控制小型基坑的开挖尺寸,一般而言,小尺寸的开挖深度可以防止深基坑周边土体出现滑移的情况。施工人员要都能分段分层进行开挖,要进行支护技术的施工保护,来防止基坑周围支护结构发生变形等情况。
(二)加固软土流变土体,精准开挖支护施工技术
因为软土具有流塑以及软塑等特性,应当根据实践经验和其他工程施工理论知识,比如说学习隧道开挖中提前用注浆等方法加固的技术。在深基坑开挖前,施工人员也需要对临时需要加固的地方进行注浆加固,以此来密实以及稳定基坑周边流变软土土体。并且要利用软土艘具有的塑流变的特性以及时空效应肌理,按照分层分块的方法,分别开挖与支撑,由此来减少暴露基坑土地的时间,加快建立基坑平衡性的施工进程,降低基坑变形的发生概率。每个分段之间应当设计1-2个水平支撑的距离,也就是3-8m;而每层的厚度应当根据竖向的支撑距离来定,一般为3-4m[3]。此外施工人员还需要注意的是,在每次开挖与支持技术应用时,要严格控制时间,尽可能在12小时之内完成。
(三)对于深基坑支撑轴力以及维护结构变形精细化控制系统
现阶段最欠缺的控制深基坑变形的理论,因为地址条件比较复杂,还没有专家或者学者能够全方面的总结出深基坑精细化控制变形的理论对策来。深基坑维护结构产生位移变形和支撑轴力之间是非线性的相互影响的关系,因此很难简单的通过当支撑轴力来精确控制基坑的维护结构。而精细化控制系统这是基于实时补偿基坑钢支撑轴力系统而延伸出来的,其实是监测系统中有成串的探头,可以水平位移对对深基坑维护结构开展实时监测,并且还可以自动拟合曲线和曲面,对维护结构的实时状态以及变形趋势进行分析和预测,并且还可以分析变形状态是否符合变形控制的要求。这些产生的数据与结构都会实时反馈到中央处理器,这样的系统能够节省大多人力。
如果变形程度已经超过可控制范围之内,中央处理器则会向补偿系统发出解决命令,继而可以有效防止维护结构进一步发生变形。其次就是对监测系统不仅能发挥有效的监测效果,还能对最终的控制变形效果进行验证,以此来实现良好的内环控制围护结构发生变形,让变形程度始终控制在合理与稳定的范围之内,一般情况标准控制范围应当是在5mm范围之内的微变形,这样的变形是可以被允许的。
(四)基坑钢支撑轴力实时补偿系统
在深基坑开挖的过程中,基坑钢支撑的轴力是一直发生变化的,而为了避免传统钢支撑轴力技术的问题,施工人员可以依据自动控制的相关理论,在深基坑钢支撑轴力施工中应用液压自动伺服控制系统,以便能对系统压力进行实时监测,还能比较实际压力值和设定标准压力之间的差额,然后根据设定的标准压力值相对应的支撑轴力,对轴力进行精准的诊断,然后在自动根据标准轴力对实际轴力进行实时的调整。这样才能实现的良好的调控变形效果,保证深基坑周边保护目标的稳定性和安全性。
(五)构建远程智能可视化管理微变形平台
为了实现多层级、多任务以及多目标的深基坑工程监控目标,提高深基坑开挖时土体的安全性,保证施工能够在周边的高敏感环境内得到正常的开展,远程智能可视化管理平台可以一改传统管理与控制的缺陷,可以组建多个任务以及多个终端,实现的远程综合化的管理。远程可视化管理平台可以对多个项目进行同时管理,并且还可以利用大数据技术来对监测到的数据及性能分析,为后续开挖施工提供精准的方向和工艺选择。
结语:
根据多年的深基坑施工经验,总结与创新出两种适用于高敏感环境下的施工工艺和防变形的控制系统,也就是深大基坑变形精细化控制技术,在实践施工中应用精细化控制深大基坑的技术能够降低变形的可能性,大大保障了深大基坑的稳定性和安全性。
参考文献:
[1]王旭军. 上海中心大厦裙房深大基坑变形特性及盆式开挖技术研究[D].同济大学,2014.
[2]丁勇春. 软土地区深基坑施工引起的变形及控制研究[D].上海交通大学,2009.
[3]黄伟. 填海造陆地区深大基坑变形时空效应及其控制研究[D].重庆大学,2015.