基坑动态施工与监测技术

一、设计与施工存在的问题
    1.1　土压力的计算
    传统设计方法采用朗肯土压力理论或库仑土压力理论计算土压力，并将土压力作为已知的外荷载，用以求解围护桩墙的内力及验算稳定性。实际上土压力是土和结构物界面上的接触压力，它的大小和分布取决于结构物的变形特征和界面特征。经典土压力理论没有考虑挡墙本身的变形，将挡墙作为完全刚性的，只考虑挡墙的平移或转动等刚性位移，但象桩墙或地下连续墙等柔性围护结构，会产生较大的变形，而且在支撑的约束下，变形非常复杂，实际的土压力大小和分布与经典理论的计算结果有一定的距离。
    1.2　固护结构与土体的变形问题
    围护系统和土体的变形是支护结构各部分与土体及外界因素相互作用的反映，是结构内力变化与调整的宏观结果。其特征和数值是整个系统是否正常工作最直观的标志，又是突发性事故发生的前兆，因而是施工控制的主要依据。土层的沉降及位移更直接地影响到周围建筑物、地下管线及道路交通的正常运营。
    1.3　围护结构的内力计算
    传统设计法中支撑力是通过开挖最终状态的系统静力平衡条件确定的。而基坑实际施工过程中，支撑是在土层开挖，捎土桩墙有一定变形后设置的。下一道支撑是在上一道支撑受力变形，基坑继续开挖后设置的，并非同时设簧，实际受力条件与设计条件明显有异，其数值理所当然地偏离设计值。在传统的设计法中，围护桩墙的内力也是按开挖最终状态的土压力和支撑力计算的。
    1.4　土质参数的选择
    土的物理力学性质参数是随着其生成条件及存在环境而改变的。即使在同一城市的不同地点，同一土层的参数也不可能是完全一样的。因而每一工程在设计计算之前都面临着土质参数的选择问题，而参数选择恰当与否对计算结果又有很大的影响。在传统设计法中，土质参数是设计者在勘察资料所提供的众多数据中凭经验选择的，其准确性难以检验，而且某些土质参数会随着基坑开挖施工而变化。
    二、动态施工和监测技术
    2.1　动态施工过程
    动态施工的实质是依靠现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程，其模型如图（l）所示。在施工过程中，及时把监测成果与设计所预期结果进行比较，对原设计进行评价并判断施工方案的合理性，不断优化设计和完善施工方案，预测下一段施工可能出现的新行为、新动态，对后续的开挖方案与开挖步骤提出建议。对施工过程中可能出现的险情进行及时的预报，当有异常情况时立即采取必要的补救措施，将问题抑制在萌芽状态，使基坑施工始终处于受控状态，以确保工程安全。
    2.2　实现动态施工的技术要点
    2.2.1调查研究与资料采集
    基坑开挖施工中，在工地现场获得的信息可分为地质信息、工程信息和监控量测信息三类。其中地质信息包括土层介质的种类和分布、软弱夹层的分布和地下水位等工程与水文地质条件特征，以及通过工程勘察获得的容重、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角和渗透系数等物理力学特性参数；工程信息包括拟建工程的建筑布置，开挖方案和支护型式，以及由施工过程实录反映的进度、挖方量和支护施工步骤等；监控量测信息泛指可用仪表在工程现场直接量测的，在地层或支护中产生的位移量、应变量或应力增量的量测值，以及用以描述这些物理量随时间变化规律的曲线等。
    2.2.2预报计算
    基坑开挖开始前，可获得的信息主要是地质信息和由工程施工计划提供的工程信息。作为初步阶段，在采集以上信息的基础上，应参照现有理论和经验对基坑工程进行预报计算，包括对施工过程中各个工况、特别是关键工况的基坑稳定性、支护结构的安全性以及坑周地层移动和对周围建筑及设施的影响程度进行验算，并提出符合规定标准要求的基坑工程开挖和支护体系施工方案。
    2.2.3确定合理的施工程序及施工参数。
    无论在流塑、软塑粘性土的软弱地层或在地下水以上较密实砂性土或可塑、硬塑粘性土等较稳定的地层，因基坑开挖对地基卸荷而引起的基坑稳定和变形的问题，总是在不同程度上存在的，合理的开挖程序及开挖施工参数是确保基坑稳定和控制基坑变形以符合设计要求的重要关键，各种地层的基坑开挖施工均应以下的基本要求：
    （1）要分层开挖，每挖一层及时加好一道支护；
    （2）在每层土开挖中，同时开挖的部分，在位置及深度上，要以保持对称为原则，防止基坑支护结构承受偏载；
    （3）确定支撑及围檩的质量要求，特别是加工及安装的允许偏心值，并在施工管理中，加强对支撑构件的生产及安装质量的保证措施；
    （4）规定施工场地、土方、材料、设备的堆放场地及堆放量，限定基坑旁边的超载；
    （5）确保排水、堵水及降水的措施，严防围护墙体发生水土流失而导致基坑失稳；
    （6）合理确定地基加固的范围和质量要求以及检验方法；
    （7）配备满足出土数量和时间要求的开挖设备、运输车辆以及道路和堆场条件；
    （8）提出监测设计，落实按监测信息指导施工防止事故的条件。
    2.3　开挖与监测
    基坑工程施工中，通常都需随时监测支护结构和周围地层实际发生的变形、内力和承受的荷载，并据此分析工程施工的安全性。这些监测数据常被绘制成位移或应力随时间或空间而变化的曲线。监控量测中，应注意内力、位移量及其变化率随时间而发展的规律，随时进行分析，并在其值超过警戒值或监测曲线出现异常变化时及时分析原因，姒便在必要时及时采取加强支护结构或改变施工步骤等对策措施。
    三、安全性判别与动态设计
    动态施工过程中，应根据监测数据的分析，对基坑工程的安全性作出判断，并在预计有可能出现险情时就是否增设支撑或改进施工方法提出对策建议。进行这类工作时应予注意的事项有：
    1.必须同时分析基坑支护和周围地层在当前开挖阶段和基坑工程施工全过程中的安全性，使其最大内力和位移量都不超过允许值，据以作出安全性预测的判断。
    2.必须同时对基坑工程的全部保护目标都进行安全性判断，而不单是基坑支护自身，尤应注意对重点保护目标（如重要建筑物），原则上应对所有测点的变形趋势和整体变形都进行分析，据以对安全性评价作出结论。
    3.设计和施工方案进行调整后，应根据后续监测数据对新方案的效果进行评估。
    四、结束语
    总而言之，深基坑工程开挖施工和监测方面应具备完善的指导设计和施工的理论和方法。本文提到的基坑动态施工与监测技术能为深基坑工程开挖施工和监测方面提供比较好的实用价值。
2015-05-25 11:55