2021年一級建造師考試市政工程考點(diǎn)1：基坑(槽)土方開挖及基坑變形控制
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2021年一級建造師考試市政工程考點(diǎn)1：基坑(槽)土方開挖及基坑變形控制
一、基本要求
(1)基本規(guī)定如下：
1)應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、降水或隔水要求，確定基坑開挖方案。
2)基坑周圍地面應(yīng)設(shè)排水溝，且應(yīng)避免雨水、滲水等流入坑內(nèi);同時，基坑內(nèi)也應(yīng)設(shè)置必要的排水設(shè)施，保證開挖時及時排出雨水。放坡開挖時，應(yīng)對坡頂、坡面、坡腳采取降排水措施。當(dāng)采取基坑內(nèi)、外降水措施時，應(yīng)按要求降水后方可開挖土方。
3)軟土基坑必須分層、分塊、對稱、均衡地開挖，分塊開挖后必須及時施工支撐。對于有預(yù)應(yīng)力要求的鋼支撐或錨桿，還必須按設(shè)計要求施加預(yù)應(yīng)力。當(dāng)基坑開挖面上方的支撐、錨桿和土釘未達(dá)到設(shè)計要求時，嚴(yán)禁向下開挖。
4)基坑開挖過程中，必須采取措施防止開挖機(jī)械等碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、格構(gòu)柱、降水井點(diǎn)或擾動基底原狀土。
5)當(dāng)開挖揭露的實(shí)際土層性狀或地下水情況與設(shè)計依據(jù)的勘察資料明顯不符，或出現(xiàn)異?，F(xiàn)象、不明物體時，應(yīng)停止開挖，在采取相應(yīng)措施后方可繼續(xù)開挖。
(2)發(fā)生下列異常情況時，應(yīng)立即停止開挖，并應(yīng)立即查清原因和及時采取措施后，方可繼續(xù)施工：
1)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形達(dá)到設(shè)計規(guī)定的控制值或變形速率持續(xù)增長且不收斂。
2)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力超過其設(shè)計值或突然增大。
3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)或止水帷幕出現(xiàn)滲漏，或基坑出現(xiàn)流土、管涌現(xiàn)象。
4)開挖暴露出的基底出現(xiàn)明顯異常(包括黏性土?xí)r強(qiáng)度明顯偏低或砂性土層水位過高造成開挖施工困難)。
5)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常聲響。
6)邊坡或支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)征兆。
7)基坑周邊建(構(gòu))筑物變形過大或已經(jīng)開裂。
二、基坑(槽)的土方開挖方法
(1)根據(jù)不同的開挖深度采用不同的施工方法，主要開挖方法包括以下兩種:
1)淺層土方開挖：第一層土方一般采用短臂挖掘機(jī)及長臂挖掘機(jī)直接開挖、出土，自卸運(yùn)輸車運(yùn)輸。在條件具備的情況下，采用兩臺長臂液壓挖掘機(jī)在基坑的兩側(cè)同時挖土，一起分段向前推進(jìn)，可以極大提高挖土速度，為及時安裝支撐提供條件，圖1K413023-1為某工程表層土方開挖示意圖，圖1K413023-2為淺層接力挖土示意圖。
2)深層土方開挖：當(dāng)長臂挖機(jī)不能開挖時，應(yīng)采用小型挖掘機(jī)，將開挖后的土方轉(zhuǎn)運(yùn)至圍護(hù)墻邊，用吊車提升出土，自卸車輛運(yùn)輸?shù)姆椒?坑底以上0.3m的土方采用人工開挖。圖1K413023-3為深層抓斗吊配合小型挖機(jī)挖土示意圖。
上述開挖方法是典型的地鐵車站基坑開挖方法，其長處在于水平挖掘或運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸分離，可以多點(diǎn)垂直運(yùn)輸，緩解了縱坡問題、支撐延遲安裝問題，極大地提高了挖土速度，可以有效保證基坑的安全。
(2)基坑分塊開挖順序：
地鐵車站的長條形基坑開挖應(yīng)遵循“分段分層、由上而下、先支撐后開挖”的原則，兼作盾構(gòu)始發(fā)井的車站，一般從兩端或一端向中間開挖，以方便端頭井的盾構(gòu)始發(fā)。
對于地鐵車站端頭井，首先撐好標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)的對撐，再挖斜撐范圍內(nèi)的土方，最后挖除坑內(nèi)的其余土方。斜撐范圍內(nèi)的土方，應(yīng)自基坑角點(diǎn)沿垂直于斜撐方向向基坑內(nèi)分層、分段、限時地開挖并架設(shè)支撐。具體見圖1K413023-4，圖中序號為土方分塊開挖順序。
三、基坑的變形控制
(一)基坑變形特征
1.土地變形
基坑開挖時，由于坑內(nèi)開挖卸荷造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)外壓力差作用下產(chǎn)生水平向位移，進(jìn)而引起圍護(hù)外側(cè)土體的變形，造成基坑外土體或建(構(gòu))筑物沉降;同時，開挖卸荷也會引起坑底土體隆起?？梢哉J(rèn)為，基坑周圍地層移動主要是由圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移和坑底土體隆起造成的。
2.圍護(hù)墻體水平變形
當(dāng)基坑開挖較淺，還未設(shè)支撐時，不論對剛性墻體(如水泥土攪拌樁墻、旋噴樁墻等)還是柔性墻體(如鋼板樁、地下連續(xù)墻等)，均表現(xiàn)為墻頂位移最大，向基坑方向水平位移，呈三角形分布。隨著基坑開挖深度的增加，剛性墻體繼續(xù)表現(xiàn)為向基坑內(nèi)的三角形水平位移或平行剛體位移;而一般柔性墻如果設(shè)支撐，則表現(xiàn)為墻頂位移不變或逐漸向基坑外移動，墻體腹部向基坑內(nèi)凸出。
3.圍護(hù)墻體豎向變位
墻體的豎向變位給基坑的穩(wěn)定、地表沉降以及墻體自身的穩(wěn)定性均帶來極大的危害。特別是對于飽和的極為軟弱地層中的基坑工程，當(dāng)圍護(hù)墻底下因清孔不凈有沉渣時，圍護(hù)墻在開挖中會下沉，地面也隨之下沉;另外，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)下方有頂管和盾構(gòu)穿越時，也會引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)突然沉降。
4.基坑底部的隆起
隨著基坑的開挖卸載，基坑底出現(xiàn)隆起是必然的，但過大的坑底隆起往往是基坑險情的征兆。過大的坑底隆起可能是兩種原因造成的：
(1)基坑底不透水土層由于其自重不能夠承受下方承壓水水頭壓力而產(chǎn)生突然性隆起;
(2)基坑由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入坑底土層深度不足而產(chǎn)生坑內(nèi)土體隆起破壞?；拥淄馏w的過大隆起可能會造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。
另外，由于坑底隆起會造成立柱隆起，進(jìn)一步造成支撐向上彎曲，可能引起支撐體系失穩(wěn)。因此，基坑底土體的過大隆起是施工時應(yīng)該盡量避免的。但由于基坑一直處于開挖過程，直接監(jiān)測坑底土體隆起較為困難，一般通過監(jiān)測立柱變形來反映基坑底土體隆起情況。
5.地表沉降
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形及坑底土體隆起會造成地表沉降，引起基坑周邊建(構(gòu))筑物變形。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基坑圍護(hù)呈懸臂狀態(tài)時，較大的地表沉降出現(xiàn)在墻體旁;施加支撐后，地表沉降的最大值會漸漸遠(yuǎn)離圍護(hù)結(jié)構(gòu)，位于距離圍護(hù)墻一定距離的位置上。
(二)基坑的變形控制
(1)為保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近建(構(gòu))筑物等安全，必須控制基坑的變形以保證鄰近建(構(gòu))筑物的安全。
(2)控制基坑變形的主要方法有：
1)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐的剛度。
2)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度。
3)加固基坑內(nèi)被動土壓區(qū)土體。加固方法有抽條加固、裙邊加固及二者相結(jié)合的形式。
4)減小每次開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)處土體的尺寸和開挖后未及時支撐的暴露時間，這一點(diǎn)在軟土地區(qū)施工時尤其有效。
5)通過調(diào)整圍護(hù)結(jié)構(gòu)或隔水帷幕深度和降水井布置來控制降水對環(huán)境變形的影響。
(三)坑底穩(wěn)定控制
(1)保證深基坑坑底穩(wěn)定的方法有加深圍護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度、坑底土體加固、坑內(nèi)井點(diǎn)降水等措施。
(2)適時施作底板結(jié)構(gòu)。
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