2021年一級建造師考試市政工程考點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)應根據(jù)支護結構設計、降水或隔水要求，確定基坑開挖方案。
2)基坑周圍地面應設排水溝，且應避免雨水、滲水等流入坑內;同時，基坑內也應設置必要的排水設施，保證開挖時及時排出雨水。放坡開挖時，應對坡頂、坡面、坡腳采取降排水措施。當采取基坑內、外降水措施時，應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。對于有預應力要求的鋼支撐或錨桿，還必須按設計要求施加預應力。當基坑開挖面上方的支撐、錨桿和土釘未達到設計要求時，嚴禁向下開挖。
4)基坑開挖過程中，必須采取措施防止開挖機械等碰撞支護結構、格構柱、降水井點或擾動基底原狀土。
5)當開挖揭露的實際土層性狀或地下水情況與設計依據(jù)的勘察資料明顯不符，或出現(xiàn)異常現(xiàn)象、不明物體時，應停止開挖，在采取相應措施后方可繼續(xù)開挖。
(2)發(fā)生下列異常情況時，應立即停止開挖，并應立即查清原因和及時采取措施后，方可繼續(xù)施工：
1)支護結構變形達到設計規(guī)定的控制值或變形速率持續(xù)增長且不收斂。
2)支護結構的內力超過其設計值或突然增大。
3)圍護結構或止水帷幕出現(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(包括黏性土時強度明顯偏低或砂性土層水位過高造成開挖施工困難)。
5)圍護結構發(fā)生異常聲響。
6)邊坡或支護結構出現(xiàn)失穩(wěn)征兆。
7)基坑周邊建(構)筑物變形過大或已經開裂。
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及長臂挖掘機直接開挖、出土，自卸運輸車運輸。在條件具備的情況下，采用兩臺長臂液壓挖掘機在基坑的兩側同時挖土，一起分段向前推進，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：當長臂挖機不能開挖時，應采用小型挖掘機，將開挖后的土方轉運至圍護墻邊，用吊車提升出土，自卸車輛運輸?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輸和垂直運輸分離，可以多點垂直運輸，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遵循“分段分層、由上而下、先支撐后開挖”的原則，兼作盾構始發(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始發(fā)。
對于地鐵車站端頭井，首先撐好標準段內的對撐，再挖斜撐范圍內的土方，最后挖除坑內的其余土方。斜撐范圍內的土方，應自基坑角點沿垂直于斜撐方向向基坑內分層、分段、限時地開挖并架設支撐。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，由于坑內開挖卸荷造成圍護結構在內外壓力差作用下產生水平向位移，進而引起圍護外側土體的變形，造成基坑外土體或建(構)筑物沉降;同時，開挖卸荷也會引起坑底土體隆起。可以認為，基坑周圍地層移動主要是由圍護結構的水平位移和坑底土體隆起造成的。
2.圍護墻體水平變形
當基坑開挖較淺，還未設支撐時，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)為向基坑內的三角形水平位移或平行剛體位移;而一般柔性墻如果設支撐，則表現(xiàn)為墻頂位移不變或逐漸向基坑外移動，墻體腹部向基坑內凸出。
3.圍護墻體豎向變位
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，當圍護墻底下因清孔不凈有沉渣時，圍護墻在開挖中會下沉，地面也隨之下沉;另外，當圍護結構下方有頂管和盾構穿越時，也會引起圍護結構突然沉降。
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生突然性隆起;
(2)基坑由于圍護結構插入坑底土層深度不足而產生坑內土體隆起破壞?；拥淄馏w的過大隆起可能會造成基坑圍護結構失穩(wěn)。
另外，由于坑底隆起會造成立柱隆起，進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
圍護結構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)筑物變形。根據(jù)工程實踐經驗，基坑圍護呈懸臂狀態(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離圍護結構，位于距離圍護墻一定距離的位置上。
(二)基坑的變形控制
(1)為保證基坑支護結構及鄰近建(構)筑物等安全，必須控制基坑的變形以保證鄰近建(構)筑物的安全。
(2)控制基坑變形的主要方法有：
1)增加圍護結構和支撐的剛度。
2)增加圍護結構的入土深度。
3)加固基坑內被動土壓區(qū)土體。加固方法有抽條加固、裙邊加固及二者相結合的形式。
4)減小每次開挖圍護結構處土體的尺寸和開挖后未及時支撐的暴露時間，這一點在軟土地區(qū)施工時尤其有效。
5)通過調整圍護結構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結構入土深度、坑底土體加固、坑內井點降水等措施。
(2)適時施作底板結構。
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