所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2016-09-10 16:01 熱度:
在基坑施工中,為防止基坑發生塌方事故,保證施工的安全性,通常需要對巖土工程基坑開挖采取適當的支護措施。建筑的基坑支護設計應當綜合考慮工程地質與水文地質條件、基坑開挖深度以及周邊環境造成的側壁位移,還包括基坑周邊荷載、支護結構使用期限等因素,最終做到合理設計、精心施工。
《巖土工程技術》促進學科理論發展和學術交流、傳播知識創新和技術創新,加速科技創新成果向現實生產力轉化;刊登巖土工程的基礎理論和應用研究的學術論文、綜述性論文、報道、實物(裝置、系統、產品、材料等)、技術方法、工程實錄以及其他有實用價值的文章等。
1引言
基坑工程是整個高層建筑的重要組成部分,對深基坑支護的施工重在施工過程的控制,因此要求嚴格審查設計圖紙,提高工程的技術人員水平,以及對基坑地質情況的了解程度,從而基坑施工的順利開展。本文探討了巖土工程中,深基坑的支護設計,以供參考。
2巖土工程深基坑支護設計方法分析
2.1創新和完善工程設計理念
我國的巖石工程施工深基坑支護技術已逐漸成熟,也開始總結出深基坑支護結構的受力特點和規律,在當前這樣的形勢下,必須及時預防和明確巖土工程施工中深基坑支護相關問題,及時采取相應有效的解決措施,保證巖土工程施工整體質量,但對我國來說,還沒有足夠完善的深基坑支護結構設計理念以及標準制度,針對施工當中的土壓力分布情況來說,往往通過朗肯理論要明確,而針對支護樁數據來說,往往通過等值梁方法來確定。在這些傳統的計算方法下,計算結果準確性是比較低的。所以,在當前的深基坑支護結構設計當中,必須對以往的結構設計方法進行完善,創造出以施工監測為核心的動態化結構設計體系。
2.2加強變形觀測并及時補救
在實際的深基坑支護當中,往往會出現結構變形的問題,不僅有邊坡變形問題,還有地下管線變形問題等。只有加強現場施工情況的監測和數據的計算,才能及時掌握支護設計應用情況,從而研究出基坑支護結構變形情況等。針對結構設計偏差來說,要及時進行參數校正,還要及時采取相應有效的補救對策。且針對變形觀測人員來說,要保證工作足夠細心認真,一旦發現異樣,要及時上報并及時采取處理措施,從根本上保證工程施工安全性。
2.3建立變形控制的新的工程設計方法
目前,設計人員用的極限平衡原理是一種簡便實用的常用設計方法,其計算結果具有重要的參考價值。但是,將這種設計方法用于深基坑支護結構,只能單純滿足支護結構的強度要求,而不能保證支護結構的剛度。眾多工程事故就是因為支護結構產生過大的變形而造成的,由此可見,評價一個支護結構的設計方案優劣,不僅要看其是否滿足強度的要求,而且還要看其是否產生環境問題,關鍵在于其變形大小。鑒于上述實際,在建立新的變形控制設計法時,應著重研究支護結構變形控制的標準、空間效應轉化為平面應變和地面超載的確定及其對支護結構的影響等問題。
2.4大力開展支護結構的試驗研究
正確的理論必須建立在大量試驗研究的基礎上。有些支護結構工程在支護工程過程中,雖然所積累起來的技術資料較為豐富,但缺乏科學的測試數據,因而難以進行科學合理的分析,無法順利上升到理論高度,是一個較大的劣勢。開展支護結構試驗研究,其內容主要包括實驗室模擬試驗與工程現場試驗,開展試驗雖然需要耗費部分的資金,但因為深基坑支護工程本身投資巨大,如果能夠在進行科學試驗之后,再設計,將會達到節省可觀經費的作用。因此,工程現場試驗非常必要,通過工程實踐所積累的大量測試數據,能夠用于對同類工程的順利開展奠定基礎,從而為理論研究、建立新的計算方法等,提供可靠的第一手資料。
2.5創新支護結構計算方法
高層建筑的飛速發展,給深基坑結構支護帶來了一場技術革命。在成功應用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、鉆孔灌注樁擋墻、地下連續墻等支護結構之后,又創新了雙排樁、土釘、組合拱帷幕、旋噴土錨、預應力鋼筋混凝土多孔板等新的支護結構。而這些支護結構施工過程中,其結構形式計算模型的建立、計算簡圖的選取、設計方法的科學化發展等,仍然是當前新型支護結構設計中需要解決的問題。
2.6設計預應力錨索受力及冠梁
在基坑開挖的過程中,往往會在基坑的底部產生隆起,并導致基坑四周的初始應力場出現變化,進而引起變形。通過持續開挖,增加支護樁兩側的應力,并同時在內外土體面上適當增加支護結構,在進行開挖時,可以通過在水平方向上增加樁體負擔的方式,控制樁的水平位移。在設計計算預應力錨索支護的過程中,需要重視對于材料參數的選擇。依據基坑的周邊狀況、支護結構和安全等級,可以對項目進行設置,具體內容包括周圍的道路地表裂縫、沉降問題;預應力錨索的內力;監測地下水位;排樁樁頂發生的豎向、水平位移等。在實際的設計過程中,需要重視對于排樁的維護設計,要求主要由圍檁和冠梁組成,保證排樁的圍護體具備足夠的剛度,并合理選擇整體構造形式。為了避免頂部發生較大變形,可以將冠梁設置于基坑支護樁的頂部;為了提升基坑支護結構整體剛度,則應當采用基坑頂部的澆筑混凝土冠梁方式,以控制甚至降低基坑支護樁的變形問題。在開挖軟土,或對于深度相對較大的復雜巖土體基坑施工中,建議將冠梁設計于支護樁的頂部,從而提升高支護結構的穩定性、安全性,建議選擇內支撐結構。
3巖土工程中深基坑支護設計實例分析
3.1工程概況
某工程的基坑平面面積為140m×75m,地下室的面積為9000m2左右,該工程主體包括了三幢單體結構,其中兩幢設置有二層地下室,其地下一層的頂層標高為-3.85m,地下二層的頂層標高則分別是-7.65m與-8.40m,基坑的開挖深度處于7.70~9.05m范圍內,局部的開挖深度(電梯井)則達到11.20m。此外,一幢設一層地下室,因此,基坑的開挖深度在3.85~5.35m范圍內。
3.2工程地質特征
根據工程的巖土勘察,發現該項工程的基坑開挖范圍內,巖土成分主要為雜填土、粘土、淤泥、淤泥質粘土等,而各土層巖土工程的指標如表1所示。隙水則主要靠的是河水、大氣降水補給等,因而存在季節性特征。其下層的微承壓水因為深度較深,約達到地面以下69m,對工程基坑無影響,因而不予考慮。而場地內的地下水可能對混凝土造成腐蝕作用,處于空氣氧氣作用下,會腐蝕鋼結構。
3.3基坑支護設計
(1)支護分區,依據深基坑、巖土性質等因素,對支護施工區域進行分區計算。在該項工程中,土層的條件相對來說較為平均,可以利用基坑的開挖深度,來計算承臺底和板底:就周邊承臺相對較小的,可取至底板標高;而承臺相對較大的則取至臺底標高,即可見該工程三個分區的開挖深度控制為7.70m、8.30m、9.05m。(2)支護結構設計①擋土體系。分區一:深度7.70m,使用直徑700mm的鉆孔灌注樁,樁長為22.4m,設置的間距為900mm;分區二:深度達到8.30m,采用鉆孔灌注樁,樁的直徑為800mm,長度為24m,設置間距為1000mm;分區三:深度是9.05m,也采用的是鉆孔灌注樁,樁的直徑是800mm,長度為26m,設置的間距是1000mm。樁身、混凝土強度均要求達到C25。②支護體系。設置兩道混凝土內支撐,支撐面的標高則分別為-1.60m、-6.35m。支撐結構采用的都是現澆混凝土,要求混凝土的強度達到C30,支撐截面的尺寸主要有三種,即600×600、800×800、900×900。支撐平面的布置如圖1所示。(3)支護豎向布置。進行豎向支撐布置旨在控制土體的變形與位移,同時要求合理設置樁身彎矩。兩道支撐的間距必須保證能夠通過運輸車輛和挖掘機械,從而確?酉伦鳂I的順利進行,方便換撐與樓板施工。工程的支護機構共設置了支撐立柱樁48根,均采用的是鉆孔灌注樁,施工之前注意將鋼筋籠、鋼構件進行焊接,然后一起置入孔內。
3.4支護效果分析
在進行基坑開挖的過程中,因為樁間噴射混凝土和挖土之間配合不當,導致7處樁間流土現象的出現。另外,位于基坑北側的一座寺廟是不能拆除的,因此設計單位對該處的地下室進行了調整,而該措施造成挖土至第二道支護標高以下時,也出現了樁間土流失。對此,工程采取了應急措施,即往坑內進行土方回填,并設置警戒區,等到土體基本穩定后,使用鋼板焊接對樁主筋進行圍護。在開挖至基底標高后,在該部位墊層封底。施工結束后,基坑周邊也出現了沉降問題,但都控制在允許的范圍內,因此該工程基坑支護方案是有效的。
4結語
基坑的開挖與支護結構設置對于一項系統工程而言,至關重要,而基坑支護的設計需要綜合土力學、水力學、材料才學以及結構力學等多項學科,才能設計出具有獨立功能的結構。因此,必須注意從支護結構的整體功能出發,將各組成部分協調好,確保其安全可靠、經濟合理。
參考文獻
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文章標題:巖土工程中的深基坑支護設計
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