关于建筑深基坑支护结构设计的探析论文_韩见森

韩见森(中铁十四局集团建筑工程有限公司,山东,济南,250014)

【摘 要】近年来,随着高层建筑的兴起,建筑施工技术得到了大幅的发展。其中深基坑支护作为高层建筑建设施工中直接关乎施工安全和建筑质量的关键内容,受到了人们的广泛关注。本文将以中铁山语观邸基坑支护的设计为例,从深基坑支护设计的内容、方法和原则着手,论述支护结构挡墙的选型、支护体系的选型和计算等内容,对建筑深基坑支护结构的设计进行探析。

【关键词】深基坑支护;结构设计;高层建筑;中铁山语观邸

深基坑支护设计中的内容多以支护体系的方案比较和造型、支护结构的强度和变形验算为主。同时还需要对水土压力,地面、侧向和施工荷载以及邻近建筑对施工的影响进行充分的考虑。在设计过程中,要以安全可靠、经济合理和便捷施工为设计原则,再在此原则的基础上选择合理的方案。此外,还需要对其承载力极限状态进行计算,对土体、结构承载力和锚杆、支撑的承载力和稳定性进行计算,掌握其极限状态,同时还要对基坑周围环境和变形情况进行验算。

一、拟建工程概况拟建工程场地位于泰安市泰山区傲徕峰路以东、康复路以北,规划建设用地面积约3.28 公顷,由九栋11 层住宅楼、一栋配套商业楼及地下车库组成。场地为拆迁场地,地形整体呈北高南低变化趋势。场地绝对标高152.19~156.72m,其高差4.53m。地下车库为整体大开挖,地下1 层,地下车库底板底标高为149.80m~151.30m(已考虑基坑底部混凝土垫层和防水层厚度),基坑开挖深度为4.45~5.75m,周长约695m。配套1#商业楼基坑开挖深度4.25~4.50m, 基坑周长约130m。场区地下水类型为第四系孔隙潜水,主要补给来源为大气降水,主要排泄途径为人工开采及地表蒸发。拟设计地下车库开挖轮廓近似为不规则梯形,南北宽约130m,东西长约220m。基坑上口地面绝对标高按153.0~156.40m 考虑, 基坑深度h 为4.45~5.750m。

二、支护结构挡墙的选型(1)钢板桩和钢筋混凝土板桩:较为常用的钢板桩有简易槽钢和热轧锁扣两种,其中热轧锁扣钢板桩又以U、Z、H、一字和组合型为主。U 型钢板桩可以通过互相咬接形成板桩墙,组合型基本只在较深基坑中才能使用。其截面可以阻挡一定程度的水分。

(2)钻孔灌注桩排桩挡墙:是一种通过顶部浇筑钢筋混凝土圈梁来设成内支撑体系的挡墙,其钢度和抗弯性能都比较好,变形量很小,在土质较好或软土地区都能够发挥很好的作用。将其与深层搅拌水泥土桩挡墙组合起来使用,抗弯性能和挡水作用还能得到提升。

(3)H 型钢支柱、木挡板支护挡墙和地下连续墙:该支护结构适用于土质较好且地下水位较低的地区。将H 型钢支柱按一定的间距打入,支柱间设置木挡板或者其他挡土设施,适用于地下水位较高的地区。

(4)自然放坡和土钉墙:在土方开挖时,利用土体的天然特性(如走势)所设置的开挖坡度而形成的土坡就称之为自然放坡。在进行基坑边坡支护时,大多都会选用土钉墙,直接操作就是利用秃顶对原位土体进行加固,以确保基坑边坡的稳定性,主要由土钉、钢丝网喷射混凝土面板构成。

三、本工程基坑支护方案的选择3.1 支护方案选择理由在选择挡墙时,首先要以满足施工要求为前提,将对周围环境的影响降到最低,并结合施工方的经济利益来考虑。另外,在进行挡墙选型时,应当充分考虑到所选的挡墙与支撑选型、地下水位和挖土方案的配套性,确保选型的正确性和合理性。在设计过程中,要以安全可靠、经济合理和便捷施工为设计原则,再在此原则的基础上选择合理的方案。由于本工程的施工场地地形整体呈北高南低变化趋势,而且土钉墙施工相对简单,结构设计较为容易,通常在地下水位之上且具有较好密实度的砂土地层上使用。因此可以顺应施工场地的地势进行支护结构设计,选用自然放坡和土钉墙相结合的支护方案。在土方开挖时,利用土体的天然特性设置开挖坡度。此外,在深基坑施工过程中,若基坑的深度较大,就需要通过支撑系统来加强悬臂挡墙的强度来提升其抗变形能力。支撑体系一般分为内支撑和外拉锚,较浅基坑选用内支撑,通过钢板桩挡墙将其固定在锚桩之上,进而提升其强度,还可以用圆钢管和H 型钢来提升挡墙的抗变形性能,同时还能够获得较好的预应力,在利用钢结构支撑时,可以使用液压千斤顶。在实际施工中,可以酌情选取。

3.2 本工程设计方案本工程在维持降水条件下,采用自然放坡和土钉墙支护方案,对整个施工区域进行分区设计,共分为四种型式进行支护设计:(1)1-1 剖面(A1B 段)和3-3 剖面(CD段):开挖深度分别为5.05m 和4.95m,基础埋深需开挖到第② 层卵石,故将上部2.0~3.0m 深度范围回填土挖除,水平错台2.0m,按照1:0.5 放坡开挖,采用错台自然放坡型式,坡面挂钢筋网喷射混凝土防护。

(2)2-2 剖面(BC 段)、7-7 剖面(MN段)、8-8 剖面(NA1 段)、9-9 剖面(STUVQ段):基坑开挖深度4.45~5.75m,按照1:0.5放坡。采用土钉墙支护体系,挂钢筋网喷射混凝土防护,设置2 道土钉,土钉长度为3.0~6.0m,水平间距1.5~2.0m。

(3)4-4 剖面(DH1 段):地下车库基坑东侧场地开阔,坡顶2 米以外设置施工道路和材料堆场,采用1:1 自然放坡,坡面挂钢筋网喷射混凝土防护。

(4)5-5 剖面(H1K 段)、6-6 剖面(LM段)、10-10 剖面(RS 段):地下车库南侧及配套2#商业楼地下室东侧场地狭窄,坡顶局部回填土方,场地整平后自然标高为54.0~154.70m。基坑开挖深度4.45~4.70m,采用1:0.7 放坡,设置2 道土钉。土钉长度为4.5~6.0m,水平间距1.50~2.0m,坡面挂钢筋网喷射混凝土防护。此处坡顶2.0m 以外建设单位应做好防、排水处理措施,防止雨水淤积。

四、支护结构计算在设计完成之后,需要依据荷载、抗力、压力等内容对支护结构的设计结果进行验算,根据验算结果判断设计的合理性,确保实际投入使用的支护结构能够满足需求。此外,还需要对其承载力极限状态进行计算,对土体、结构承载力和锚杆、支撑的承载力和稳定性进行计算,掌握其极限状态,同时还要对基坑周围环境和变形情况进行验算。

而且支护结构作为建筑主体结构的一部分,还会受到上部建筑物的荷载作用,加之温度变化和混凝土收缩和徐变都会引起变形和失控效应,这些因素都需要在验算中充分考虑。

从基坑整体来看,主要验算的内容是支护结构的整体稳定性,可分解为各个支护部分的稳定验算。由于篇幅有限,本文仅以4-4 剖面DEFG 段和2-2 剖面BC 段的整体稳定验算为例,具体如下所示:

2-2 喷射混凝土面层计算结果五、应用效果根据支护结构的计算结果,可知该支护结构的设计能够完全满足支护结构的强度、稳定性和抗弯性能要求。预计在投入使用后,基坑支护的整体防水能力、稳定性、抗变形能力较明显,而且支护施工整体而言较为简便。但在基坑支护结束后需要注意危险情况的预警,当出现基坑支护后出现基坑周围建筑物移位大于10mm,或沉降速率大于2mm/d;基坑支护结构的土钉有断裂、松弛或拔出现象;观测井内地下水位下降较快,累计超过1.0m,变化速率达到500mm/d;基坑周边建筑裂缝宽度达到2.0mm,地表裂缝宽度达到10mm,且持续发展等情况时,需要报警,若情况严重则应立即停工,对基坑支护结构和周围环境中的保护对象采取相应应急措施。

六、结语在实际深基坑支护设计中,可以选用的类型很多,因此必须根据工程和场地的具体情况和施工方的工程经验来选择,在满足支护结构的稳定性和强度要求下,确保其具有足够的承载能力,同时将支护结构的安全性、适用性和经济型考虑在内。

参考文献:[1]陈威宇.浅谈建筑深基坑支护结构设计[J].科技创新与应用,2014-08-08.[2]杨海林.建筑深基坑支护优化设计研究及应用[D].中国地质大学(北京),2013-05-01.[3]白洪潮.深基坑支护技术方案的选择及其优化设计[D].长江大学,2012-04-01.

论文作者:韩见森

论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期

论文发表时间:2016/7/12

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