论文部分内容阅读
【摘要】 深基坑支护的设计、施工、监测技术是高层建筑施工中的技术难题。深基坑的护壁,既要求保证基坑内正常作业安全,又要防止基坑及周围土体移动,并保证附近建筑物的安全。本文通过对不同方案的对比,介绍深基坑支护的有关技术,供大家交流。
【关键词】 深基坑;支护技术;论述
【中图分类号】 TU-0 【文献标识码】 C【文章编号】 1727-5123（2011）02-142-02
随着我国经济建设的迅速发展，各个城市的大型和超高层建筑大量涌现。迄今为止，全国高度超过２００米的超高层建筑已达２０余幢。基坑工程呈现出紧（场地紧凑）、近（工程距离近）、深（越来越深）、大（规模和尺寸大）等特点。目前国内高层建筑地下室最深的福州新世纪大厦地下六层，深度为－２６．２ｍ。还有就是国家大剧院，地下室为三层，基坑深度达－３２．５ｍ。深基础施工是大型和高层建筑施工中极其重要的环节，而深基坑支护结构技术无疑是保证深基础顺利施工的关键。
深基坑的衡量标准，国外有的把深度２０ｆｔ（约６．１ｍ）作为深基坑的界限，我国的施工及验收规范对深基坑未作明确的界定。按照相关《建筑施工现场管理标准》，深基坑是指开挖深度超过５ｍ或地下室三层以上，或深度虽未超过５ｍ，但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。
基坑支护设计与施工要综合考虑工程地质与水文条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素。基坑支护施工控制的关键是基坑的稳定性、地面变形及地下水的控制、防止基坑隆起、管涌与流砂等险情，并要根据地质、环境因素的变化适时地调整支护方案。
深基坑支护的基本要求：①技术先进，结构简单，受力可靠，确保基坑围护体系能起到挡土作用，使基坑四周边坡保持稳定。②确保基坑四周相邻建（构）筑物，地下管线、道路等的安全，在基坑土方开挖及地下工程施工期间，不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害。③通过排水、降水、截水等措施， 使基础施工在地下水位以上进行。④经济上合理，保护环境， 保证施工安全。
深基坑支护结构的主要作用是挡土，使基坑在开挖和基础施工的全过程中能安全顺利地进行，并保证对临近建筑和周边环境不产生危害。目前国内深基坑支护技术有：地下连续墙排柱支护、水泥搅拌柱、土钉墙及复合土钉墙、喷锚网支护、逆作法与半逆作法施工、环形支护结构等等。实践中根据土质条件、基坑深度、地下水情况等，结合不同支护方式的优缺点，选择经济合理的方案。
１基坑开挖支护方案选择
拟建建筑物开挖深度为５．５０ｍ左右，根据场地工程地质及水文地质条件可以考虑的支护方案大体有三种。①为无支护放坡大开挖方案。但在开发区超软地基中， 表层有１３ｍ厚的淤泥质土层，含水量在５０％左右，强度很低， 是欠固结土层，不采用支护而开挖５ｍ深坑，实际是很难施工的。由于无支护大开挖将会影响周围邻近建筑物，道路及各种管道会变形，因而此方案是不可取的，也是很难实现的。②采用钻孔灌注支护排桩，桩顶设置帽梁，并设内支撑。此方案从技术上是可行的，但结合开发区超软地基的特点，地表下１７ｍ范围内主要为淤泥质土层，支护桩长度一般要穿过此层，所以桩长要大于１７ｍ，再加上钢筋混凝土帽梁及内支撑，因而造价是高的，对于５．５ｍ深基坑明显是不经济的。③是采用水泥搅拌桩格构状重力式挡墙。此方案结合开发区土层及开挖深度为５．５ｍ的条件，从技术经济条件分析是比较合理的。重力式挡墙要满足稳定性、强度及变形要求，经多次试算，各项指标基本上能达到设计要求，因而确定为终选方案。
２水泥搅拌桩挡墙的设计计算
为确保基坑支护结构的安全可靠，必须进行全面、完整、严谨的设计计算。本文总结了一整套水泥搅拌桩挡墙的设计计算要点，其中主要包括：桩体截面的选择、稳定性验算、墙体强度验算以及变形估算等内容，并据此进行了该工程的设计计算。
２．１墙体截面的选择。根据土质条件和基坑开挖深度Ｈ，先确定搅拌桩插入基坑底深度Ｄ。按照天津沿海地区的施工经验， 一般要求Ｄ／Ｈ≥１．１～１．２，且宜插到不透水层，以阻止地下水的渗流。墙体宽度Ｂ一般可取Ｂ／Ｈ＝０．８～１．０，且不宜小于０．６。本工程墙厚３．２ｍ系考虑采用了３排密排双头钻机并相互咬合而得。由此我们得到的墙体剖面图见图１，排桩图见图２。
２．２稳定性验算。改进的简单条分法进行验算，计算结果显示最小安全系数Ｋ０＝１．５８７。
用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数Ｋ０＝ １．６８５。
提示：最小安全系数大于1．２～１．３，即可认为整体稳定性安全。若选用的土质参数是快剪指标，那么当最小安全系数大于１．１时，即可认为整体稳定性安全。
用不同方法进行的基坑抗隆起稳定性验算结果见表２。
用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗滑移稳定性验算，计算结果显示抗滑移安全系数Ｋｓ＝１．３５＞１．３，满足抗滑移安全需要。
用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗倾覆稳定性验算，计算结果显示抗倾覆安全系数Ｋｔ＝１．６５４＞１．５，满足抗倾覆安全需要。
墙底地基承载力验算，计算结果显示：地基承载力设计值ｆｂ＝２１５．７１９ｋＰａ，墙底平均压应力ｐ＝２００．１１ｋＰａ，墙底最大压应力ｐｍａｘ＝２３３．３１１ｋＰａ，墙底最小压应力ｐｍｍ＝１７６．９０９ｋＰａ。由于ｐ＜ｆｂ，ｐｍａｘ＜１．２ｆｂ且ｐｍｉｎ＞０，因此满足地基承载力安全需要。
基坑的抗管涌稳定性验算，计算结果显示抗管涌安全系数２．３墙身强度验算。①用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值?滓ｃｍａｘ＝２００．６５９ｋＰａ＜［?滓］＝４００ｋＰａ，满足墙身抗压强度要求。②用弹性抗力法计算，结果显示墙身拉应力最大值σｌｍａｘ＝０．００ｋＰａ＜［ｌ］＝１６０ｋＰａ，满足墙身抗拉强度要求。③用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值τｍａｘ＝３１．０８ｋＰａ＜［τ］＝３４３．３９３ｋＰａ，满足墙身抗剪强度要求。
２．４变形估算。用弹性抗力法计算墙体位移，结果显示墙体顶端位移４．１３ｃｍ，基坑底部墙体位移２．５１ｃｍ，墙体底端位移－０．２１ｃｍ。具体分布形式见图３。
假定地表沉降曲线为三角形，计算结果显示基坑周围地表最大沉降量为３．９５ｃｍ。
假定地表沉降曲线为抛物线，计算结果显示地表最大沉降量为２．５７ｃｍ。
３结束语
该基坑工程在地质条件与周围环境较差的情况下，采用水泥搅拌桩支护结构方案，达到了预期的目的，为建设单位减少投资与工程早日完成投入使用创造了条件。基坑设计与施工一般情况下都没有问题，但在运行管理期间，施工单位在基坑周边附近堆放重物超载、施工过程破坏了边坡整体面或基坑周边来回跑车时，也极易造成基坑失稳事故。因此，支护完毕后，应要求支护施工单位与总承包单位办理阶段验收和文字移交手续，将基坑支护情况、监测结果、注意事项等书面转交总包单位，同时要求继续委托有资质的检测单位加强监测，以便出现问题时界定责任。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】 深基坑;支护技术;论述
【中图分类号】 TU-0 【文献标识码】 C【文章编号】 1727-5123（2011）02-142-02
随着我国经济建设的迅速发展，各个城市的大型和超高层建筑大量涌现。迄今为止，全国高度超过２００米的超高层建筑已达２０余幢。基坑工程呈现出紧（场地紧凑）、近（工程距离近）、深（越来越深）、大（规模和尺寸大）等特点。目前国内高层建筑地下室最深的福州新世纪大厦地下六层，深度为－２６．２ｍ。还有就是国家大剧院，地下室为三层，基坑深度达－３２．５ｍ。深基础施工是大型和高层建筑施工中极其重要的环节，而深基坑支护结构技术无疑是保证深基础顺利施工的关键。
深基坑的衡量标准，国外有的把深度２０ｆｔ（约６．１ｍ）作为深基坑的界限，我国的施工及验收规范对深基坑未作明确的界定。按照相关《建筑施工现场管理标准》，深基坑是指开挖深度超过５ｍ或地下室三层以上，或深度虽未超过５ｍ，但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。
基坑支护设计与施工要综合考虑工程地质与水文条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素。基坑支护施工控制的关键是基坑的稳定性、地面变形及地下水的控制、防止基坑隆起、管涌与流砂等险情，并要根据地质、环境因素的变化适时地调整支护方案。
深基坑支护的基本要求：①技术先进，结构简单，受力可靠，确保基坑围护体系能起到挡土作用，使基坑四周边坡保持稳定。②确保基坑四周相邻建（构）筑物，地下管线、道路等的安全，在基坑土方开挖及地下工程施工期间，不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害。③通过排水、降水、截水等措施， 使基础施工在地下水位以上进行。④经济上合理，保护环境， 保证施工安全。
深基坑支护结构的主要作用是挡土，使基坑在开挖和基础施工的全过程中能安全顺利地进行，并保证对临近建筑和周边环境不产生危害。目前国内深基坑支护技术有：地下连续墙排柱支护、水泥搅拌柱、土钉墙及复合土钉墙、喷锚网支护、逆作法与半逆作法施工、环形支护结构等等。实践中根据土质条件、基坑深度、地下水情况等，结合不同支护方式的优缺点，选择经济合理的方案。
１基坑开挖支护方案选择
拟建建筑物开挖深度为５．５０ｍ左右，根据场地工程地质及水文地质条件可以考虑的支护方案大体有三种。①为无支护放坡大开挖方案。但在开发区超软地基中， 表层有１３ｍ厚的淤泥质土层，含水量在５０％左右，强度很低， 是欠固结土层，不采用支护而开挖５ｍ深坑，实际是很难施工的。由于无支护大开挖将会影响周围邻近建筑物，道路及各种管道会变形，因而此方案是不可取的，也是很难实现的。②采用钻孔灌注支护排桩，桩顶设置帽梁，并设内支撑。此方案从技术上是可行的，但结合开发区超软地基的特点，地表下１７ｍ范围内主要为淤泥质土层，支护桩长度一般要穿过此层，所以桩长要大于１７ｍ，再加上钢筋混凝土帽梁及内支撑，因而造价是高的，对于５．５ｍ深基坑明显是不经济的。③是采用水泥搅拌桩格构状重力式挡墙。此方案结合开发区土层及开挖深度为５．５ｍ的条件，从技术经济条件分析是比较合理的。重力式挡墙要满足稳定性、强度及变形要求，经多次试算，各项指标基本上能达到设计要求，因而确定为终选方案。
２水泥搅拌桩挡墙的设计计算
为确保基坑支护结构的安全可靠，必须进行全面、完整、严谨的设计计算。本文总结了一整套水泥搅拌桩挡墙的设计计算要点，其中主要包括：桩体截面的选择、稳定性验算、墙体强度验算以及变形估算等内容，并据此进行了该工程的设计计算。
２．１墙体截面的选择。根据土质条件和基坑开挖深度Ｈ，先确定搅拌桩插入基坑底深度Ｄ。按照天津沿海地区的施工经验， 一般要求Ｄ／Ｈ≥１．１～１．２，且宜插到不透水层，以阻止地下水的渗流。墙体宽度Ｂ一般可取Ｂ／Ｈ＝０．８～１．０，且不宜小于０．６。本工程墙厚３．２ｍ系考虑采用了３排密排双头钻机并相互咬合而得。由此我们得到的墙体剖面图见图１，排桩图见图２。
２．２稳定性验算。改进的简单条分法进行验算，计算结果显示最小安全系数Ｋ０＝１．５８７。
用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数Ｋ０＝ １．６８５。
提示：最小安全系数大于1．２～１．３，即可认为整体稳定性安全。若选用的土质参数是快剪指标，那么当最小安全系数大于１．１时，即可认为整体稳定性安全。
用不同方法进行的基坑抗隆起稳定性验算结果见表２。
用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗滑移稳定性验算，计算结果显示抗滑移安全系数Ｋｓ＝１．３５＞１．３，满足抗滑移安全需要。
用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗倾覆稳定性验算，计算结果显示抗倾覆安全系数Ｋｔ＝１．６５４＞１．５，满足抗倾覆安全需要。
墙底地基承载力验算，计算结果显示：地基承载力设计值ｆｂ＝２１５．７１９ｋＰａ，墙底平均压应力ｐ＝２００．１１ｋＰａ，墙底最大压应力ｐｍａｘ＝２３３．３１１ｋＰａ，墙底最小压应力ｐｍｍ＝１７６．９０９ｋＰａ。由于ｐ＜ｆｂ，ｐｍａｘ＜１．２ｆｂ且ｐｍｉｎ＞０，因此满足地基承载力安全需要。
基坑的抗管涌稳定性验算，计算结果显示抗管涌安全系数２．３墙身强度验算。①用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值?滓ｃｍａｘ＝２００．６５９ｋＰａ＜［?滓］＝４００ｋＰａ，满足墙身抗压强度要求。②用弹性抗力法计算，结果显示墙身拉应力最大值σｌｍａｘ＝０．００ｋＰａ＜［ｌ］＝１６０ｋＰａ，满足墙身抗拉强度要求。③用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值τｍａｘ＝３１．０８ｋＰａ＜［τ］＝３４３．３９３ｋＰａ，满足墙身抗剪强度要求。
２．４变形估算。用弹性抗力法计算墙体位移，结果显示墙体顶端位移４．１３ｃｍ，基坑底部墙体位移２．５１ｃｍ，墙体底端位移－０．２１ｃｍ。具体分布形式见图３。
假定地表沉降曲线为三角形，计算结果显示基坑周围地表最大沉降量为３．９５ｃｍ。
假定地表沉降曲线为抛物线，计算结果显示地表最大沉降量为２．５７ｃｍ。
３结束语
该基坑工程在地质条件与周围环境较差的情况下，采用水泥搅拌桩支护结构方案，达到了预期的目的，为建设单位减少投资与工程早日完成投入使用创造了条件。基坑设计与施工一般情况下都没有问题，但在运行管理期间，施工单位在基坑周边附近堆放重物超载、施工过程破坏了边坡整体面或基坑周边来回跑车时，也极易造成基坑失稳事故。因此，支护完毕后，应要求支护施工单位与总承包单位办理阶段验收和文字移交手续，将基坑支护情况、监测结果、注意事项等书面转交总包单位，同时要求继续委托有资质的检测单位加强监测，以便出现问题时界定责任。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文