基坑的特點及支護結構設計研究

時間:2022-08-11 05:22:22

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基坑的特點及支護結構設計研究

摘要:人類的文化需求隨著時間的變遷不斷發生變化,原有的土地使用方式發生了巨大的變化,從橫向發展到縱向發展,大量的高層、超高層以及地下建筑出現,而且已經成為城市發展的一大主要方向。首先闡述了基坑特點,然后以山西省忻州市某基坑為例,進行基坑支護結構設計。

關鍵詞:建筑,基坑結構,支護結構

1概述

基坑工程涉及的學科眾多,是一項系統工程。在施工過程中,要更加注重安全性,同時兼顧經濟成本,施工難度的增加會隨著開挖深度的增加而增大,因此,設計在施工中的作用尤為重要,如何兼顧經濟性和安全性,是基坑設計的一大原則。

2基坑工程的特點

1)臨時性?;庸こ痰呐R時性主要體現在支護結構,支護結構在施工階段支撐著基坑結構不被外力所破壞,其使用時間有限,一般在1年~2年,加強監測,在基坑開挖過程中是一項重要的工作,一定要做好預處理準備[1]。2)區域特點明顯。不同地區的基坑結構所處的環境不同,因此在施工設計時也需要因地制宜[2],一般需要前期勘察,根據勘察報告進行方案的制定,對現場勘查的情況進行全面地分析和研究后,做出適合的方案,不可類似工程全部照舊實施。3)環境影響。周邊建筑對于基坑施工也有顯著影響,特別是周邊的建筑、地下管線、地下水以及基坑內部的結構,施工的難度因素是一個綜合性指標,取決于周邊綜合特性,一旦設計未考慮周全,會造成地面建筑的沉降、地表隆起等問題,嚴重影響施工的進度。4)時間以及空間影響?;釉陂_挖過程中,暴露時間的長短也會影響基坑的穩定性。同時還有開挖的順序,基坑的深度以及開挖的面積等關鍵因素,原有土質的受力發生變化,建立新的應力—應變體系[3],要盡快建立穩定的受力體系,防止出現不穩定受力,使得周圍土體的穩定性受到影響。5)學科綜合性。主要指的是基坑的設計施工要涉及不同的學科以及領域,并不是單一學科可以解決的,其中涉及到土力學[4]、工程地質學、巖石力學、結構力學等專業,要求實際設計人員要精通各種學科,同時針對性的提出合適的設計方案和理念,進行綜合分析和運用。6)施工難度大。對于周邊建筑繁多的地段進行施工,施工難度會加大,因為要考慮既有建筑的地下結構特點以及地下已有的管線問題,在不影響原有功能的條件下進行基坑施工[5],要格外注意安全,現有施工安全事故大部分都是由于基坑坍塌導致周邊沉降過大,影響地下管線的結構特點,發生管道漏水,管線切斷,造成人員傷亡和經濟損失。7)短開挖,快支護?;娱_挖過程中,不要貪圖速度快,一定要做好支護,每次開挖的深度一定要經過嚴格的設計,禁止超挖,而且開挖后支護結構一定要及時進行施工,保證開挖過程中不會產生多余的外力,使得基坑結構發生破壞。8)施工信息化程度要求高。發生眾多的施工事故與監測以及勘察不到位有關,因此在施工過程中,一定要進行基坑監測,發生問題,及時匯報,及時處理,應用科學的手段和方法保證施工的安全性,同時監測重點部位,掌握土體開挖過程中的相關信息,為后續施工提供建議。

3基坑支護結構設計案例分析

3.1工程概況。該工程位于忻州市開發區東南角,基坑南側有熱力管線,建筑綠線,污水管線,化糞池,地下車庫以及住宅樓,基坑的北側有圍墻,電纜線,給水管線以及污水管線??偨ㄖ娣e為149863.28m2,地下建筑為38642.32m2,主樓設計地上23層,地下2層,采用剪力墻結構,筏板基礎。工程基坑開挖深度為10m。3.2周邊地質條件。該工程地形基本平坦,場地地層通過標準貫入試驗以及土工試驗,共有五層,第一層是雜填土,主要是建筑垃圾(磚塊、混凝土塊、灰渣等)和粉質黏土,第二層是粉土,主要是云母碎屑夾粉質黏土或細砂薄層,第三層、第四層以及第五層均是粉質黏土,含有機質、夾粉土及夾黏土等。穩定水位埋深約3.0m~4.0m,地下水類型均為上層滯水。建筑場地抗震設防類別為7度。3.3基坑支護方案設計。方案一:地下連續墻+內支撐;方案二:灌注樁+內支撐;方案三:灌注樁+預應力錨桿。此三種方案均可滿足支護結構方案,同時保證施工過程中的安全性,但是實際通過現場考察,發現該基坑東臨市政主干道,且工作面積較大,同時內支撐方案耗用較長的時間,施工成本較高,對周邊的環境影響較大等因素,不適合采用內支撐結構,因此淘汰方案一和方案二,選用第三種方案,采用灌注樁+預應力錨桿的方式進行支護結構,同時止水帷幕采用單排水泥土攪拌樁。

4基坑支護結構計算

4.1設計工況。設計采用7個工況進行,具體見表1。4.2整體穩定性計算。采用瑞典條分法進行計算,土條寬度為0.5m,使用有效應力法確定邊坡的應力狀態。通過計算,滑裂面的圓弧半徑為34.780m,通過計算求得整體穩定系數為1.45,大于1.25,符合規范要求??箖A覆穩定性驗算。計算公式為KS=MPMa,通過計算每個工況的數值,得到的結果是滿足規范要求,具體計算結果見表2。4.3地表沉降。通過理正軟件計算地表沉降量,見圖1。通過圖1可以得知,不同的計算方法得出的沉降量不同,其中沉降量最大的是指數法,拋物線法求得的沉降量最小,沉降量發生位置最大的是基坑的坑壁處,離得越遠,沉降量逐漸減小。拋物線法計算得出的沉降量呈現先增大后減小的趨勢,從三種方法中得出,計算結果基本上超過基坑預警值,由于適用條件不同,本工程采用的是拋物線法。4.4基坑監測。基坑監測的目的是為了隨時整理實際數據,與理想值進行比較,保證基坑施工過程中的安全性。本基坑屬于一級基坑,監測的主要內容有支護結構的水平位移和豎向位移;支護結構的內力;支護結構水平位移;周邊管線的沉降;周邊建筑、市政道路的沉降。監測點的布置依據不同的重點部位進行不同的布置安排。其中支護結構的水平和豎向位移的監測點應在基坑的四周進行布置,以及基坑每邊的中部和地質條件差的地方,且監測距離的布置應該不大于20m,每邊不少于3個。沉降的監測主要有基坑邊上地表的沉降監測,監測點設置在周邊土層或柔性路面上。監測面上的監測點距離宜在20m以內。基坑周圍地下管線的監測主要在管節、豎井周圍以及管線易破碎處設置,同樣監測點距離宜在20m以內。周邊道路的監測距離在30m以內,每條路不少于3個?;庸こ痰谋O測應該貫穿于基坑工程和地下工程施工的全過程。當開挖深度小于5m,監測頻率應為2天1次,本工程的開挖深度為10m,觀測頻率應為1天1次。同時當底板澆筑后7d內,應該增加監測頻率,1天2次。在監測過程中,發生以下情況應立即報警,并采用有效的措施保證支護結構的穩定性。1)監測次數達到監測報警值的累計值;2)支護結構或者是基坑周邊出現較大的流砂、管涌等情況;3)支護結構的支撐或者是錨桿變形過大;4)周邊建筑出現較大裂縫或者是變形;5)周邊管線明顯增長或者是裂縫;6)根據工程經驗,其他必須進行危險報警的情況。

5結語

本文簡述了基坑結構的特點,而且針對某一具體的基坑進行了基坑支護結構的設計,確保了基坑的穩定。

參考文獻:

[1]劉棟杰.深基坑工程質量和管樁施工的檢測分析[J].江西建材,2020(6):41-42.

[2]趙軍.咬合樁在緊鄰地鐵基坑工程清障中的設計與應用[J].江西建材,2020(6):80-82.

[3]吳泓鋼,李強,李四林,等.杭州地鐵1號線3期隧道施工風險與對策[J].中國科技信息,2020(13):64-65.

[4]溫盛.季山隧道上跨既有地鐵隧道的安全控制措施[J].湖南交通科技,2020,46(2):91-95,115.

[5]劉俊杰,張曉婷,戴小倩,等.富水地層地鐵車站深基坑自動降水方法探討與實測研究[J].青島理工大學學報,2020,41(3):9-14,94.

作者:劉魯濱 單位:山西省建筑科學研究院有限公司