基于MIDAS 軟件深基坑支護的設計研究

張文軍

(山西四建集團有限公司第二分公司，山西太原 030002)

0 引言

隨著城市化的快速發展，地上土地資源已非常有限，建筑空間擁擠和城市綠地減少，導致我國的高層建筑如雨后春筍，成了現代建設的主流。為了節省土地、充分利用地下空間，高層建筑基礎本身要求有一定的埋置深度，高層建筑的停車場、設備間、儲藏庫等也都設在地下，從而使基坑深度增加。從發展趨勢看，我國正在建設的高層建筑越來越高，向地下發展越來越深，同時密集的建筑群、超深度的基坑、周圍復雜的地下設施都給基坑施工帶來一定的難度，這對基坑工程提出了嚴峻的挑戰，同時基坑工程事故發生率較高，竟占基坑總數的1/4以上，而這些工程事故主要表現為支護結構產生較大位移、支護結構破壞、基坑塌方及大面積滑坡、基坑周圍道路開裂和塌陷、與基坑相鄰的地下設施(管線、電纜)變位以至于破壞，鄰近的建筑物開裂甚至倒塌等給國家經濟和人民生命財產造成嚴重損失，這些問題的存在都與基坑支護的設計及施工質量關系密切。

國內劉明建結合近年來一些基坑支護設計與施工，概述了較成熟的基坑支護類型及適應范圍，簡述了深基設計理論及其存在的一些問題，對深基坑支護工程今后的技術應用進行了探討［2］。

李勇介紹了基坑支護結構的種類及我國深基坑工程的主要特點和存在的問題，以麗都城市大廈基坑支護為例，采用地下連續墻加三級鋼筋混凝土支撐的支護結構方案，滿足了建設方的各項安全技術要求［3］。

王曉楠，王建良介紹了深基坑支護結構內力與變形的國內外研究現狀，闡述了支護結構與巖土體相互作用、支護結構內力與變形計算方法和支護結構內力與變形監測研究進展，對目前深基坑基坑支護結構存在的一些問題進行了探討，并提出以后的發展方向［4］。

宋福淵，耿冬青針對深基坑支護設計和施工現狀，提出了深基坑支護工程中存在的諸多問題，在設計上對坡頂荷載、結構施工臨建的布置等進行了明確說明，對施工方案、地下水控制等進行了闡述［5］。

杜德榮根據規范及多年的經驗對深基坑支護設計和施工提出幾點寶貴的建議［6］。

1 工程概況

1.1 工程概況

基坑開挖深度為12 m，嵌入深度為7 m，采用灌注樁圍護結構，基坑安全等級:一級，基坑重要性系數:1.1，分析方法采用彈性支點法。

1.2 地質條件

場地地質條件和計算參數如表1所示。

表1 地質條件參數表

1.3 支護結構布置

支護采用灌注樁，樁直徑為1 m，混凝土材料等級為C35，樁間距為1 m。設置4道錨桿(索)，錨桿(索)布置情況及計算參數如表2所示。

表2 錨桿布置情況表

2 施工階段

2.1 開挖引起的沉降

安置施工沉降監測儀，通過擋土墻位置的不斷變化，得出地面沉降值，與圖1比對，基本無差異。

圖1 最終施工階段沉降曲線圖

2.2 施工段內力值最大值

施工階段中開挖到12 m時土壓力達到最大值為119.38 kN/m;位移最大值為0.01 m;開挖到6 m，即生成第三道錨索前剪力達到最大值為 345.51 kN;開挖到 4.5 m時彎矩達到最大值為－618.11 kN·m。

2.3 施工段應注意的事項

根據本工程的特點及計算的內力值、沉降等數據，得出本施工階段的注意事項如下:

1)施工先解決地下水位，采用輕型井點抽水，使地下水位降到基坑底1.0 m以下。

2)施工人員上下應挖好階梯或支撐靠梯，禁止踩踏支撐上下作業，坑四周應設置安全欄桿。

3)根據本工程土質情況，基坑邊上堆放材料及移動施工機械時，應與挖土邊緣保持至少2 m距離。

4)施工中，現場技術負責人要堅持跟班作業，按照設計要求及時解決施工中出現的安全、質量問題，確保每道工序在安全保證的前提下進行。

5)對本基坑剪力、彎矩較大的關鍵部位，必須嚴格控制，前道工序未驗收簽證，后道工序絕不允許施工，對施工中的危險部位指定預防措施。

3 結構計算

3.1 支護截面設計

灌注樁采用均勻配筋方式，混凝土保護層厚度為0.01 m，配筋分段數為2段，各分段長度為17.2 m。截面配筋設計值見表3，表4。

表3 縱筋選筋設計值

表4 箍筋選筋設計值

3.2 穩定驗算結果

1)整體穩定驗算見圖2。

圖2 整體穩定性驗算圖

土體整體穩定采用瑞典條分法計算，條分法中土條寬度為0.5 m。根據公式各施工階段整體穩定性結果:Ksmin=1.32，Ksmax=5.91 均大于抗傾覆穩定系數［K］=1.3，與手算結果相比偏于安全，整體穩定性滿足要求。

2)抗隆起驗算見圖3。

圖3 抗隆起穩定性驗算圖

4 結語

1)基于MIDAS軟件的深基坑支護設計中結構計算手算值偏差為5%左右，在規范允許的誤差范圍內且偏于安全，用于本深基坑的支護，成功實現了深大基坑的設計，后期對沉降、傾斜的監測均在合理范圍內，可應用于其他深基坑支護工程中。

2)與傳統的方法相比，基于MIDAS軟件的計算結果及步驟均很清晰，內力變化情況一目了然，可以幫助了解工程的關鍵部位、內力最大部位并指導現場施工。

3)計算過程可以考慮到土質情況、地下管線、附近建筑物等一些實際工程中的細節，使計算結果及方案更適合現代建筑發展的趨勢。

［1］JGJ 79-9，建筑地基處理技術規范［S］.

［2］劉明建.淺談深基坑支護設計［J］.西部探礦工程，2009(5):24-26.

［3］李 勇.深基坑支護設計研究［D］.成都:成都理工大學，2012.

［4］王曉楠，王建良.深基坑支護結構內力與變形研究進展［J］.科學技術與工程，2012，12(21):5243-5248.

［5］宋福淵，耿冬青，劉曉輝.深基坑支護設計與施工管理探討［J］.工程勘察，2005(4):77-78.

［6］杜德榮.淺談深基坑支護設計與施工技術措施［J］.建筑施工，2011(7):115-117.

［7］余志成，施文華.深基坑支護設計與施工［M］.北京:人民交通出版社，1996.

［8］熊智彪.建筑基坑支護［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.