建筑深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張舉路 劉怡麟

摘要：在建筑工程施工中，基坑支護(hù)工程關(guān)系到工程施工的整體安全性和穩(wěn)定性。建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理搭配和選擇，對(duì)基坑支護(hù)工程的科學(xué)設(shè)計(jì)，可解決基坑設(shè)計(jì)中存在的問題，而且可以有效地提高基坑施工工程的安全性及建筑工程質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：建筑工程;深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì);應(yīng)用

1導(dǎo)言

基坑支護(hù)在建筑工程中屬于一種臨時(shí)性工程，建筑物地下室主體結(jié)構(gòu)會(huì)因基坑施工質(zhì)量受到影響，對(duì)于建筑施工的整體質(zhì)量而言也有著直接的影響。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)較為繁瑣，若未經(jīng)過良好的處理，不僅會(huì)導(dǎo)致基坑本身出現(xiàn)質(zhì)量問題，甚至還會(huì)使周圍作業(yè)受到嚴(yán)重的影響，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了更好地保證建筑工程深基坑支護(hù)施工又好又快的發(fā)展，需要注意引進(jìn)先進(jìn)的施工設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)把握分析施工過程中實(shí)際需求，并提高深基坑支護(hù)施工綜合設(shè)計(jì)水平，促使深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)能夠滿足建筑工程施工發(fā)展的需求。

2深基坑支護(hù)特點(diǎn)

我國(guó)建筑工程的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)十分明顯，有著差異大、實(shí)踐性強(qiáng)、安全性較低等多方面的內(nèi)容。特別是對(duì)于許多建筑施工單位而言，更是需要積極把握好這些特點(diǎn)，并且在預(yù)定的空間內(nèi)完成相應(yīng)的工作，否則潛在的風(fēng)險(xiǎn)性將更大，甚至?xí)苯佑绊憽⑽：Φ绞┕と藛T自身的人身安全。而為了保證一些深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的安全性和有效性、提高施工效率，許多建筑施工單位會(huì)派遣專業(yè)的技術(shù)型人員在施工之前到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察，并提前了解深基坑支護(hù)過程中存在的一些不安定因素，以提前規(guī)避，提高施工技術(shù)人員的安全操作保障。在實(shí)際深基坑支護(hù)工程中，會(huì)涉及到多方面領(lǐng)域的工作內(nèi)容，并且綜合性較高的工程其施工的難度會(huì)加劇，因此相關(guān)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)中務(wù)必要積極收集大量多領(lǐng)域的資料，并完成相關(guān)領(lǐng)域資料的分析來提高支護(hù)設(shè)計(jì)的效率。

3建筑深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用要點(diǎn)分析

該工程項(xiàng)目位于某市區(qū)，總建設(shè)面積約為25356m2，設(shè)計(jì)為地面以上10層，地面以下3層，每層標(biāo)高設(shè)計(jì)為2.7m基坑設(shè)定深度9.8m。以該項(xiàng)目基坑開挖深度、項(xiàng)目周圍換環(huán)境以及所處區(qū)域地質(zhì)條件為依據(jù)，秉承安全、可行以及節(jié)約的施工要求，擬采用鉆孔灌注樁結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)支撐的設(shè)計(jì)方案作為最終方案。

3.1設(shè)計(jì)思路

考慮到該建筑基坑四周不具備放坡條件，所以只能采用垂直護(hù)坡。按照以下原則進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)：一方面，基坑設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)內(nèi)外的位移與變形做好嚴(yán)格的控制，避免建筑或周圍路面出現(xiàn)開裂甚至下沉的情況，對(duì)基坑本身和基坑周圍建筑物以及地下管線充分的保證安全性;另二方面，基坑設(shè)計(jì)應(yīng)該為信息化施工提供盡可能的便利條件，使基坑檢測(cè)與變形控制能夠方便開展，從而保障基坑以及建筑的安全性。自立式支護(hù)、排樁拉錨支護(hù)、排樁內(nèi)支撐支護(hù)、組合型支護(hù)、土釘墻等都是較為常用的支護(hù)方式。該項(xiàng)目基坑深度9.8m，使用地下連續(xù)墻會(huì)產(chǎn)生昂貴的施工費(fèi)用消耗，不具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以不選該方式;在各種基坑支護(hù)方法中，土釘墻是目前價(jià)格最低的一種方式，但是這種方式屬于被動(dòng)的方式，與樁錨支護(hù)方式相比，土釘墻會(huì)導(dǎo)致基坑出現(xiàn)明顯的變形，且會(huì)很大程度影響到現(xiàn)有的建筑物，所以也不使用這種方法。考慮到該工程的周圍環(huán)境以及水文地質(zhì)條件，綜合考量決定使用鉆孔灌注樁結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)。依據(jù)該工程的地質(zhì)情況，止水、降水體系如下：首先，采用單排Φ700@900雙軸深攪樁止水，將樁體搭接300mm，按照15%的摻入比調(diào)配32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，將水灰比控制在0.5±0.05，底標(biāo)的高度為-19.85m;將集水坑設(shè)置在基坑內(nèi)用以排水。

3.2做好基坑內(nèi)支撐

基坑內(nèi)支撐預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，基坑內(nèi)支撐受力對(duì)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)可降低基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平方向的位置移動(dòng)，進(jìn)一步提升基坑的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)方案中基坑開挖深度5m，在深度相同的基坑中，基坑承載力不同，受力位置從基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑中心呈點(diǎn)分布，并且預(yù)應(yīng)力的承載力逐漸增加。采用有限元模型對(duì)其進(jìn)行分析，得出受基坑外部土體荷載反作用力的影響，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)近的位置，地基承載力大，預(yù)應(yīng)力變大。基坑支護(hù)中預(yù)應(yīng)力與地基承載力具有緊密聯(lián)系，降低預(yù)應(yīng)力可減少土體壓力，并降低地基承載力，提升土體的抗剪性能。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以內(nèi)支撐的剛度為根據(jù)，剛度高會(huì)造成塑性降低，對(duì)基坑土體的穩(wěn)定性造成影響。方案設(shè)計(jì)中內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合方式，構(gòu)建完善的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系。內(nèi)支撐的排列方式對(duì)基坑結(jié)構(gòu)會(huì)有一定的影響，在較深的深基坑工程中，應(yīng)設(shè)置多層內(nèi)支撐排列方式，這樣內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)就不會(huì)發(fā)生變形。深基坑土體底部受到的外力大，內(nèi)支撐層數(shù)排列要根據(jù)下密上疏的排列方式。基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮到基坑的安全性和穩(wěn)定性，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)要牢固，為后期基坑施工打下基礎(chǔ)。

3.3引進(jìn)先進(jìn)的施工設(shè)計(jì)方法

引進(jìn)先進(jìn)的施工技術(shù)方法是建筑工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略之一。科技是第一生產(chǎn)力，先進(jìn)的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方法可以有效提高建筑工程的最終施工水平，減少不必要成本的投入，促使建筑施工又好又快的發(fā)展。對(duì)于深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)而言，方法的選擇具有較高的地位，而施工單位也務(wù)必要保證與時(shí)俱進(jìn)，加強(qiáng)對(duì)于深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方面資金和精力的投入，引進(jìn)先進(jìn)的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方式方法，確保設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行。結(jié)合先進(jìn)設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，還要結(jié)合以往深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)最終完成設(shè)計(jì)工作，確保深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的高效性和有效性，為建筑工程的順利開展創(chuàng)設(shè)出更多的條件，使得觀測(cè)技能水平不斷提高，保證獲取信息的真實(shí)和有效。

3.4支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

理論上應(yīng)利用墻前后土達(dá)到極限平衡時(shí)的壓力，計(jì)算出基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和插入深度，但是事實(shí)上難以判定前后土是否達(dá)到了極限狀態(tài)下的壓力，尤其處于被動(dòng)土壓力時(shí)，推測(cè)性較大，并且在實(shí)際工程中已經(jīng)證明了這個(gè)問題;此外，這個(gè)方法并沒有將土體變形和結(jié)構(gòu)變形充分的考慮進(jìn)去，然而土壓力重分布和結(jié)構(gòu)內(nèi)力會(huì)因?yàn)樽冃味艿胶艽蟮挠绊懀赃@種方法逐漸展露出了一些問題，但是針對(duì)一些簡(jiǎn)單的建筑基坑，使用靜力平衡法能夠使計(jì)算的過程簡(jiǎn)化，但設(shè)計(jì)人員需要具備一定的經(jīng)驗(yàn)。以相關(guān)技術(shù)規(guī)范為依據(jù)，使用朗肯土壓力理論來計(jì)算土壓力，采用矩形分布模式，所有土層采用水土合算方式。使用等值梁法來計(jì)算支撐軸力，通過計(jì)算力矩平衡得到凈土壓力零點(diǎn)。根據(jù)樁端力矩計(jì)算出樁長(zhǎng)，同時(shí)需要滿足抗隆起和整體的穩(wěn)定性。使用解析法計(jì)算的同時(shí)，還需要使用理正軟件進(jìn)行計(jì)算，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)比分析。

3.5基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)土體深度

剛性圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為地下連續(xù)墻與排樁結(jié)合的模式，這樣基坑的穩(wěn)定性得到提高，并對(duì)入土深度以基坑施工實(shí)際情況為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，防止基坑外的土體受到壓力的情況下滲入到基坑內(nèi)，避免基坑底部土體發(fā)生隆起的情況，基坑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性得到提高。方案中，按照基坑土體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)要求，圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部深入土體中的持力層為最佳，主要原理是深基坑的“邊緣效應(yīng)”原理。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)土體深度的設(shè)計(jì)中，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)情況合理設(shè)計(jì)，并采用有限元分析軟件對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)體系進(jìn)行仿真分析，在實(shí)際施工中達(dá)到最佳效果。

3.6提高深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)管理水平

提高深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)管理水平是建筑工程中深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略。為了更好的確保建筑工程深基坑支護(hù)工作的順利進(jìn)行，相關(guān)施工單位務(wù)必要加強(qiáng)對(duì)施工人員施工之前的安全責(zé)任檢查。并制定符合該建筑工程實(shí)際情況、具有一定可操作性的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)管理機(jī)制，落實(shí)權(quán)責(zé)一致的制度，避免出現(xiàn)施工中存在問題無法追究責(zé)任等情況出現(xiàn)。而在實(shí)際施工過程中，許多施工單位挖出的基坑空間往往與支護(hù)結(jié)構(gòu)位移問題有著直接的關(guān)聯(lián)性，因此必須要保證其基坑空間的合理，也需要從深基坑支護(hù)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)圖的科學(xué)效果。

結(jié)束語(yǔ)

總之，深基坑支護(hù)是保證建筑工程順利施工的基礎(chǔ)，為了保證深基坑支護(hù)的技術(shù)應(yīng)用效果，需要綜合考慮不同方面因素選擇最合適的支護(hù)方案，通過模擬分析加強(qiáng)對(duì)支護(hù)方案的細(xì)節(jié)優(yōu)化，保證深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)效果。

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