民用建筑中深基坑結(jié)構(gòu)影響因素及控制措施

摘 要 針對高層民用建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)中的深基坑工程是巖土工程中發(fā)展最為活躍的課題之一，也是近年來成為影響高層民用建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)的主要因素。本文主要針對高層住宅深基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些主要問題進行了分析和探索，從而提出相應(yīng)的控制措施。

關(guān)鍵詞 民用建筑 深基坑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 失效問題 土壓力

一、深基坑工程失效問題

從目前的統(tǒng)計看，整體失穩(wěn)、坑底隆起、圍護結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn)、滑移失穩(wěn)、底部地基承載力失穩(wěn)以及“踢腳”失穩(wěn)、止水帷幕功能失效和坑底滲透變形破壞和圍護結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞和支、錨體系失穩(wěn)破壞是較常見的深基坑工程失效問題。

整體失穩(wěn)是指在土體中形成了滑動面，圍護結(jié)構(gòu)連同基坑外側(cè)及坑底的土體一起喪失穩(wěn)定性，一般的失穩(wěn)形態(tài)是圍護結(jié)構(gòu)的上部向坑外傾倒，圍護結(jié)構(gòu)的底部向坑內(nèi)移動，坑底土體隆起，坑外地面下陷。

一般來說，圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞是指：圍護體本身發(fā)生開裂、折斷、剪斷或壓屈，從而導致圍護結(jié)構(gòu)失去承載能力。根據(jù)工程實踐分析：一般產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損壞的主體因素有：

（1）施工方案選擇的錯誤，比如，支撐體系不當或圍護結(jié)構(gòu)不閉合；或者進行設(shè)計計算時的荷載估計不足或結(jié)構(gòu)的材料強度估計過高，導致出現(xiàn)圍護結(jié)構(gòu)破壞[2]；

（2）圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)點處理不當，這樣會導致因局部失穩(wěn)而引起整體額破壞，后果非常嚴重；特別在鋼支撐額體系中，由于節(jié)點較多，加工與安裝質(zhì)量控制難度大。

另外，針對支錨體系的失穩(wěn)破壞，通常也包括了兩種不同的破壞模式：第一中種是錨桿的破壞，通常表現(xiàn)為：錨桿的拔出、斷裂或者預應(yīng)力出現(xiàn)松弛，土錨的破壞大多是局部的，群錨的破壞實際上是土體的失穩(wěn)而并非是錨桿的結(jié)構(gòu)性破壞；第二是支撐的失穩(wěn)可能圍護結(jié)構(gòu)整體性的因素導致，其形態(tài)因體系不同而不同，支撐體系大多是超靜定的，局部的破壞會造成整體的失穩(wěn)，尤其是鋼支撐體系，局部節(jié)點的失效概率比較大。

二、深基坑工程的功能設(shè)計控制要求

深基坑工程的功能要求：擋土功能、止水功能和作為地下結(jié)構(gòu)外墻的使用功能。

放坡開挖和支護開挖雖是兩種可供選擇的開挖方案，但放坡開挖的適用范圍有限，因為深基坑的放坡范圍過大，城市不可能提供太大的放坡空間；深基坑放坡所增加的土方量也比較大；如在軟土地區(qū)更由于可能產(chǎn)生深層滑動的制約，在深基坑中放坡開挖的風險很大。因此深基坑工程大多采用支護開挖的方案[3]。

在地下水位比較高的地區(qū)，為了使施工作業(yè)的空間比較干燥，必須采取坑內(nèi)排水或降低地下水位的措施。如在坑內(nèi)降低地下水位則造成了坑內(nèi)外的水位差 ，地下水在水頭壓力的作用下從坑外流向坑內(nèi)，不僅不能保持坑內(nèi)的干燥，而且還會產(chǎn)生管涌、流砂等滲透變形，危及基坑的安全。

通常在在軟土地區(qū)，進行深基坑工程的圍護結(jié)構(gòu)造價相對較高，特別是針對如地下連續(xù)墻的時候，甚至達數(shù)千萬之巨，因此如果臨時性圍護結(jié)構(gòu)僅用作地下室施工期，一旦施工完畢就喪失了其使用價值，因此對于民用建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)的造價產(chǎn)生了一定的影響和浪費。因此，為了連續(xù)的利用地下連續(xù)墻的使用價值，將圍護結(jié)構(gòu)同時作為滿足地下室外墻的設(shè)計要求，這種設(shè)想大大提升了其經(jīng)濟意義。

三、深基坑工程的環(huán)境保護與處理相鄰關(guān)系的要求

深基坑工程的環(huán)境保護與處理相鄰關(guān)系的要求主要包括三個層面：第一是對圍護結(jié)構(gòu)位移和坑底隆起對環(huán)境產(chǎn)生的影響的控制；第二是要控制降低地下水位對環(huán)境產(chǎn)生的影響；第三個是要控制好土錨對相鄰場地的影響。

（一）圍護結(jié)構(gòu)位移和坑底隆起對環(huán)境產(chǎn)生影響

基坑開挖對于土體而言是一種卸荷作用，它打破了土體本來的結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)，從而產(chǎn)生各種形態(tài)的位移，或者在基坑內(nèi)部出現(xiàn)坑底的隆起，施工中盡管會對基坑進行設(shè)置圍護體的支、錨結(jié)構(gòu)，但圍護結(jié)構(gòu)連同周圍的土體仍然有不同程度的水平位移現(xiàn)象的發(fā)生。

（二）控制土錨對相鄰場地的影響

對坑內(nèi)的施工條件來說，采用土錨比內(nèi)支撐更為有利，可以減少對挖土和澆筑基礎(chǔ)的干擾。因此在地質(zhì)條件比較好的的地方，大量采用土錨；而在軟土地區(qū)，由于軟土無法提供足夠的錨固力，很少采用土錨。但除了上述技術(shù)方面的考慮之外，采用土錨時還應(yīng)充分注意其對相鄰關(guān)系的影響，除非建筑場地十分空曠，土錨能完全設(shè)置在建筑紅線范圍以內(nèi)。

建筑紅線是法定的建筑界限，不僅限定地面建筑的范圍，而且也不容許地下的設(shè)施超出紅線范圍。在一般情況下，土錨的錨固段常常超出紅線，亦即已經(jīng)進入相鄰場地的范圍，如果相鄰場地進行地下的施工或設(shè)置樁體，土錨就成為其地下障礙物，因此可能產(chǎn)生相鄰的糾紛。

四、結(jié)論

對民用高層建筑結(jié)構(gòu)而言，深基坑結(jié)構(gòu)的控制和計算以及分析是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。隨著高層建筑進一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式，材料，力學分析模型都將日趨復雜多元，為了革新高層建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)計，不斷追求針對深基坑結(jié)構(gòu)形式、以及更加合理的力學模型以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本最優(yōu)化方案將是未來土木工程師們不懈的努力方向和追求。

參考文獻：

[1]周玲.深基坑內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)上的土壓力分布研究[D].浙江工業(yè)大學，2009.

[2]張偉.控制深基坑工程安全的幾點心得[J].中國西部科技，2010，09(23):44-46.

[3]盧勤，何巡軍，張千貴等.城市建筑邊坡抗滑樁支護效果分析[J].山西建筑，2010，36(23):138-139.