簡述深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)思路

朱 鳳 君

(咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

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簡述深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)思路

朱 鳳 君

(咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

介紹了深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)原則、類型及特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，從基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定等方面，闡述了深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)思路，有利于作出既經(jīng)濟(jì)又科學(xué)的支護(hù)設(shè)計(jì)方案。

深基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)參數(shù)，土釘墻支護(hù)

0 引言

近年來，高層建筑與市政建設(shè)處于大發(fā)展時(shí)期，因城市可利用土地越來越緊張，建筑業(yè)不得不盡可能的利用地下空間，使得工程基坑深度越來越深。因此，如何“安全、經(jīng)濟(jì)、可行”的進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，是從事巖土工程設(shè)計(jì)人員面對的一個(gè)難題。

1 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)原則

1.1 安全穩(wěn)定性

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮分析兩種極限狀態(tài)：承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載力極限狀態(tài)是指當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載力、土體失穩(wěn)或過大變形，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)本身或周邊環(huán)境破壞；正常使用極限是指支護(hù)結(jié)構(gòu)變形已經(jīng)妨礙到地下結(jié)構(gòu)施工、影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效益，即從工程的材料、工期、設(shè)備及環(huán)境等方面綜合考慮，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)方案。

2 支護(hù)類型及特點(diǎn)

根據(jù)基坑深度、地層、周圍環(huán)境及荷載情況選擇不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)；西安地區(qū)常用的深基坑支護(hù)類型有：

1)土釘墻支護(hù)：土釘墻是由土釘體、混凝土面板和被加固土體組成，是通過注漿土釘體、噴射混凝土面層及坑壁土體共同作用，形成復(fù)合土體，利用復(fù)合土體的自穩(wěn)達(dá)到邊坡支護(hù)的目的，其基坑支護(hù)深度不宜大于12.0 m，主要特點(diǎn)是工程造價(jià)低、施工簡便、工期短。

2)噴錨支護(hù)：是指在開挖的坑壁中，按一定間距設(shè)置一定長度的錨桿體，錨桿體與噴射混凝土面層形成柔性支擋體系。擋土結(jié)構(gòu)與坑壁原位土體共同作用，與土釘墻支護(hù)相比，在形成機(jī)理上屬于主動制約的支護(hù)類型，其支護(hù)深度可以達(dá)到18.0 m以上。在工程施工中，噴錨支護(hù)常與土釘墻支護(hù)組合使用，形成復(fù)合土釘墻，充分發(fā)揮兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，能取得較好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益。

3)樁錨支護(hù)：是利用樁很強(qiáng)的抗剪和抗彎能力，將樁作為擋土墻，同時(shí)錨桿的錨固段與原土體共同作用給排樁以預(yù)拉力，阻止基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形從而達(dá)到邊坡穩(wěn)定的一種支護(hù)體系。其特點(diǎn)是適用于各種粘土、砂土及水位較高的地層情況，特別是基坑周邊有較大集中荷載且無放坡空間的深基坑，但樁錨支護(hù)體系其成本較高，施工周期較長。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇

基坑工程具有很強(qiáng)的綜合性和區(qū)域性特點(diǎn)，支護(hù)體系屬臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性；故深基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)基坑深度、場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、基坑周邊鄰近建(構(gòu))筑物、地下管線、周邊荷載及施工手段等情況，對多種深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行對比分析，按從簡單到復(fù)雜、低價(jià)到高價(jià)的原則進(jìn)行比選，選擇出最合理的一種或多種聯(lián)合支護(hù)形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的主要問題是穩(wěn)定性和變形問題，而設(shè)計(jì)時(shí)所選的設(shè)計(jì)參數(shù)與其密切相關(guān)；設(shè)計(jì)參數(shù)的取值往往直接影響到整個(gè)基坑設(shè)計(jì)：太過保守即浪費(fèi)，偏于風(fēng)險(xiǎn)即有可能引起基坑失事。因此要保證基坑支護(hù)的安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理，必須合理正確的選取參數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：土層主要參數(shù)(重度γ、粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ)、基坑側(cè)壁安全系數(shù)及重要性系數(shù)γ0及結(jié)構(gòu)計(jì)算分項(xiàng)系數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)取值時(shí)，要對已有工程資料進(jìn)行反演分析，并結(jié)合工程特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理取值。

3.3 設(shè)計(jì)的計(jì)算和驗(yàn)算

根據(jù)兩種極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求，深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的計(jì)算和驗(yàn)算應(yīng)包括以下內(nèi)容：1)根據(jù)支護(hù)類型、受力特點(diǎn)進(jìn)行整體、局部穩(wěn)定性計(jì)算；2)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力計(jì)算(受壓、受彎、受剪)；3)如有錨桿或內(nèi)支撐時(shí)，應(yīng)對其進(jìn)行承載力計(jì)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算；4)地下水的控制計(jì)算、驗(yàn)算；5)對于安全等級一級的基坑，除上述內(nèi)容外，還應(yīng)進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移計(jì)算。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 工程概況

西安民樂園萬達(dá)廣場綜合商業(yè)建筑，地上5層，地下2層，建筑物高度26.0 m，框架結(jié)構(gòu)，采用樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度-12.30 m；坑壁主要地層為：①-1層雜填土，平均厚度2.5 m；①-2層素填土，平均層厚2.0 m；②層黃土，平均層厚5.5 m；③層古土壤，平均層厚3.5 m；場地穩(wěn)定水位深度為3.60 m～6.10 m。

4.2 基坑支護(hù)方案的選擇

如圖1所示(基坑支護(hù)平面)，擬建工程北側(cè)為已建的6層裕華大廈，東、西及南側(cè)為城市主干道路?；诨又苓叚h(huán)境較復(fù)雜，基坑開挖較深，設(shè)計(jì)綜合考慮基坑周邊的道路及地下管網(wǎng)等設(shè)施、北側(cè)建筑物的安全，須得嚴(yán)格控制基坑的變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)的合理性；經(jīng)多種方案綜合比較得出：基坑北側(cè)AG段因離建筑物較近，采用樁錨組合的支護(hù)方案(AG段：Ⅱ—Ⅱ斷面)；其余東、南、西側(cè)距城市主干道路較近，采用復(fù)合土釘墻的支護(hù)方案(ABCDEFG段：Ⅰ—Ⅰ斷面)；基坑降水采用井點(diǎn)降水方案。

4.3 支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)JGJ 120—99規(guī)程，結(jié)合基坑工程特點(diǎn)，基坑側(cè)壁安全等級為一級，側(cè)壁安全重要性系數(shù)γ0取1.10，根據(jù)勘察報(bào)告中的地基物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，結(jié)合基坑工程經(jīng)驗(yàn)，綜合確定坑壁土層主要參數(shù)(重度γ、粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ)，見表1。

表1 坑壁土層主要參數(shù)

4.4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

經(jīng)閱讀勘察報(bào)告，分析土層參數(shù)，利用“理正深基坑支護(hù)”軟件對土釘應(yīng)力及抗拔、土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性及整體穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，從而最終確定支護(hù)方案的結(jié)構(gòu)參數(shù)：

1)ABCDEFG(Ⅰ—Ⅰ斷面，見圖2)復(fù)合土釘墻支護(hù)方案：共布設(shè)8道土釘，水平間距1.5 m,垂直間距1.4 m,土釘入射角度15°,錨體直徑為130 mm；第一排:122，L=9 m；第二排：125，L=12 m；第三排：128，L=15 m；第四排：125，L=13.5 m；第五排：128，L=15 m；第六排：125，L=13.5 m；第七排：125，L=12 m；第八排：122，L=9.0 m。面層鋼筋網(wǎng)片為φ6@150×150 mm，加強(qiáng)鋼筋筋網(wǎng)1φ14@1 500×1 500 mm；注漿水灰比1∶0.5,壓力0.1 MPa。面板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C20，厚度80 mm。

2)AG段(Ⅱ—Ⅱ斷面，見圖3)樁錨組合支護(hù)方案：護(hù)坡樁樁長17.0 m，樁直徑800 mm，樁中心距1 500 mm。樁身通長配筋14Ф20，螺旋箍筋Ф8@150，加強(qiáng)箍筋Ф14@2 000，樁身混凝土強(qiáng)度C30，樁頂設(shè)置冠梁。共設(shè)置5道錨桿，錨桿入射角度為15°，成孔直徑為150 mm，錨桿長度均為7.5 m，自由段1.5 m，錨固段6.0 m，錨桿鋼筋為1φ18，錨桿注漿，水灰比為0.5，壓力為0.3 MPa。樁外側(cè)設(shè)置80 mm厚的混凝土面層，混凝土強(qiáng)度為C20，鋼筋網(wǎng)片為φ6@150×150 mm。

5 結(jié)語

1)擬建“西安民樂園萬達(dá)廣場綜合商業(yè)建筑”現(xiàn)已開始投入使用，施工過程中未出現(xiàn)任何安全問題，監(jiān)測資料表明，基坑的水平位移和沉降位移都很小，滿足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

2)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，且支護(hù)類型較多。設(shè)計(jì)人員在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)以“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則、多種支護(hù)體系對比分析、因地制宜選擇合理設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)驗(yàn)算符合規(guī)范要求”為思路，作出既經(jīng)濟(jì)又科學(xué)的支護(hù)設(shè)計(jì)方案。

[1] 龔曉南，高有潮．深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] JGJ 120—1999，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 馮 謙，章 光.聯(lián)合支護(hù)體系在深基坑工程中的應(yīng)用研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007(2)：119-120.

On design ideas for support scheme of deep foundation pits

Zhu Fengjun

(XianyangPolytechnicCollege,Xianyang712000,China)

The paper introduces the design principle, types and features for the deep foundation pit support, and illustrates its design ideas from the selection for the foundation pit support structure, support design parameter, and identification of structural parameter, so as to provide some money-saving and scientific support design scheme.

deep foundation pit, support structure, design parameter, nailing wall support

1009-6825(2016)31-0078-02

2016-08-26

朱鳳君(1984- )，女，講師

TU463

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