探究建筑工程中的深基坑設(shè)計及其處理

袁雪琪

引言

近幾年來，伴隨著國內(nèi)城市高層建筑建設(shè)工作的不斷發(fā)展，深基坑支護技術(shù)要求不斷提升。由于受到復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，導(dǎo)致深基坑支護工程施工的難度增大，并且施工過程中事故頻發(fā)。因而，深基坑支護工程逐漸受到了工程技術(shù)人員的重視。作為建筑工程的基礎(chǔ)，基坑的施工關(guān)系到整棟建筑的質(zhì)量。在開挖基坑時必須做好支護措施，采用支撐結(jié)構(gòu)來保證基坑施工的穩(wěn)定與安全。建筑工程在施工的時候需要開挖基坑，為了保證基坑結(jié)構(gòu)及其施工的穩(wěn)定與安全，需要采取支護結(jié)構(gòu)來支撐基坑。目前，基坑支護形式主要分為兩類：加固型和支檔型。支擋型主要有放坡開挖、擋土支護開挖。加固型具體方法更多，包括了加固法、高壓旋噴樁加固法、水泥噴粉樁加固法、注漿加固法、插筋補強法等。不同的支護形式與方法具有不同的特點，所適合的工程情況也不一樣。

1 深基坑支護形式的特點

對于深基坑來說，其大多屬于臨時性結(jié)構(gòu)，并且施工期較短、效益高。深基坑支護工程在其施工過程中，經(jīng)常會受到施工環(huán)境以及現(xiàn)場地質(zhì)、水文等因素的影響，并且現(xiàn)場不同位置的土壤條件差異也會給施工過程帶來相應(yīng)的安全隱患。因此，這就給技術(shù)人員的勘察、設(shè)計以及后續(xù)的施工工作帶來了一定的困難?，F(xiàn)階段，深基坑形式的設(shè)計工作大多在理想與假設(shè)的條件下進(jìn)行，因而與實際的施工條件存在一定的差異。再加上深基坑支護施工的程序較多，不同工序之間交叉影響大，給深基坑支護工作帶來了較大的復(fù)雜性。

2 深基坑設(shè)計的主要內(nèi)容

2.1 設(shè)計依據(jù)

深基坑的設(shè)計需要一定的參考依據(jù)，具體包括了：建筑相關(guān)資料、設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、周邊環(huán)境條件、水文地質(zhì)條件等。建筑相關(guān)資料主要有建筑物基礎(chǔ)平面布置圖、結(jié)構(gòu)平面圖等。設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要適應(yīng)工程，如果已經(jīng)更新要及時更換。周邊環(huán)境條件包括基坑周邊的建筑物、管線、水系、交通狀況等。水文地質(zhì)條件具體包括地形地貌、巖土結(jié)構(gòu)性質(zhì)、含水層、含水量、地下水滲透系數(shù)等。

2.2 設(shè)計圖紙

深基坑設(shè)計圖紙具體應(yīng)該包括設(shè)計的方案說明、設(shè)計總平面圖、分段設(shè)計剖面圖、局部立面圖、基坑開挖工況剖面圖、降水井平面布置圖、觀測井平面布置圖、觀測點平面布置圖、配筋圖等。其中最為關(guān)鍵的是分段設(shè)計剖面圖，在設(shè)計圖中應(yīng)該標(biāo)出所剖的斷面的標(biāo)高、管線、支撐構(gòu)件、放坡、排水溝等的布置情況。

2.3 設(shè)計計算

在設(shè)計深基坑時需要計算的內(nèi)容十分復(fù)雜，包括了：支護結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定和變形計算；受壓、受彎、受剪承載力計算；嵌固深度計算；構(gòu)件位移計算；構(gòu)件截面尺寸、配筋計算；截面承載力計算等。支撐體系這些計算結(jié)果決定了設(shè)計的具體方式。深基坑設(shè)計的計算需要一定的條件，要求具有合適的計算模型，選擇完整的計算參數(shù)，科學(xué)的計算依據(jù)，以及相應(yīng)的計算方法和軟件。目前，較常見的計算方法是有限元法、彈性抗力法、極限平衡法等。

2.4 施工要求

對于施工技術(shù)的要求，深基坑的施工應(yīng)該滿足工程質(zhì)量檢測驗收要求；對于施工流程的要求，不管是整體工程還是分項工程，都必須明確施工流程，并按照流程進(jìn)行施工；對施工檢測的要求，可根據(jù)《規(guī)程》（JGJ120-2012）相關(guān)章節(jié)的要求進(jìn)行檢測，確保施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；對施工安全的要求，為了保證施工人員的安全，在基坑坡頂及圍護樁頂部位設(shè)置鋼管護欄，并在施工地點掛牌警示，避免閑雜人員誤入施工場地。

3 深基坑支護的優(yōu)化設(shè)計研究

在進(jìn)行深基坑支護設(shè)計方案的優(yōu)化工作時，由于受到施工難度以及時間方面的影響，導(dǎo)致基坑工程存在著一定的不穩(wěn)定性，并且基坑支護工程也會出現(xiàn)不同程度、不同類型的安全方面的問題。因此，在進(jìn)行基坑支護方案的設(shè)計過程中，一定要對多方面因素進(jìn)行綜合性的考量。比如說基坑支護方案的設(shè)計過程中要對施工現(xiàn)場地下水源或者是管線分布狀況進(jìn)行詳細(xì)的勘測，同時還要明確施工現(xiàn)場周邊環(huán)境以及建筑物的距離設(shè)定；另外，還要對支護的形式與尺寸進(jìn)行合理的選擇。這一過程中，不僅要求設(shè)計人員有著較強的專業(yè)素養(yǎng)與綜合能力，同時還要求設(shè)計人員具備相應(yīng)的基坑支護設(shè)計經(jīng)驗。設(shè)計人員要時刻具備良好的安全質(zhì)量控制意識，并且設(shè)計過程中要將安全和質(zhì)量因素作為方案設(shè)計的重中之重。

4 深基坑設(shè)計的工程實例

4.1 工程概況

我們以深圳市市區(qū)某建筑工程設(shè)計為例具體說明深基坑的設(shè)計內(nèi)容。該工程深基坑建設(shè)的基本情況是：地下室4層，基坑深14m，寬101m，兩邊長為284m、324m，深基坑面積是30700m2。該工程的地質(zhì)條件狀況是：人工填土及殘積層主要包括了雜填土層、淤泥層、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土層，人工填土及殘積層比較松散，含水量比較高；基巖層主要是內(nèi)夾方解石脈粉質(zhì)泥巖，分為強風(fēng)化帶、中風(fēng)化帶、微風(fēng)化帶，基巖的堅硬程度也逐漸增加；施工地地下水埋深達(dá)到了1～1.2m；施工地南北地質(zhì)存在明顯差異，南部巖面更高，淤泥細(xì)砂層更薄。

4.2 基坑支護的方案選型

4.2.1 設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)

工程位于市區(qū)，施工的范圍狹小，另外兩邊都有建筑物相鄰。根據(jù)基坑安全等級要求定為一級。規(guī)定要求基坑的水平位移不能超過30mm，也不能超過基坑深度的0.0025倍。

4.2.2 基坑支護的結(jié)構(gòu)

該項建筑的地下一共有4層，地下室的平面較為規(guī)則，底板的厚度大約在850mm，基坑深度在14m左右。施工區(qū)域的地下水位較高。除此之外，基坑的四周還有許多的建筑物以及道路?；拥氖┕っ娣e較大，為了能有效的減少施工對周圍的環(huán)境造成的影響，我們最后經(jīng)研究決定采用了排樁+4道預(yù)應(yīng)力錨索，局部排樁+3道內(nèi)支撐，樁間三重管旋噴樁止水的支護方案

4.3 基坑支護的計算

4.3.1 選用的計算軟件

基坑支護計算所使用的軟件為理正基坑設(shè)計軟件，該軟件可以計算基坑內(nèi)力的分布、沉降的位移、強度以及水平位移等，此外這一軟件還可以對基坑進(jìn)行抗隆驗算以及整體的穩(wěn)定性的分析。在我國當(dāng)前的基坑設(shè)計計算軟件中，該軟件是應(yīng)用最為廣泛的一款。

4.3.2 設(shè)計荷載

基坑的設(shè)計要考慮很多方面的情況，其中水壓力、土壓力永久的載荷以及地面可變載荷是其中的重點。土壓力采用的是砂土分離以及水土合算的方式來進(jìn)行計算的，基坑外側(cè)的水壓力是鉆孔初見的水位，內(nèi)側(cè)的水壓力則是位于坑底的-0.5m處。地面的活荷載要按照基坑的周圍1m處15kPa的超載來進(jìn)行計算，基坑的出土區(qū)域要按照45kPa的超載來進(jìn)行計算。

4.3.3 分析施工的工況

（1）三重管旋噴樁以及鉆孔灌注樁的止水帷幕施工通過分段的方式來完成。

（2）先平整施工的區(qū)域，然后再對土體進(jìn)行開挖一直到達(dá)樁頂?shù)臉?biāo)高處。

（3）完成對冠梁的施工，當(dāng)冠梁混凝土的強度達(dá)到設(shè)計強度的四分之三時開始對第一道預(yù)應(yīng)力錨索施工，并且在局部區(qū)域要加設(shè)內(nèi)撐。

（4）當(dāng)內(nèi)撐以及預(yù)應(yīng)力錨索達(dá)到設(shè)計強度之后，再對土方開挖，直到挖到第二道預(yù)應(yīng)力錨索的標(biāo)高處結(jié)束，值得注意的是在這個過程中不可以挖超，挖完之后再對第二道的預(yù)應(yīng)力錨索和內(nèi)撐進(jìn)行施工。

（5）上述步驟完成之后，再繼續(xù)開挖土體直到挖至基坑的底部，然后再對地下室進(jìn)行施工。

（6）每施工一層地下室，換撐后方可拆除上一道支撐，直至拆除第一道內(nèi)撐。

（7）地下室的施工結(jié)束后，再回填土。

4.3.4 分析計算的結(jié)果

（1）計算基坑支護的位移、內(nèi)力時，土壓力采用了經(jīng)典法與彈性法這兩種方式來計算。通過計算得出，該基坑最大的設(shè)計彎矩分別是基坑的內(nèi)側(cè)在1600～2200之間，基坑的外側(cè)在1600～2200之間，基坑最大的剪力值大約為在400～500之間，最大的水平位移大約為25.67mm。

（2）整體穩(wěn)定的驗算整體穩(wěn)定的安全系數(shù)為Ks=4.460；圓弧的半徑為 R=29.913m；圓心的坐標(biāo)為（1.005、17.452）。

（3）抗傾覆的安全系數(shù)：Ks=Mp/Ma式中：Mp指的是被動土的壓力以及錨桿力在樁底的彎矩，其中用等值梁法來求得錨桿力；Ma指的是主動土的壓力對樁底的彎矩；Ks=4.371且≥1.200，滿足了規(guī)范的要求。

（4）抗隆起的驗算：①普朗德爾公式（即Ks≥1.1-1.2），Ks=30.54且≥1.1，滿足了規(guī)范的要求。②太沙基公式（即Ks≥1.15-1.25），Ks=37.847且≥1.15，滿足了規(guī)范的要求。

（5）計算隆起量：δ=25mm

（6）驗算抗管涌：抗管涌的穩(wěn)定安全系數(shù)（即K≥1.5）。驗算結(jié)果為K=1.876且＞1.5，滿足了規(guī)范的要求，通過上述的計算能夠看出，樁-錨的復(fù)合支護方案可以滿足設(shè)計的規(guī)范要求，有效的驗證了該方案具有的可靠性。

5 結(jié)束語

在設(shè)計深基坑方案時，要根據(jù)工程施工的具體情況對方案進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。受力大、變形情況嚴(yán)重的局部要增加支撐構(gòu)件來控制變形問題，實現(xiàn)穩(wěn)定。最終，設(shè)計方案是否可行還要通過計算來驗證。深基坑支護是建筑工程安全與穩(wěn)定的重要保障，在建筑施工的過程中是非常重要的一個環(huán)節(jié)。在進(jìn)行選擇時，要根據(jù)基坑工程的實際情況，結(jié)合可行性、經(jīng)濟性原則進(jìn)行選擇。

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