高層建筑深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

廖志芹

桂林市建筑設(shè)計研究院 廣西桂林 541002

1 工程概述

某高層建筑工程，由3 棟高20 層的建筑工程共同組成，高度都是72．65m，其中裙樓為6 層，高度為31．24m，地下布置2 層，都是停車場，總建筑面積為7．16 萬㎡，總體結(jié)構(gòu)布局呈現(xiàn)矩形，基坑比較深，在8．2-9．6m 之間，屬于典型深基坑，且地下水豐富，對支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求比較高。

2 目前深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1 設(shè)計計算和實際受力出入較大

就我國目前深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀而言，在支護(hù)結(jié)構(gòu)受力就計算中，多采用極限平衡法進(jìn)行計算，計算方法比較滯后，計算結(jié)果和實際存在較大出。大量工程實例和試驗結(jié)果表明，對深基坑而言，在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用極限平衡法進(jìn)行安全系數(shù)和受力情況計算時，從理論上是可行的。但理論和實際存在較大出入，可能計算出的安全系數(shù)比小，難以滿足實際要求，在后期施工中就會存在一定的安全隱患。極限平衡理論屬于一種靜態(tài)設(shè)計方法，而基坑開挖是動態(tài)過程，隨著開挖深度的增加，土體強度會逐步降低，甚至發(fā)生變形問題，極限平衡法無法綜合考慮這些內(nèi)容。

2.2 沒有充分考慮深基坑開挖的空間效應(yīng)

在高層建筑深基坑開挖中，水平位移是客觀存在的，主要從基坑附近向基坑內(nèi)部不但推進(jìn)，并存著兩邊小，中間大的問題。在深基坑支護(hù)設(shè)計中，需要綜合考慮這一問題，否則會發(fā)生邊坡失穩(wěn)的問題，從而引發(fā)更加嚴(yán)重的空間效應(yīng)問題，不利于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和深基坑施工安全性的提升[1]。

2.3 排水降水設(shè)計不合理

深基坑深度比較大，經(jīng)常在地下水位下之下施工，這就必須解決排水和降水問題。但目前很多深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，過于追求設(shè)計速度，沒有深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查分析，設(shè)計出的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，只適用于地下水位以上的深基坑施工，一旦受到地下水的影響，會嚴(yán)重影響深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頻繁發(fā)生質(zhì)量問題和安全問題的主要原因。

3 高層建筑深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1 合理選擇深基坑支護(hù)方案

在深基坑支護(hù)方案選擇中需要結(jié)合深基坑的開挖深度、周邊地質(zhì)環(huán)境、底層性質(zhì)、當(dāng)?shù)氐囊?guī)范標(biāo)準(zhǔn)等，制定到3-5 個深基坑支護(hù)方案，然后從經(jīng)濟性、安全性、可操作性等方面同時入手，選擇出最佳的支護(hù)方案。本工程深基坑支護(hù)方案選擇時，需要先根據(jù)地層開挖深度和周圍地質(zhì)條件，細(xì)化深基坑支護(hù)段，分成各個支護(hù)段之后，再按照從簡單到復(fù)雜，成本從低到高的順序進(jìn)行驗算、對比、分析，同時兼顧施工成本和施工工期，選擇了如下支護(hù)方案：排樁+ 預(yù)應(yīng)力錨桿作為支護(hù)手段，在輔以坡頂減載、基坑降水、支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測等，形成一套完善的支護(hù)體系[2]。

3.2 基坑支護(hù)設(shè)計

本工程深基坑坡頂施工荷載取值范圍為10-15KPa，道路荷載可適當(dāng)提升，但也最好不超過30KPa，建筑荷載的取值為15KPa/層。土體壓力分布按照朗肯土壓力理論計算計算，水土壓力進(jìn)行聯(lián)合計算，為保證深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，被動土壓力折減系數(shù)要控制在1．0 以下，臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整系數(shù)可略大于被動土折減系數(shù)，但也不要超過1．2，計算方法可選擇極限平衡法。

在錨桿和支護(hù)樁設(shè)計中，需要重點對放坡平臺以下的設(shè)計，錨桿布設(shè)排數(shù)控制在2-3 排，都選擇二次注漿預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行設(shè)計，在錨桿設(shè)計中，還要綜合考慮陽角錨桿的交叉受力對錨桿穩(wěn)定性造成的影響，保證陽角錨桿兩側(cè)相同一層的錨桿角度為5°、10°、15°，錨桿的斷面尺寸要控制在160mm 左右，通過此種設(shè)計方法，可保證相同一層的錨桿抗拔力能夠得到充分發(fā)揮[3]。錨桿注漿漿液要采用水灰比為0．45-0．5 的純水泥漿液，水泥要選擇普通硅酸鹽水泥，以便控制的水化。支護(hù)樁可按照鉆孔灌注樁來設(shè)計，保證鉆孔灌注樁的混凝土強度不小于C25。

3.3 基坑降水設(shè)計

基坑降水設(shè)計是高層建筑深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重中之重，其設(shè)計效果對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性等有很大影響。本工程為保證洪水期施工的安全性，降水設(shè)計過程中場內(nèi)承壓水需要按照豐水期水位進(jìn)行設(shè)計，按照本地區(qū)施工經(jīng)驗，本工程所在區(qū)域承壓水位標(biāo)高為19．0m，為保證深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性、經(jīng)濟性，采用減壓降水法進(jìn)行設(shè)計，在降水設(shè)計中，基坑場內(nèi)承壓水水頭降低10．0-11．0m 就能滿足要求。按照深基坑周圍降水經(jīng)驗，本深基坑的涌水量為21000t/d，降水井能夠抽取地下砂層中的地下水，按照砂層顆粒特征、含水層滲透性能可知，本深基坑降水井單井抽水量為80t/d，需要11 個降水井才能滿足降水需求。

3.4 深基坑監(jiān)測設(shè)計

為保證深基坑開挖工作能夠順利進(jìn)行，需要合理設(shè)計現(xiàn)場監(jiān)測點和檢測范圍，從而實時獲得邊坡土體、支護(hù)樁的水平位移和沉降變形情。測斜儀可選擇CX-45 型高精度垂直鉆孔測斜儀，深基坑土體沉降通過時WRM-3 型分層沉降位移計進(jìn)行觀測。為在深基坑開挖中能夠準(zhǔn)確了解沉降情況，合理布置沉降監(jiān)測點，以便對整個施工完成進(jìn)行全面監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，以保證施工的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合工程實例，探討了高層建筑深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，探討結(jié)果表明，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計難度比較大，影響因素比較多，任何一個環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會影響總體設(shè)計效果。針對目前設(shè)計中存在的問題，需要從合理選擇深基坑支護(hù)方案、基坑支護(hù)設(shè)計、基坑降水設(shè)計、深基坑監(jiān)測設(shè)計等方面同時入手，才能保證質(zhì)量。