淺析建筑基坑工程的動態(tài)設(shè)計

劉天祥

江蘇中石建筑設(shè)計有限公司 江蘇 南通 226100

基坑施工在現(xiàn)實生活當(dāng)中是比較常見的一項技術(shù)，而合理運(yùn)用基坑技術(shù)能夠幫助施工單位按照建設(shè)施工需求來完成建設(shè)施工。對于現(xiàn)代建筑而言，在現(xiàn)代科技的推動和支撐下，有越來越多新技術(shù)、新理論運(yùn)用在建筑施工當(dāng)中，并且取得了良好的效果。在建筑基坑工程當(dāng)中，運(yùn)用動態(tài)設(shè)計，能夠達(dá)在安全和經(jīng)濟(jì)中找到一個較好的平衡點。

1 工程概述

某地大型商業(yè)建筑位于市中心發(fā)達(dá)地區(qū)，距離周邊已建的小區(qū)、市政管線很近，且本商業(yè)項目采用3層地下結(jié)構(gòu)滿足停車需求。建筑項目地下部分需要采用深基坑作為支護(hù)來輔助施工，設(shè)計基坑的深度為15m。在當(dāng)前項目施工當(dāng)中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)資料，地區(qū)歷史最高洪水位接近地面，由于距離周邊重要建構(gòu)筑物的距離很近，對基坑變形控制要求極高，本工程基坑設(shè)計采用內(nèi)支撐、止水帷幕配合回灌等技術(shù)手段[1]。

2 設(shè)計依據(jù)與原則

2.1 設(shè)計依據(jù)

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012)、《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ/111-98）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2017）、《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50497-2019）等規(guī)范開展技術(shù)設(shè)計工作。

2.2 支護(hù)方案設(shè)計

由于土方開挖、基坑降水、天氣變化、地質(zhì)運(yùn)動等種種因素，其實作用在支檔結(jié)構(gòu)上的水土壓力并非常數(shù)，是隨著實際條件的改變而不斷變換的動態(tài)數(shù)值，而通常情況的基坑設(shè)計并未考慮由于外界條件的變化導(dǎo)致設(shè)計的安全系數(shù)的不確定性。本文從作用在支檔結(jié)構(gòu)上外側(cè)的水土壓力變化來分析動態(tài)設(shè)計的重要性。

本工程基坑采用逆作法施工，在未開挖及降水時，就進(jìn)行了圍護(hù)樁的施工，此時作用在支檔結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水土壓力是大小相等，方向相反的。在隨著實際條件的改變，相關(guān)計算參數(shù)發(fā)生了很大的變化，若不能考慮全面，很有可能造成設(shè)計事故[2]。

設(shè)計參數(shù)概述：基坑深度15m，支檔結(jié)構(gòu)配合止水帷幕長20m，其中地面下有兩層土，第一層粉土夾粉質(zhì)黏土（局部互層狀態(tài)），地面下0～10m，滲透系數(shù)2x10-4cm/s，c=0kpa，φ=15度，飽和重度為17.5kN/m3；第二層粉砂夾粉土，地面下10-22m，滲透系數(shù)8x10-4cm/s，c=0kpa，φ=35度，飽和重度為18.5kN/m3。滲透路徑長取25m，按主動狀態(tài)計算水土壓力。

狀態(tài)1：滲流狀態(tài)（水位降至坑底時）

基坑支檔結(jié)構(gòu)外側(cè)水土壓力分析，水位降至坑底時，假定第一層內(nèi)水頭損失為Δh1，第二層為Δh2，根據(jù)垂直滲透規(guī)律，得式1：Δh1+Δh2=15，式2：k1Δh1/L1=k2Δh2/L2，聯(lián)立解得Δh1=10.9m，Δh2=4.1m，根據(jù)朗肯土壓力理論，采用水土分算計算得作用在支檔結(jié)構(gòu)外側(cè)的水土壓力合力為1420N/m。

狀態(tài)2：地震工況下（假定層1與層2都成液化狀態(tài)）

液化狀態(tài)下，層1與層2等同于液態(tài)，采用水壓力計算方法，計算得作用在支檔結(jié)構(gòu)外側(cè)的水土壓力合力為3550kN/m。

狀態(tài)3：暴雨工況下（假定坑內(nèi)水位為坑底以上5m）

根據(jù)垂直滲透規(guī)律計算，聯(lián)立Δh1+Δh2=10，k1Δh1/L1=k2Δh2/L2，解得Δh1=7.28m，Δh2=2.72m，根據(jù)朗肯土壓力理論采用水土分算計算得作用在支檔結(jié)構(gòu)外側(cè)的水土壓力合力為1793kN/m。

以上三種工況下，作用于支檔結(jié)構(gòu)外側(cè)的水土壓力的合力從1420kN/m上升至3550kN/m，若考慮不周可能導(dǎo)致設(shè)計安全系數(shù)過低。實際施工情況下，由于施工方案安排，天氣、地質(zhì)條件改變帶來的不確定性，會給固定思維模式下的設(shè)計帶來巨大的影響[3]。

3 結(jié)束語

我們在從事相關(guān)基坑工作的工作時，要全面考慮工程在設(shè)計施工時可能發(fā)生的情況，靈活合理地利用現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范和設(shè)計工具，研究基坑工程事故背后的規(guī)律，采用動態(tài)設(shè)計的思維，找出設(shè)計核心重點，確保工程安全。