高層建筑地下室基坑支護(hù)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工問題研究

龍帥 李志飛

摘要：中國高層建筑始建于20世紀(jì)初，如1921年至1936年，上海、廣州陸續(xù)建造了一些高層旅館、辦公樓和住宅，新中國成立后高層建筑建設(shè)得到進(jìn)一步發(fā)展，隨著吹響改革開放的號(hào)角、經(jīng)濟(jì)開始復(fù)蘇外加國際大環(huán)境向好、城鎮(zhèn)化工業(yè)化的加速推進(jìn)，中國高層建筑和超高層建筑呈現(xiàn)出雨后春筍般的發(fā)展，眼下已成傲視全球的超級(jí)建筑工程中心。高層及超高層建筑的發(fā)展也推動(dòng)了對(duì)地下空間的開發(fā)與利用，基坑開挖范圍隨之增大、開挖深度隨之增加，于是產(chǎn)生了大量深基坑工程，這給工程設(shè)計(jì)和施工帶來了巨大挑戰(zhàn)?；娱_挖與支護(hù)涉及到巖土工程、結(jié)構(gòu)工程和排水工程等等，是一門綜合性學(xué)科，旨在保證處在施工期位于地下的主體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定并最小化對(duì)基坑周邊的影響和擾動(dòng)。

關(guān)鍵詞：高層建筑地下室;基坑支護(hù)工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);施工問題

引言

近年以來隨著目前我國大型城市地下建筑工程的繁榮和不斷蓬勃發(fā)展，為了保證能夠更豐富地層和充分利用地下建筑空間，地下建筑以及其他各種高層建筑等工程項(xiàng)目大量小幅度地增加，隨之而來就是出現(xiàn)了大批的深基坑工程項(xiàng)目。建筑工程由于直接受現(xiàn)場(chǎng)的自然地質(zhì)、地形和現(xiàn)場(chǎng)周邊各種類型建筑物環(huán)境條件的直接影響，所以對(duì)其整體施工管理技術(shù)的質(zhì)量要求尤其高。深基坑巖土支護(hù)結(jié)構(gòu)工程的主要技術(shù)內(nèi)容一般有：基層巖土支護(hù)工程的科學(xué)勘察和地質(zhì)調(diào)查，支護(hù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)，基坑的挖掘開挖和基礎(chǔ)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

1.問題分析

在設(shè)計(jì)高層建筑工程的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力能夠滿足高層建筑工程地下室基坑的實(shí)際需要。設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用極限設(shè)計(jì)方法，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在使用過程中的正常工況條件下以及極限破壞狀態(tài)下的承載力進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算分析，以防止基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)變形等問題，從而為高層建筑基坑工程施工的質(zhì)量安全提供可靠的保證。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合高層建筑地下室工程的具體條件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。例如，目前應(yīng)用較為廣泛的土釘墻結(jié)構(gòu)，這種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式具有較高的安全性，且成本相對(duì)較低，主要適用于對(duì)變形控制要求相對(duì)略低，且基坑深度不大的高層建筑地下室基坑工程。而灌注樁結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐的基坑支護(hù)形式能夠有效控制基坑側(cè)壁位移，為基坑開挖施工創(chuàng)造便利條件，也是基坑支護(hù)工程中常用的支護(hù)方式，但支護(hù)結(jié)構(gòu)的成本和技術(shù)難度相對(duì)較高，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)高層建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行選擇?；又ёo(hù)工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)開挖深度、工程現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)和地層條件等合理確定方案，可以采用多種支護(hù)方式相結(jié)合的方式提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載能力。設(shè)計(jì)人員應(yīng)科學(xué)分析結(jié)構(gòu)受力情況，準(zhǔn)確計(jì)算各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，防止基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形等問題，從而威脅施工安全。

2.高層建筑地下室基坑支護(hù)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工策略

2.1優(yōu)化后的基坑在開挖前施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)

準(zhǔn)備實(shí)際施工階段，即在開始深基坑土方施工工作之前，相關(guān)單位和主管部門需要對(duì)其進(jìn)行一次全面的檢查，調(diào)研周邊道路上的建筑物、地下管線等的詳盡資料，然后擬訂出具體、可以實(shí)際操作的施工方案和計(jì)劃，項(xiàng)目的選址應(yīng)由不少于5名工作人員進(jìn)行分析和論證，確保其選址符合實(shí)際施工情況。如果深基坑存在較強(qiáng)滲透力，會(huì)增加底部裂縫的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，為了避免此類情況的出現(xiàn)，要做好防水設(shè)計(jì)，做好二重管的設(shè)置和防水系統(tǒng)的安置。在施工的過程中，必須按期完成減排水系統(tǒng)的施工，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下水位和防洪流域等周邊各種可能造成的影響其施工效果的環(huán)境因素做好定時(shí)、定量的監(jiān)督和檢測(cè)，保證其施工質(zhì)量。設(shè)計(jì)、施工方案經(jīng)審核論證后方可實(shí)施。

2.2位移嚴(yán)重超限時(shí)的緊急處理措施

（1）分區(qū)域開挖，不盲目成片開挖。按照施工組織設(shè)計(jì)，根據(jù)后澆帶分區(qū)域開挖，保證開挖一個(gè)區(qū)域后，能盡快完成這個(gè)區(qū)域的封底工作，然后再進(jìn)行下一個(gè)區(qū)域的開挖工作，防止因工人數(shù)量不足而導(dǎo)致底板施工無法按時(shí)完成的情況。（2）加厚墊層。一旦基坑支護(hù)施工完畢，基坑每天的變形量均在10mm以上，只有盡快完成底板反壓，才能有效地制止基坑的繼續(xù)變形。如果底板施工無法跟上基坑變化速度的話，那么可以考慮采用加厚墊層的方法，并且將地下室外墻和型鋼之間也澆搗加厚墊層，從而增加對(duì)底部土體的反壓力。（3）及時(shí)反壓。臨時(shí)建筑距離基坑過近，并且為無基礎(chǔ)臨時(shí)搭蓋房屋，極易受到基坑變形影響。當(dāng)基坑日變形量過大，底板施工又一時(shí)無法完成時(shí)，應(yīng)先保證南側(cè)臨時(shí)建筑的安全，采用挖機(jī)及時(shí)把挖出來的土方就近反壓回去，以保證第二日的變形量保持在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)，同時(shí)加快速度完成同一后澆帶區(qū)域的墊層、磚模防水和鋼筋綁扎等工作;當(dāng)工作面集中到反壓土區(qū)域時(shí)，把土挖開，盡快完成剩余工作任務(wù)，盡最大努力完成底板施工。

2.3BIM技術(shù)的應(yīng)用

（1）REVIT是建筑BIM設(shè)計(jì)的主流軟件，但進(jìn)行其他相關(guān)專業(yè)BIM信息化實(shí)踐時(shí)要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)定制必要的參數(shù)化構(gòu)件，以便設(shè)計(jì)師能快速掌握和應(yīng)用，從而提高三維設(shè)計(jì)的效率，為新時(shí)期基坑工程的BIM設(shè)計(jì)提質(zhì)增效。（2）并非每一個(gè)項(xiàng)目都需特定化地定制族庫，由于REVIT軟件自帶的許多系統(tǒng)族構(gòu)件具有良好的性能和特點(diǎn)可以很好地適應(yīng)和解決基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中存在的問題，例如本文提到的墻自動(dòng)剪切和環(huán)形內(nèi)支撐均可依靠墻構(gòu)件較圓滿地實(shí)現(xiàn)。（3）BIM應(yīng)用并非一蹴而就，而是應(yīng)根據(jù)不同的工程階段應(yīng)用不同的深度的模型，但應(yīng)充分考慮前序階段與后續(xù)之間的銜接遞進(jìn)關(guān)系，為設(shè)計(jì)方案的深化和調(diào)整留下足夠的空間。（4）本文的建模路徑證實(shí)了采用基坑支護(hù)BIM參數(shù)化構(gòu)件結(jié)合系統(tǒng)墻構(gòu)件能夠快速創(chuàng)建“樁+內(nèi)支撐”基坑支護(hù)參數(shù)化三維模型。希望通過本次研究，能夠在基坑支護(hù)工程中能更加有針對(duì)性地運(yùn)用BIM信息化技術(shù)解決實(shí)際中的難題，并且對(duì)BIM在基坑支護(hù)領(lǐng)域的研究能夠提供一些實(shí)踐性思考和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

結(jié)束語

在設(shè)計(jì)高層建筑地下室基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，充分掌握工程區(qū)域巖土體特點(diǎn)以及周邊建筑物分布等情況，科學(xué)選擇基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，并要準(zhǔn)確確定各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，提高設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性，避免基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形位移等問題。在基坑工程的施工過程中，應(yīng)積極采用先進(jìn)的施工監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)，以保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

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