论文部分内容阅读
摘要：本文首先阐述了基坑支护的设计内容，其次分析了基坑支护结构的设计原则与方法，同时对支护结构挡墙的选型、支撑体系的选型和支护结构的围护墙计算这三个方面对深基支护进行结构设计，具有一定的参考价值。
关键词：深基坑支护；结构设计；探讨
Abstract: This paper described the design content of the excavation support system, followed by analysis of the foundation pit supporting structure design principles and methods, while the supporting structure of retaining wall selection, the selection of the support system and supporting structure around the parapet wall to calculate the three aspects of the structural design of deep foundation support has a certain reference value.Key words: deep foundation pit support; structural design; explore
中圖分类号：TU973+.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-0
前言：高层建筑上部结构传到地基上的荷载很大，为此多建造补偿性基础。为了充分利用地下空间，有的设计有多层地下室，所以高层建筑的基础埋深较深，施工时基坑开挖深度较大，许多城市的高层建筑施工都需开挖深度较大的基坑，给施工带来很多困难，尤其在软土地区或城市建筑物密集地区。施工场地邻近的已有建筑物、道路、纵横交错的地下管线等对沉降和位移很敏感，不允许采用较经济的放坡开挖，而需在人工支护条件下进行基坑开挖。支护结构如何选型、进行合理的布置和设计计算，这些会直接影响如何组织施工，以及施工过程中的支护结构监测和环境保护等问题。一、基坑支护的设计内容基坑支护的设计内容一般包括：支护体系的方案比较和选型（挡墙和支撑体系）；支护结构的强度和变形验算。进行设计时应考虑的荷载有：土压力、水压力、地面超载、影响范围内建（构）筑物产生的侧向荷载、施工荷载及邻近基础工程施工的影响。 1、基坑支护结构的设计原则与方法 基坑支护结构设计的原则为：安全可靠；经济合理；便于施工。根据现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》，基坑支护结构应采用分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。基坑支护结构的极限状态，分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。承载能力极限状态对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形，导致支护结构或基坑周围环境破坏；正常使用极限状态对应于支护结构的变形已经妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。基坑支护结构均应进行承载力极限状态的计算，计算内容包括：①根据基坑支护形式及其受理特点进行土体稳定性计算；②基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；③当有锚杆和支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。对于安全等级为一级和对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。 2、支护结构挡墙的选型 支护结构挡墙的选型，涉及技术因素和经济因素，要从满足施工要求、减少对周围的不利影响、施工方便、工期短、经济效益好等几方面，经过技术经济比较后加以确定。而且支护结构挡墙选型要与支撑选型、地下水位降低、挖土方案等配套研究确定。支护结构中常用的挡墙结构及其适用范围如下：① 钢板桩。钢板桩常用的有简易的槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。其中热轧锁口钢板桩的形式有U型、z型、一字型、H型和组合型。我国一般常用者为U型，即互相咬接形成板桩墙，只有在基坑深度很大时才用组合型。② 钢筋混凝土板桩。这是一种传统的支护结构，截面带企口有一定挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永久保留在地基土中，过去多用于钢板桩难以拔除的地段。③ 钻孔灌注桩排桩挡墙。常用直径为600～1000mm，做成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，设内支撑体系。我国各地都有应用，是支护结构中应用较多的一种。灌注桩挡墙的刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，在土质较好的地区已有7～8m悬臂桩，在软土地区坑深不超过14m皆可用之，经济效益较好。但其永久保留在地基土中，可能为日后的地下工程施工造成障碍。由于目前施工时难以做到相切，桩之间留有100～150mm的间隙，挡水效果差，有时与深层搅拌水泥土桩挡墙组合应用，前者抗弯，后者做成防水帷幕起挡水作用。 3、钢板桩支护：
钢板桩支护由于施工速度快，可重复使用，我市有比较成熟的施工经验，适用于5~10米的基坑。拉森式（U）型有一定挡水作用，还可采用I56型工字钢，间距80~100cm，长14米，中间加设挡板，上部采用I36封闭，并铺以角撑或拉锚，外部用φ600，长14米搅拌桩阻水，基坑内采用井点或管井式降水。钻孔灌注桩挡墙：常用者φ500～1000mm，计算确定，做成排桩挡墙，顶部浇筑砼圈梁，它具有刚度较大、抗弯能力强、变形相对较小，已有7~8米悬臂者，经济效益好，桩之间留有100~200mm的间隙，挡水效果差，可与深层搅拌水泥桩组合使用。钻孔灌注桩用做支护桩时，按钢筋砼正截面受弯构件计算配筋。
二、基坑围护结构选型与方案设计
2.1 围护结构介绍
深基坑支护的传统施工方法是板桩支撑系统或板桩锚拉系统。经过多年的探索与工程实践，目前我国基坑工程所采用的支护结构型式多样，按其受力性能大致可分为五大类，即悬臂式支护结构、重力式支护结构、锚喷（网）支护结构、单（多）支点混合支护结构、拱式支护结构。
2.2 支护体系选择的影响因素
（1）基坑平面的几何尺寸，开挖深度，防水抗渗要求；
（2）地下工程的类型、特点，建筑物基础结构及上部结构类型；
（3）场地的工程地质及水文地质条件；
（4）基坑围护结构所受的土压力、地面超载等因素；
（5）基坑周边建筑物、道路、地下管线、市政设施、附近水域状况及对基坑施工的特殊要求等；
（6）施工技术、降排水方法、施工作业设备、材料等对基坑支护结构的适用的可能性；
（7）根据可行性、安全性、工期、造价进行综合比较，优化选择围护结构方案类型。
2.3 支护方案的需求分析
根据该工程特点、施工条件以及周边建筑、设施情况，基坑支护应主要考虑：
（1）由于距离附近建筑物太近且为将来施工场地考虑，不允许进行放坡处理。 （2）护坡方案必须绝对安全可靠，尽量减小土体侧移，防止周边土层开裂引起已建成建筑物倾斜和路面开裂。（3）由于地下管线和建筑物的基础都离基坑比较近，支撑适合用内支撑，不适合用拉锚支护。（4）此工程的地质主要是粉土和粘土等弱透水性土。（5）必须考虑经济方面的投入。 。
三、结语
基坑开挖反映了土、桩、支撑之间相互作用过程。深基坑开挖与支护属于地下结构施工力学范畴，方案的设计涉及工程结构、土力学和施工方面的知识，而且依靠经验、技术和理论之间的密切结合。具体设计的时候，除了应该掌握拟建场地土质特征外，还需要了解环境荷载因素和相邻建筑物、地下管线的特性及其承受变形的能力，仔细考虑施工方法和计算地下室施工全过程的各种施工应力。该设计中采用方案对比方法是行之有效的，经验和综合判有重要作用。
关键词：深基坑支护；结构设计；探讨
Abstract: This paper described the design content of the excavation support system, followed by analysis of the foundation pit supporting structure design principles and methods, while the supporting structure of retaining wall selection, the selection of the support system and supporting structure around the parapet wall to calculate the three aspects of the structural design of deep foundation support has a certain reference value.Key words: deep foundation pit support; structural design; explore
中圖分类号：TU973+.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-0
前言：高层建筑上部结构传到地基上的荷载很大，为此多建造补偿性基础。为了充分利用地下空间，有的设计有多层地下室，所以高层建筑的基础埋深较深，施工时基坑开挖深度较大，许多城市的高层建筑施工都需开挖深度较大的基坑，给施工带来很多困难，尤其在软土地区或城市建筑物密集地区。施工场地邻近的已有建筑物、道路、纵横交错的地下管线等对沉降和位移很敏感，不允许采用较经济的放坡开挖，而需在人工支护条件下进行基坑开挖。支护结构如何选型、进行合理的布置和设计计算，这些会直接影响如何组织施工，以及施工过程中的支护结构监测和环境保护等问题。一、基坑支护的设计内容基坑支护的设计内容一般包括：支护体系的方案比较和选型（挡墙和支撑体系）；支护结构的强度和变形验算。进行设计时应考虑的荷载有：土压力、水压力、地面超载、影响范围内建（构）筑物产生的侧向荷载、施工荷载及邻近基础工程施工的影响。 1、基坑支护结构的设计原则与方法 基坑支护结构设计的原则为：安全可靠；经济合理；便于施工。根据现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》，基坑支护结构应采用分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。基坑支护结构的极限状态，分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。承载能力极限状态对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形，导致支护结构或基坑周围环境破坏；正常使用极限状态对应于支护结构的变形已经妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。基坑支护结构均应进行承载力极限状态的计算，计算内容包括：①根据基坑支护形式及其受理特点进行土体稳定性计算；②基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算；③当有锚杆和支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。对于安全等级为一级和对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。 2、支护结构挡墙的选型 支护结构挡墙的选型，涉及技术因素和经济因素，要从满足施工要求、减少对周围的不利影响、施工方便、工期短、经济效益好等几方面，经过技术经济比较后加以确定。而且支护结构挡墙选型要与支撑选型、地下水位降低、挖土方案等配套研究确定。支护结构中常用的挡墙结构及其适用范围如下：① 钢板桩。钢板桩常用的有简易的槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。其中热轧锁口钢板桩的形式有U型、z型、一字型、H型和组合型。我国一般常用者为U型，即互相咬接形成板桩墙，只有在基坑深度很大时才用组合型。② 钢筋混凝土板桩。这是一种传统的支护结构，截面带企口有一定挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永久保留在地基土中，过去多用于钢板桩难以拔除的地段。③ 钻孔灌注桩排桩挡墙。常用直径为600～1000mm，做成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，设内支撑体系。我国各地都有应用，是支护结构中应用较多的一种。灌注桩挡墙的刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，在土质较好的地区已有7～8m悬臂桩，在软土地区坑深不超过14m皆可用之，经济效益较好。但其永久保留在地基土中，可能为日后的地下工程施工造成障碍。由于目前施工时难以做到相切，桩之间留有100～150mm的间隙，挡水效果差，有时与深层搅拌水泥土桩挡墙组合应用，前者抗弯，后者做成防水帷幕起挡水作用。 3、钢板桩支护：
钢板桩支护由于施工速度快，可重复使用，我市有比较成熟的施工经验，适用于5~10米的基坑。拉森式（U）型有一定挡水作用，还可采用I56型工字钢，间距80~100cm，长14米，中间加设挡板，上部采用I36封闭，并铺以角撑或拉锚，外部用φ600，长14米搅拌桩阻水，基坑内采用井点或管井式降水。钻孔灌注桩挡墙：常用者φ500～1000mm，计算确定，做成排桩挡墙，顶部浇筑砼圈梁，它具有刚度较大、抗弯能力强、变形相对较小，已有7~8米悬臂者，经济效益好，桩之间留有100~200mm的间隙，挡水效果差，可与深层搅拌水泥桩组合使用。钻孔灌注桩用做支护桩时，按钢筋砼正截面受弯构件计算配筋。
二、基坑围护结构选型与方案设计
2.1 围护结构介绍
深基坑支护的传统施工方法是板桩支撑系统或板桩锚拉系统。经过多年的探索与工程实践，目前我国基坑工程所采用的支护结构型式多样，按其受力性能大致可分为五大类，即悬臂式支护结构、重力式支护结构、锚喷（网）支护结构、单（多）支点混合支护结构、拱式支护结构。
2.2 支护体系选择的影响因素
（1）基坑平面的几何尺寸，开挖深度，防水抗渗要求；
（2）地下工程的类型、特点，建筑物基础结构及上部结构类型；
（3）场地的工程地质及水文地质条件；
（4）基坑围护结构所受的土压力、地面超载等因素；
（5）基坑周边建筑物、道路、地下管线、市政设施、附近水域状况及对基坑施工的特殊要求等；
（6）施工技术、降排水方法、施工作业设备、材料等对基坑支护结构的适用的可能性；
（7）根据可行性、安全性、工期、造价进行综合比较，优化选择围护结构方案类型。
2.3 支护方案的需求分析
根据该工程特点、施工条件以及周边建筑、设施情况，基坑支护应主要考虑：
（1）由于距离附近建筑物太近且为将来施工场地考虑，不允许进行放坡处理。 （2）护坡方案必须绝对安全可靠，尽量减小土体侧移，防止周边土层开裂引起已建成建筑物倾斜和路面开裂。（3）由于地下管线和建筑物的基础都离基坑比较近，支撑适合用内支撑，不适合用拉锚支护。（4）此工程的地质主要是粉土和粘土等弱透水性土。（5）必须考虑经济方面的投入。 。
三、结语
基坑开挖反映了土、桩、支撑之间相互作用过程。深基坑开挖与支护属于地下结构施工力学范畴，方案的设计涉及工程结构、土力学和施工方面的知识，而且依靠经验、技术和理论之间的密切结合。具体设计的时候，除了应该掌握拟建场地土质特征外，还需要了解环境荷载因素和相邻建筑物、地下管线的特性及其承受变形的能力，仔细考虑施工方法和计算地下室施工全过程的各种施工应力。该设计中采用方案对比方法是行之有效的，经验和综合判有重要作用。