深基坑工程特点及其支护设计建议的探究

　　摘要:随着我国城市建设的快速发展,高层和超高层建筑不断增加,深基坑支护逐渐成为新的课题,本文就深基坑工程的特点、内容、设计中出现的问题提出了建议。
　　关键词:深基坑;支护;特点;设计;建议
　　一、前言
　　随着经济的发展和科技的进步,城市建设的投入不断加大,城市化进程日益加快,为了充分利用有限的土地资源,增加空中和地下的使用空间,近年兴建了许多高层建筑物、地下室和地下通道。从发展的观点看来,无论是民用建筑还是市政交通工程,深基坑设计已成为一种发展趋势,同时许多大型水利水电工程也已建成或正在规划建设中,在这些大型工程中深基坑也得到了广泛应用。深基坑工程投资较大,对安全性要求很高,同时深基坑设计与施工技术手段尚未十分成熟,因此寻找节约工程投资和增大工程安全性之间的平衡点是岩土工程界迫切需要解决的问题。
　　二、深基坑工程的特点及其内容
　　1．工程特点
　　⑴深基坑支护工程的设计与施工涉及许多专业学科及部门或单位;
　　⑵深基坑支护工程的施工往往集中在市区及主要街道的两旁,建筑密度大、人口密集、交通拥挤、场地狭小,施工环境较复杂;
　　⑶基坑开挖深度越来越大,给设计与施工增加了一定的难度;
　　⑷影响基坑工程的不确定(不可预见)因素较多;
　　⑸对周边环境保护要求较高,很多矛盾难以协调,如发生工程事故则会造成巨大的经济损失。
　　2．深基坑工程的内容
　　岩土工程勘察与环境调查;支护结构选型及设计;地下水控制的设计及施工;基坑开挖、支护结构施工与检测;基坑地基处理及监测;施工过程的环境保护评估及实施。
　　三、深基坑支护设计
　　1．深基坑的设计要求
　　深基坑工程的实施,是在任务重、条件差、要求进度快、质量高、造价低等条件下完成的,这就给设计和施工人员提出了新的课题,因此基坑工程设计和施工总的要求就是要做到设计先进、经济合理、施
　　工方便、安全可靠。基坑工程各环节的工作必须遵守国家和地方以及行业现行的法律和法规,并执行现行的有关技术标准。
　　2．深基坑支护结构的设计计算
　　⑴静力平衡法与等值梁法
　　利用墙前后土压力的极限平衡条件,求出支护结构的插入深度和结构内力等,从理论上说,首先支护结构前后土压力是否达到极限状态是很难确定的,尤其是被动土压力情况有很大的推测性,实际工程测试已证明了这一点;其次该类方法并未考虑结构与土体变形,而变形对土压力重分布及结构内力有很大影响,故该类方法正逐渐失去它原有的地位,但对于简单基坑开挖,静力平衡法中一些简化使计算变得简单,可以凭经验使用。
　　⑵弹性地基梁的m法及弹塑有限元法
　　m法的优点是考虑了支护结构与土体的变形,但也有一些问题有待解决,如计算时一般工程的参数m难以通过试验确定,现有文献提供的取值范围各地区差别较大,该参数虽按弹性体来计算变形,物理意义明确,但实际参数m则是一个反映弹性的综合指标。工程实践表明,在软土中的悬臂桩支护采用m法计算位移与实测位移有很大差异,实测位移值可达计算值的几倍,这说明桩后土体变形已不再属于弹性范围(实测数值见表1)。　　                                
　　此外,m法无法直接确定支护结构的插入深度,通常假定试算有很大的随意性,有时桩底落在软弱土层中,还须经验来修正。
　　有限单元法作为今后基坑支护设计计算的发展方向,其优点是不但考虑了土体与支护结构的变形,而且可得出塑性区的分布,从而判断支护结构的整体稳定性。但选取合理的本构模型与计算参数,以及塑性区范围与稳定性之间的定量关系均缺乏经验。在结构计算方面,建立了能考虑基坑围护结构和土压力的空间非线性共同作用理论及其计算方法,并编成程序方便高效地完成基坑维护工程的计算。
　　3．设计思路
　　对于一个支护结构的设计,首先要根据拟建工程的自然地形、地质条件、当地的经验及技术条件,综合考虑来选择一个最适合的设计方案。它应当符合国家的经济技术方针、政策法规和规范、规定等,且技术先进、安全可靠、造价经济、施工方便。因此设计首先应是概念设计,重点在于可行性方案的筛选与优化,对支护结构方案的选择和优化可按以下步骤进行:
　　对于深度不大的基坑支护工程,应首先考虑悬臂式支护结构,该结构主要利用基坑地面以下土体提供的土压力来维持支护体系平衡,主要结构形式为桩排支护结构和地下连续墙两类,当边坡土质较好,地下水位较低时可利用桩排支护结构。而地下连续墙因具有良好的抗弯性、防渗性和整体性,且对周围环境影响较小,对地层条件适应性强,墙体长度可任意调节,适用于各种深度基坑的开挖,同时还可采用逆作法施工,因此被广泛采用。悬臂式板桩支挡的优点是不需构筑与拆除支撑结构,同时为土方作业和基础施工提供较自由的操作空间。当基坑较浅或被动区土层性质较好时,悬臂式板桩支护方案较为经济合理;而当基坑较深或被动区土层性质较差时,桩插入深度较大,桩径与配筋量也相对较大,该方案就相对不经济,同时悬臂式支挡的侧向位移一般稍大,这也是需要注意的。在基坑开挖深度相对较大,且对边坡变形要求较高时,就应考虑对悬臂式支护结构增加内支撑的方法,使之形成混合式支护结构,支撑形式常采用锚杆拉接或内支撑形式。
　　如悬臂式支挡不妥当,则可考虑其它形式的方案,如钢板桩、土钉、锚杆、拱圈、网状树根桩加固、逆作法等。设计人员应根据工程的具体情况,通过综合分析比较的方法来确定支护结构的种类、平面布置形式及其支护材料。
　　设计时应充分考虑地下水的影响,它直接关系到设计方案的成败,如基坑土层为渗透系数较高的土层(如粉土、粉砂、圆砾等)时,井点降水法是一种经济有效的方法。采用该法不仅可使基坑处于干燥状态而便于施工,还可显著改善土层的物理力学性质,有效减少支护结构的内力和变形,从而可达到节约和安全的目的。但要注意场地土质是否适宜井点降水,特别是降水是否会影响周围环境,有时为了减小降水引起的地面附加沉降或对邻近建(构)筑物造成影响,还可采用井点回灌技术。当底层为渗透系数较小的土层(如粘性土、淤泥等)时,可采用深层搅拌桩和高压旋喷注浆形成止水帷幕,由于深层搅拌桩造价相对较低,故应用较多,无论是降水或止水,地表滞水的处理都不能忽视,地表滞水一般采用排水沟与集水井收集,然后用水泵排除,这对于放坡或局部放坡的基坑尤为重要,同时还应对坡面采取一定的保护措施。
　　四、对深基坑工程的建议
　　深基坑支护工程是基础施工所必须的临时结构,其工程造价与设计的合理性紧密相关,合理的设计是影响整个工程施工进度与造价的关键所在。由于存在诸多因素的影响,因此如何选择经济、安全、进度之间的合理平衡就是一个需要思考的重要问题,为了保证基坑设计的合理性与经济性,对基坑设计与施工提出以下建议:
　　1．提高设计人员的素质。由于基坑设计与水文地质、工程地质条件密切相关,地基土参数的试验方法、取值、地下水的影响往往是确定支护结构设计的因素,同时降水施工过程也可能改变地基土的性质。这些复杂因素都要求设计人员根据自身的岩土工程设计经验来确定基坑支护设计方案。
　　2．采用动态设计和信息施工技术,确保基坑安全施工。由于基坑工程的不确定因素较多,设计人员应对支护结构较薄弱而可能出现事故的环节,以及出现事故的应急方案等提前加以适当考虑,及时修改相应的设计,并在设计图上说明,一旦发生事故,使之确实能起到应急作用。动态设计方法与信息施工技术,要求工程技术人员随时注意和掌握岩土工程施工过程中的信息反馈和资料积累。应用计算机监测,提供施工过程中支护体系及环境的受力状态及变形数据,对支护状态实行动态检测与控制,工程监测数据应及时反馈,以指导设计与施工。
　　3．对于深基坑开挖中存在的时空效应,目前大多是凭经验解决,尚无法在理论上精确计算,但如能较好地解决这一问题,则将对深基坑支护结构设计具有重要意义。
　　
　　搜论文知识网致力于为需要刊登论文的人士提供相关服务,提供迅速快捷的论文发表、写作指导等服务。具体发表流程为：客户咨询→确定合作，客户支付定金→文章发送并发表→客户接收录用通知，支付余款→杂志出版并寄送客户→客户确认收到。鸣网系学术网站，对所投稿件无稿酬支付，谢绝非学术类稿件的投递！