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高层建筑深基坑支护设计探究

发表时间：2020/11/10 来源：《基层建设》2020年第21期作者：周安骏

[导读] 摘要：对于高层建筑而言，深基坑的开挖是保证稳定性和施工质量的必要措施，质量水平直接影响到高层建筑的质量水平与使用性能。

        中国联合工程有限公司浙江省杭州市 310051
        摘要：对于高层建筑而言，深基坑的开挖是保证稳定性和施工质量的必要措施，质量水平直接影响到高层建筑的质量水平与使用性能。由此可见，保证深基坑支护结构的质量水平，同样具有重要的意义。由于进行深基坑支护结构的具体施工时，周围的地下环境非常复杂，如果没有对周边的各种设施以及地下水采取合理的措施，或者深基坑支护结构本身存在部分缺陷问题就会导致深基坑支护结构的整体质量受到严重的破坏，降低施工质量水平和安全水平。
        关键词：高层建筑；深基坑；支护设计
        1工程概况
        1.1项目概况
        某城市棚户区改造安置房建设项目位于南昌市罗家西路以东、南钢铁路专用线以南、罗家中路以西、广州路以北。拟建项目建筑物由八栋高层建筑和一栋商业楼组成，设置一层整体地下室，框剪结构。地下室占地面积约30700m2，基坑周长约1000m，地面整平标高19.5m，基坑承台底标高13.00m，基坑开挖深度为6.5m，基坑安全等级为二级。
        1.2周边环境
        根据本项目工程周边地下管线资料，拟建场地东侧及南侧有较多市政给排水、电力以及电信管线等分布，基坑西侧罗家西路道路下埋设各种给排水及雨污水管线，周边管线较多，为避免基坑开挖过程因出现过大变形而对管线造成不良影响，须合理选择基坑开挖支护方案，以有效确保基坑周边管线的安全。
        2高层建筑深基坑支护设计
        2.1支护结构的空间效益设计
        在进行深基坑的开挖过程中，基坑周围的空间环境对施工质量存在很大的影响，良好的空间设计能够对支护结构起到保护作用。内锚支护是针对深基坑支护结构的主要支护方法，该支护方法对于整体与局部结构都能够起到非常高效的支护作用。内锚支护方法的应用，可以弥补深基坑支护结构无法承受水平作用力的缺陷。在开挖深基坑的时候，外部土层存在往基坑中移动倾斜的情况，这就导致施工期间深基坑边坡位置的稳定性很难得到保障。包括内锚支护在内的基坑支护技术，能够有效提高深基坑支护结构的稳定性。
        2.2环梁内部弯矩问题
        根据以往深基坑支护系统设计、施工经验可以得知对环梁内弯矩的监测存在缺失，在设计计算过程中又无法忽略环梁内部的弯矩。在对实际工程进行支护结构核算时，会发现产生弯矩的部位要在支撑杆、环梁交叉的部分，针对环梁部分的钢筋配置，要结合计算及现场实际需求进行配置，设计过程中须重视环梁内部弯矩问题的处理。
        2.3基坑工程变形控制设计
        我国的深基坑支护结构设计会呈现出2种极限的态势。第一种态势为破坏的态势，第二种态势为失效的态势。在破坏态势中，深基坑支护结构受到了严重的损坏，支护结构强度大幅降低；在失效态势中，深基坑支护结构已经失效，失去了支护的意义，与破坏态势不同的是，失效态势中支护结构的强度并无明显下降。
        相关设计人员在对深基坑开展设计工作时应严格执行安全稳定为第一原则，并且能与周边环境适应。基坑能在一定作用下发生形状改变或结构改变，但这都是有一定的限制。由于我国深基坑设计施工建设起步较晚，发展时间较短，所以在施工技术方面仍存在着很多漏洞，并且我国大多地区建筑密度较小，缺乏对环境保护的重视。近些年来发生的重大深基坑安全事故多因为深基坑结构变形造成的，所以工程设计人员应强化分析和研究工作，详密计算深基坑能承受变化的临界值。
        2.4降水措施
        对地下水的处理，一般采取两种思路，一是降低地下水位至基底，二是周边用三轴搅拌桩或高压旋喷桩，形成止水帷幕隔水。

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考虑到本基坑周边有施工道路及市政道路，降水对道路影响较大，因此采用第二种方式即止水措施。本基坑水头差为2m、基岩埋深较深、周边环境较简单，但存在较厚的砾砂和圆砾层，且粒径较大，三轴搅拌桩下钻会很困难，因此采用桩间插入高压旋喷桩悬挂式帷幕止水。为满足地下室施工干作业，可设置降水井使基坑地下水位降至基底以下0.5m。
        结合本工程的地质水文情况、周边环境因素，综合考虑工程施工的可行性、安全性、经济性以及工期的可控性，基坑支护设计拟定方案为灌注桩悬臂支护，结合桩间插缝高压旋喷桩帷幕止水方案。
        2.5支护结构的设计要点
        对于深基坑的支护结构设计而言，设计工作人员大多是利用极限平衡理论进行结构计算，但是该计算设计方法对于深基坑的支护结构设计的参考性具有比较大的局限，这与施工结构的复杂性和施工环境的多变性直接相关。由于在开挖深基坑的时候土体的变化比较迅速，而且复杂性很高，很容易发生土体变形，对于深基坑支护结构会产生很大的压力。为此，在进行深基坑的支护结构设计时要充分考虑到深基坑开挖过程可能发生的各种情况，提前做好预防措施，确保支护结构在开挖深基坑的过程中发挥足够的保护支撑作用，进而实现符合预期设计的深基坑工程施工质量。
        2.6基坑加固方法
        注浆、搅拌桩、降水法和旋喷法是我国基坑加固最常见的几种方法，其中应用最为普遍的是深基坑降水法，相较于其他几种方法，深基坑降水法不管是在消耗成本费用方面还是在花费施工时间方面都占有绝对优势。其中深基坑降水法主要包括重力式降水法和非重力式降水法2种，但是在使用这两种降水方法时都必须满足一个条件，条件便是在进行开挖深基坑和地下结构施工阶段，地下水应维持在基地之下，深部承压水不会导致坑底发生隆起现象，只有这些条件得到满足，降水法才能发挥其真正作用。
        2.7基坑开挖对周边环境的影响
        通常而言，基坑开挖对周边环境的影响主要包括以下几个方面：（1）因基坑开挖卸载导致周边建筑地基失稳、沉降、开裂等；（2）软弱土层地质段嵌固深度不足致使坑底隆起；（3）由于开挖过程中地下水控制不当导致管涌、水位下降等；（4）基坑开挖施工中，大型设备所导致的噪声扰民或施工中产生的淤泥外排造成的环境污染等。因此，基坑开挖施工前，在深基坑支护设计阶段，务须全面考量基坑周边的环境因素，并通过合理可靠的支护加固及止水方案，确保基坑开挖过程的安全性与稳定性。
        由于建筑深基坑开挖施工的复杂性，使得无法完全模拟基坑开挖的实际过程，本项目深基坑支护设计采用同济启明星基坑开挖环境影响分析软件JK3E做有限元分析，选取最不利的DA段对基坑开挖环境影响分析。分析中土体采用三角形单元，围护结构、邻近基础、工程桩和隧道采用梁单元，内支撑采用弹簧。考虑围护结构、邻近基础、工程桩和隧道与土体共同作用，在管线相应位置建立节点，来间接反映基坑开挖对地下管线的影响，即不考虑管线自身的刚度影响。
        结论
        深基坑支护工程的设计、施工水平会对建筑整体质量、稳定性产生影响，作为建筑地基施工的关键性技术，需要充分掌握深基坑支护工程设计、施工的核心思路，通过有效的技术应用实践，提升深基坑支护技术水平，解决存在的问题，为后续工程技术发展奠定良好基础。
        参考文献：
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        [4]孙春娥，彭真，史帅.基于多层次灰色法的绿色深基坑支护方案评价[J].建筑机械化，2019，40（9）：56-59.