基坑工程設(shè)計研究論文
摘要:本文概述了基坑工程的設(shè)計要點，針對基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，地下水處理，土的抗剪強度取值，土壓力計算等問題進行闡述，結(jié)合某建筑基坑工程設(shè)計作出分析，對基坑工程設(shè)計進行探討。
關(guān)鍵詞:基坑工程;設(shè)計要點;探討
1工程概況及設(shè)計具備資料
某大跨度體育建筑工程，采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，地下1層為設(shè)備層，地上2層為比賽訓(xùn)練館及觀眾席。建筑面積約15000m2，建筑高度約30m，抗震設(shè)防烈度為7度，結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，樁基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁�；撅L(fēng)壓值取0.7KN/m2�；庸こ淘O(shè)計包括內(nèi)容多，地下存在不確定因素，設(shè)計時需要的資料:巖土工程勘察報告;建筑物總平面圖及用地紅線圖;建筑物地下結(jié)構(gòu)設(shè)計資料及樁基礎(chǔ)或地基處理設(shè)計資料;基坑周邊建(構(gòu))筑物，地下管線，地下設(shè)施及地下交通工程等的相關(guān)資料;基坑開挖深度(局部有加深部位須明確)等，上述設(shè)計用資料要求完整準確。本工程地下1層設(shè)備層，大面積基坑開挖，且基坑開挖深度較深，因設(shè)備要求局部須加深，設(shè)計時應(yīng)進行支護結(jié)構(gòu)的承載力，穩(wěn)定和變形計算，基坑周圍支護結(jié)構(gòu)設(shè)計必須保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全。以下是針對設(shè)計過程中的幾個要點進行探討性的簡述。
2基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計
基坑支護結(jié)構(gòu)是在建筑物地下工程建造時為確保土方開挖，控制周邊環(huán)境影響在允許范圍內(nèi)的一種施工措施�；又ёo結(jié)構(gòu)的形式很多，主要有樁，墻式支護結(jié)構(gòu)，如水泥攪拌樁，鋼板樁，鉆孔灌注樁，地下連續(xù)墻等，這些支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算較為成熟，且有施工經(jīng)驗，適應(yīng)性強，安全較為可靠;還有其他支護結(jié)構(gòu)，如水泥土墻，土釘墻等以及其他復(fù)合使用的支護結(jié)構(gòu)，還要根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗設(shè)計施工�；又ёo結(jié)構(gòu)的功能是為地下結(jié)構(gòu)的施工創(chuàng)造條件，保證施工安全，并保證基坑周圍環(huán)境得到應(yīng)有的保護。在進行基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)從穩(wěn)定，強度和變形三個方面滿足設(shè)計要求。首先基坑周圍土體的穩(wěn)定問題，不要因滲流的影響，而造成流砂，流土，管涌以及支護結(jié)構(gòu)，支撐體系等的失穩(wěn)，要有防止失穩(wěn)的措施;其次強度問題，支護結(jié)構(gòu)本身是主要受力構(gòu)件，構(gòu)件要能夠滿足強度和穩(wěn)定設(shè)計的要求;再次變形問題，在基坑開挖時，地層移動及地下水位變化，會引起地面的變形，其變形值不大于基坑周邊建筑物，地下設(shè)施的變形允許值，并且不能影響基坑工程基樁的安全及地下結(jié)構(gòu)施工。本工程采用基坑周圍連續(xù)打鋼板樁和外圍打水泥攪拌樁復(fù)合使用的支護結(jié)構(gòu)，根據(jù)基坑開挖深度，工程地質(zhì)情況，周邊建筑物分布，土壓力大小等，進行支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定可行的支護結(jié)構(gòu)，從安全，經(jīng)濟，便于施工等方面來考慮，并且設(shè)計能夠滿足穩(wěn)定，強度和變形三個方面要求�；又ёo結(jié)構(gòu)設(shè)計是設(shè)計過程重要環(huán)節(jié)，涉及到工程經(jīng)濟及安全問題，至關(guān)重要，應(yīng)在各方面有所考慮，做好工程設(shè)計，創(chuàng)出優(yōu)質(zhì)高效工程。
3地下水處理
地下水控制是很重要的，尤其在高地下水位地區(qū)，對地下水控制，是基坑工程設(shè)計的關(guān)鍵問題，如果地下水控制失效，就會引發(fā)基坑工程事故。在地下水控制設(shè)計時，地下水位要控制在基坑面以下0.5m－1.5m處;坑底突涌驗算及坑底，側(cè)壁抗?jié)B流穩(wěn)定要滿足要求;要控制坑外地面沉降量及沉降差�；拥叵滤豢刂圃O(shè)計還要與支護結(jié)構(gòu)同時考慮，由降水，排水和支護結(jié)構(gòu)水平位移引起的地層變形和地表沉陷要小于變形允許值。對于處在高水位地區(qū)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑周邊環(huán)境保護要求高，特別對設(shè)計等級甲級的基坑工程，地下水控制需要專項設(shè)計。從基坑降水設(shè)計來說，單井降深計算通常采用解析法所用的公式，使用須注意其適用條件，不能盲目使用，常見的基坑降水計算資料，是一種較粗略的計算，解析法不是精確的;還有是數(shù)值法，其計算技術(shù)有了發(fā)展，應(yīng)用在重大實際工程中;設(shè)計等級甲級的基坑降水設(shè)計，采用有限元數(shù)值方法。目前較多基坑工程采用井點降水法優(yōu)點是:可用于不同幾何形狀的基坑，它有防止流砂，穩(wěn)定邊坡的作用，促使土層固結(jié)，土層強度增大，邊坡穩(wěn)定性提高，在含水透水位土層實施的一種行之有效的方法。本工程采用排水法的井點降水，根據(jù)基坑開挖深度，工程地質(zhì)情況，周邊建筑物分布等來選擇，一方面考慮減少對周邊環(huán)境的不利影響，另方面盡量減少工程造價，以達到安全，經(jīng)濟，適用效果。基坑施工要采取排水降水措施，采用行之有效的方法對地下水進行處理，特別應(yīng)注重地下水控制。
4土的抗剪強度取值
土的抗剪強度包括內(nèi)摩擦角標準值和黏聚力標準值，不同種土，采用不同的試驗方法來測定，同種土在不同排水，固結(jié)條件下進行試驗，抗剪強度也是不同的，試驗條件的選取要能反映土的實際工作狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場土體的排水條件及固結(jié)條件來確定。對靈敏度高的土，如軟黏土，它受到擾動后強度下降很快，強度降低的現(xiàn)象不能忽視，強度取值時應(yīng)有所考慮。在室內(nèi)試驗確定土的抗剪強度，會受到很多因素影響，包括土的分層合理性，土樣均勻性，操作水平等，如出現(xiàn)變異系數(shù)較大時，要分析其原因，增加試驗組數(shù)，合理取值。土的抗剪強度是計算土壓力的重要參數(shù)，如果巖土勘察報告中，抗剪強度取值過低，就會導(dǎo)致基坑支護結(jié)構(gòu)造價較高，造成浪費，取值過高支護體就會不安全，要根據(jù)基坑內(nèi)各土層情況采用不同的試驗方法，確定土的抗剪強度，使工程設(shè)計既安全，又經(jīng)濟。本工程設(shè)計等級乙級，結(jié)合試驗成果進行綜合分析，抗剪強度取值較為合理，使土壓力值與實際值接近。
5土壓力計算
土壓力有主動土壓力，被動土壓力，靜止土壓力三種，其中主動土壓力，被動土壓力采用庫侖或朗肯土壓力理論計算，支護結(jié)構(gòu)水平位移有嚴格限制，采用靜止土壓力計算。工程中常用兩種土壓理論計算，即庫侖土壓理論和朗肯土壓理論計算，這兩種計算方法只是近似方法，與實測數(shù)存在著差異。作用在支護結(jié)構(gòu)的'土壓力和水壓力，砂性土和黏性土的計算方法是不同的，砂性土采用水土分算計算，黏性土采用水土合算計算，變形控制設(shè)計支護結(jié)構(gòu)，采用支護結(jié)構(gòu)與土體的相互作用原理確定。剛性支護結(jié)構(gòu)與相對柔性支護結(jié)構(gòu)的土壓力分布情況是不同的，計算土壓力值應(yīng)有區(qū)分，剛性支護結(jié)構(gòu)土壓力分布，采用庫侖和朗肯土壓力理論計算土壓力值，而相對柔性支護結(jié)構(gòu)土壓力分布及位移較為復(fù)雜，土壓力值一般采用現(xiàn)場實測，反演分析方法得出，所以說支護結(jié)構(gòu)上的土壓力分布與支護體的剛度及側(cè)向位移有關(guān)。本工程根據(jù)勘察報告中土的抗剪強度，支護體剛度及位移，土壓力分布，進行土壓力的計算，得出土壓力值能夠符合實際情況，計算值與實際值接近，確保支護結(jié)構(gòu)的安全，同時又不會造成浪費。
6結(jié)語
隨著現(xiàn)代城市建設(shè)加快和經(jīng)濟發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步，有更多的基坑工程設(shè)計面臨更高的要求，既要安全可靠，又要造價經(jīng)濟，同時還要滿足周邊環(huán)境影響控制要求，因此基坑工程設(shè)計應(yīng)精心設(shè)計，挖掘潛力，力求最大限度地降低工程造價，以達到較好的經(jīng)濟和社會效益。
參考文獻:
�。�1］建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007－2011．
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