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深基坑支护工程优化设计

摘要:深基坑支护工程涉及的影响因素较多,支护类型多种多样,需要结合工程实际情况对施工方案进行比对优化设计,结合工程实例从系统优化的理论出发,编制深基坑支护系统优化分析程序进行分析研究。

关键词:深基坑;组合方案;优化设计

随着经济建设的快速发展和人们生活水平的不断提高,近年来,我国的各类建筑得到了迅猛的发展,基坑工程的规模不断增大,开挖的深度也越来越大,但是由于深度较大的基坑往往都是在城市中心,建筑物比较稠密、地下管线很复杂,没有足够的空间提供放坡施工的需要,所以常采用在支护结构保护下的垂直施工方法。目前,支护类型非常多,选择合理的支护型式,需要对深基坑支护工程方案进行优化设计。

1深基坑支护设计现状

当前深基坑支护工程设计中存在的问题主要体现在以下几个方面:①岩土施工中的深基坑支护设计参数在选择上不合理。尤其是对于一些工程项目地质情况较为复杂的项目区域,地质条件复杂、支护的深度较大使得这一偏差越来越大,如无法对岩土施工中的深基坑支护所承受的土压力进行准确的计算则会使得岩土施工中的深基坑支护的安全性大大折扣。②在岩土施工中的深基坑土体取样代表性不强。在岩土施工中的深基坑土质取样中采取的是对项目地的土质进行随机取样,但是由于岩土施工中的深基坑土质的复杂性及土质的不均匀性使得采样所取得的土质数据与项目现场实际情况之间存在着一定的偏差。③对岩土施工中的深基坑开挖的空间效应考虑较少。以往所采用的岩土施工中的深基坑支护在设计时是根据平面应变问题来进行设计的,其能够适应于细长型的岩土施工深基坑支护,但是在应用于长方形的深基坑支护时则无法取得良好的支护效果,因此在岩土施工中的深基坑支护中需要在平面应变进行设计的基础上,对岩土施工中的深基坑支护结构进行一定的调整,以使其能够满足深基坑挖掘的空间效应的要求,确保岩土施工中的深基坑支护的安全性与可靠性。

2深基坑支护工程方案推理机制分析

深基坑支护工程方案推理机制的建立主要包括以下内容:①基坑支护工程组合方案设计,深基坑开挖与支护工程方案种类繁多,各方案的相互匹配可演变出多种整体支护方案和细部结构设计方案。根据各种施工方案的不同特点,对施工方案分类组合,支护方案分类见图1,按可能存在的施工方法构成100余种组合方案供系统筛选,例如代码101、201、301、401、501、601为单排悬壁式透水结构的人工挖孔桩,其余类推;②基坑支护工程系统组合方式及流程,从系统优化理论出发,对支护工程系统中涉及的因素归类,划分相应的研究层次,每个层次划分为若干个既相对独立又相互关联的子系统,系统运行初级子系统所获得的结果作为二级子系统的输入量或边界条件,由此系统进入二级优化,依此类推,直至整个系统优化分析过程的完成。一般说,构成基坑支护系统的第一级要素由支挡结构体、降排水与土方开挖3者构成;③基坑支护方案的确定,基坑支护设计工作主要采用的是直径较大的钻孔灌注桩,结合钢筋混凝土作为支撑的支护设计。能够较好产生止水效果,根据地质实际状况进行现场监测,搜集相应的参考数据,归纳分析数据特点,不断地满足深厚饱和软土区基坑支护设计的要求,实现结构受力均衡,有效的避免事故的发生。对基坑进行分段支护结构设计,确定各分段钻孔灌注桩规格,基坑支护结构的选型要充分地考虑到挖深、桩径、桩间距、嵌固深度以及配筋数量等;④基坑设计计算分析,基坑支护方案设计计算主要采用的是弹性法,能够对不同土层面进行计算,计算结果将会显示基坑支护整体的稳定结构特点,对比《建筑地基基础设计规范》将会充分地了解到安全系数,在进行基坑支护水平位移最大限度监测的时候,主要是通过抛物线法对地表沉降情况进行确定,能够获取到最大数值的差异,要将最大数值控制在《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)的要求。

3基坑支护工程优化设计

3.1工程实例概述

该商业楼初步设计方案打算建设在地下1层,基坑设计的深度约为5.1m,相关配套设备的地下2层深度约为1层深度的2倍。正在使用的地铁站位于2条路的交叉口位置。车站主体外包尺寸为152.3m×17.6m,车站底板深度约16.5m,设计方案中预留的出入口的深度与2层地下设施的设计深度保持一致。交叉的2条道路均为主要干道,配备有相关的居民日常生活中常用的配置设施。其中,受商业楼基坑施工影响较为明显的居民配套设施为预留的雨水管,其施工建设的深度在3m左右。管底距出入口顶板较近,容易遭受到预留出入口在后续施工过程中对其造成的影响。

3.2设计方案的分析与优化

①围护桩墙、支撑的设计参数之间的比较。为了满足设计及计算的信息要求,根据相关规范对基坑稳定性、围护桩墙强度及变形控制等方面的要求,按照实际施工要求及建筑物的基本特征和功能需求设定好围护墙的各个参数。②模型的维度、尺寸以及相关参数。考虑到边界对现有建筑物的影响,统一将模型的边界确定为结构边界外侧25m。土体采用D-P方式进行施工,并在初始应力状态分析及开挖过程模拟阶段对土体赋予不同的弹性模量,围护结构、各层结构板和市政管线采用线弹性板单元进行模拟应用,内支撑结构采用线弹性梁单元模拟。③计算结果。基坑的最大水平位移出现在基坑底面以上接近坑底的部位,与基坑围护桩墙优化分析时常采用的Winkle地基梁法算得的围护墙体变形具有相同的规律。在对基坑施工完成之后,既有预留出入口上方雨水管的变形小于其相邻两侧区域,源于该处水管底部距出入口顶板距离近,而出入口结构沉降小,对雨水管具有类似结构基础的承托作用。为降低基坑施工时该区域水管因较大差异沉降而增加的水管损伤风险,雨水管敷设施工时,已在预留通道两侧各设置1座检修井以增加管线对地层沉降的适应能力。地铁车站的底板变形呈现在近基坑开挖一侧较大,往远处逐渐减小的特征。其中,平面上位于既有预留出入口区域的变形梯度较大,原因为计算模型与所模拟的实际结构具有差异性。

3.3结果分析

通过上述方案的对比分析得出,方案1受到的环境影响较方案2、方案3大,但仍可满足周边建、构筑物的保护要求,特别是运营地铁的安全要求。商业基坑虽然说在设计及施工中面临开挖面积大、与地铁车站及管线的平行段长度长等诸多问题,但基坑与车站平行段间的水平净距位于基坑开挖的显著影响区以外,区基坑与车站既有预留通道的衔接段,基坑的主要变形为横断面方向,即平行于地铁车站的方向,且基坑沿深度方向设置3道内支撑体系,由此对车站的直接影响较小;地铁车站底板埋深大于本基坑的底板深度客观上符合相邻基坑开挖“先深后浅”的基本原则。同时,车站围护墙底的深度较大,对地层位移具有一定的隔断效果。因此,在具体的施工进行之前,优先选择方案1具有很高的商用价值和实践意义,值得各个相关单位关注和采纳。

4结束语

综上所述,需要结合深基坑支护工程施工经验结合工程建设目标的设定建立方案推算比较机制,对编制的施工方案进行比较分析,最终选出最佳的施工方案,保证符合技术要求,满足施工质量。

作者:杨政举 单位:贵州省地矿局112地质大队

参考文献

1杨培明.深基坑工程支护方案的优化设计.现代物业•新建设,2013,12(9)

2王永鹏,杨双锁,于洋,等.漫滩地层深基坑稳定性特征机理及支护方案研究.施工技术,2016,45(19)

3陈宇.深基坑工程支护结构设计及优化方法研究.低碳世界,2016,11(14)

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