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某大厦深基坑工程支护结构设计

　　摘 要：本文针对某大厦工程土质及周围环境情况，提出了对其基坑支护的需求，通过对各种支护方案在结构、经济方面特点的比较，确定了该工程采取钻孔灌注桩与内支撑的围护的方案。依据基坑支护技术规程和工程经验，选用连续梁方法分工况对围护结构进行分析与设计，按所设计支护进行施工，达到了安全、可靠、经济的效果。
　　关键词：基坑； 支护； 钻孔灌注桩； 内支撑； 工况
　　1前言
　　本工程由一栋20层主楼及裙房组成，主楼及裙楼下部均设二层地下室。基坑地面面积，基地原地面标高取用作为施工场地设计高程。基坑开挖深度为，基坑周长约。
　　本工程基坑南侧道路下共设有七路管线，包括煤气、电力、上水、电话等，最近处电话管线离基坑内边线约6m。
　　拟建场地浅层地下水为潜水型，主要受大气降水与地表径流补给。勘探测得地下水静止水位在地表以下~，绝对标高为~。试验表明地下水对混凝土无侵蚀性。地面以下4~8m左右为粘质粉土或砂质粉土，设防烈度7度时易引起轻度液化，基坑开挖深度范围内可不考虑地震影响。因本工程开挖的基坑较深，必须采用非常安全可靠且经济实用的基坑围护结构来保证施工的安全性，下面就详细以本工程为例，分析一下基坑围护结构如何进行选型和设计。
　　2基坑围护结构选型与方案设计
　　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、锚喷支护结构、单支点混合支护结构、拱式支护结构。
　　支护体系选择的影响因素
　　基坑平面的几何尺寸，开挖深度，防水抗渗要求；
　　地下工程的类型、特点，建筑物基础结构及上部结构类型；
　　场地的工程地质及水文地质条件；
　　基坑围护结构所受的土压力、地面超载等因素；
　　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；
　　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；
　　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。
　　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：
　　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。
　　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。

　　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。
　　此工程的地质主要是粉土和粘土等弱透水性土。
　　必须考虑经济方面的投入。
　　支护方案选择与确定
　　根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99，支护结构的选型如表1。
　　初选方案
　　鉴于以上分析，可选择的护坡方案主要有三种：
　　方案一：钻孔排桩+桩间旋喷桩止水+钢筋混凝土内支撑方案；
　　钻孔桩排桩挡土，桩间设旋喷桩作为止水帷幕，设钢筋混凝土支撑。
　　方案二：地下连续墙+钢管支撑方案；
　　方案三：SMW工法，墙体采用双轴搅拌桩，插入型钢。围护墙顶设置周圈钢筋混凝土压顶圈梁。
　　方案比较(表2)
　　方案确定
　　基坑支护的一个大的原则就是根据基坑开挖深度、地质条件、周边环境采取合适的支护形式保证基坑的安全，在同样保证基坑安全的情况下，考虑适合的造价。根据上面特点的比较，从地质适用性，安全性，实用效果，经济性，工期等综合考虑，我认为方案一为最佳，即钻孔排桩+桩间旋喷桩止水+钢筋混凝土内支撑方案。
　　3基坑支护结构设计
　　基坑支护结构设计原则
　　基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。
　　基坑支护结构极限状态可分为下列两类：
　　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边环境破坏；
　　正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。
　　基坑支护结构设计应根据表3选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。
　　支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的影响，对于安全等级为一级和对周边环境有限定要求的二级建筑基坑侧壁，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。
　　当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础型式等因素，确定地下控制方法。当场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施。
　　根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列规定进行计算和验算：
　　基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算内容应包括：①根据基坑支护形式及其受力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当有锚杆或支撑时，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及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。
　　地下水控制计算和验算：①抗渗透稳定性验算；②基坑底突涌稳定性验算；③根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算；
　　基坑支护设计内容应包括对支护结构计算和验算、质量检测及施工监控的要求。
　　当有条件时，基坑应采用局部或全部放坡开挖，放坡坡度应满足其稳定性要求。
　　设计说明
　　根据所选的方案设计，对维护桩的计算应该分工况进行，由各个工况计算所得的数据进行灌注桩的入土深度和配筋计算，以及可计算出内支撑的支撑力及其配筋情况，从而根据计算所得的数据确定最优化支护方案。
　　本基坑工程的土质比较均匀，而所需的开挖深度都一样，所以模拟基坑的四周情况都相同。由于土质大部分是粘土，作用在维护桩墙上的侧向压力采用水土合法。土的饱和重度γ取自然重度。坑外地面超载取q=20KN/m2，C按直剪固结快剪取峰值。侧向土压力按朗金土压力方法分层计算。
　　本基坑工程是单支撑结构，采用等值梁法对支撑维护结构进行计算。工况分为两个：第一个工况内力按挖土至支撑设置标高但尚未设置支撑时进行计算；第二个工况是设置支撑后，挖土至相应基坑底标高时。详见图1，先对第二个工况进行计算，再进行第一个工况的验算。
　　工况二计算
　　在浇筑底板以前的开挖阶段，档墙是两个支点的静定梁，两个支点分别是第一道支撑及土中净土压力为零的一点。
　　先计算各层的被动土压力，再计算最大弯矩为Mmax=，两支座反力为RA=399KN，QB=。最后计算出钻孔灌注桩的插入深度为。
　　工况一验算　　在设置支撑以前的开挖阶段，可将挡墙作为一端嵌固在土中的悬臂桩。计算出最大弯矩为Mmax=。
　　灌注桩截面配筋设计
　　计算参数为：预选桩直径为D=1000mm，桩间间距为，混凝土强度等级为C30，fc =/mm2，受力钢筋采用HRB335级钢筋，fy=300N/mm2，钢筋保护层厚度取as=50mm，该基坑的安全等级是二级，γ0=，螺旋箍筋用HPB235，其间距按构造要求配置。
　　先求出截面弯矩设计值M=，再进行配筋计算,得出按20Φ22进行配筋，沿灌注桩周边均匀配置，箍筋按构造要求配置，按照规范取螺旋筋Φ8@250mm，每隔1500mm布置一根Φ14的焊接加强钢筋，以增加钢筋笼的整体刚度。
　　桩顶圈梁的设计
　　桩顶部设置连续梁，可以增加护坡桩的整体性，形成闭合的结构。圈梁钢度越大，则圈梁的作用越相当与支点的作用，对桩的受力和变形起显着改善作用。因此设计时可将其断面加大，配以适量的配筋，增加其钢度。根据大量的工作经验，建议取：Aq=As ，设计圈梁高度400mm，宽度1000mm，配置10 25，满足最小配筋率要求，箍筋按构造要求，配Φ8@250，拉钩为Φ8@250。
　　钢筋混凝土内支撑设计
　　采用钢筋混凝土内支撑，围护桩的变形较小，能确保周围建筑物的安全和控制道路的变形状态。钢筋混凝土支撑的截面为600mm*600mm，上下均匀配置4Φ 25，箍筋为Φ8@200。
　　止水帷幕旋喷桩的设计
　　高压喷射注浆用作止水帷幕时，应该根据防渗要求进行设计计算。
　　防水工程设计时，一般按双排或三排布孔形旋喷形帷幕，孔距应不小于、排距不小于。
　　本工程的旋喷桩设计为双排，直径为Φ800mm，孔距为750mm，排距为600mm，水泥渗量为15%。桩深入到基坑底面4m下，即桩长。旋喷桩的平面布置图如图2。
　　最终方案
　　地质情况基本相同的基坑，四周都采用钻孔灌注桩加钢筋混凝土支护，用旋喷桩做防水帷幕。全部都用C30的混凝土。
　　钻孔灌注桩直径为1000mm，桩按20Φ22进行配筋，延桩周边均匀配置，螺旋筋Φ8@250mm，每隔1500mm布置一根Φ14的焊接加强箍筋。
　　桩顶圈梁高度400mm，宽度1000mm，配置10 25，箍筋为Φ8@250。
　　旋喷桩直径为Φ800mm，孔距为750mm，排距为600mm，桩长，水泥参量为15%。
　　4小结
　　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，经验和综合判断有重要作用。
　　参考文献：
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