某高层建筑深基坑支护技术设计与理论探究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：基坑在岩土工程领域中属于重要组成部分，从安全的角度考虑，高层建筑巨大的荷载作用对基坑结构变形防护提出了更高要求。文章以日照某高层建筑基坑支护建设项目为背景，基于理正软件对基坑支护设计方案中不同支护工况进行了理论计算与验证，通过相应计算支护结构方案的整体稳定性、抗倾覆稳定性和桩身嵌岩深度等因素满足工程规范要求，并对支撑结构周围的地面沉降情况通过计算验证合理。
　　关键词：基坑支护；结构变形；稳定性；理论计算与验算
　　中图分类号：U448.27 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）19-0145-02
　　Abstract： Foundation pit is an important part in the field of geotechnical engineering. From the point of view of safety， the huge load of high-rise buildings puts forward higher requirements for the deformation protection of foundation pit structure. In this paper， based on the background of the foundation pit support construction project of a high-rise building in Rizhao， the theoretical calculation and verification of different support conditions in the foundation pit support design scheme are carried out based on the straightening software. Through the corresponding calculation of the overall stability of the supporting structure scheme， anti-overturning stability and pile rock-socketed depth and other factors to meet the requirements of the engineering code， and through the calculation of the land subsidence around the bracing structure to verify reasonable.
　　Keywords： Foundation pit support； structural deformation； stability； theoretical calculation and checking calculation
　　引言
　　基礎工程具有危险性高、技术难度大的特点，一旦发生事故将造成不可挽回的后果，不仅造成经济损失，更为严重的将危及人员生命安全，所以基础工程为整个工程中的重中之重[1]。而工程支护是工程基础实体的建设安全、稳定保证的必要措施，因此，展开对基坑支护方案的设计和理论研究就变得尤为必要。本文以日照安泰某高层建筑的深基坑支护进行研究，结合工程场地的地质、水文条件，对场区内的岩土工程性质和支护措施方案进行了分析计算，通过理正软件针对不同开挖工况及其支护过程中的内力、位移变化验算分析，研究结果可为高层建筑深基坑的结构支护提供案例参考和理论借鉴。
　　1 工程背景
　　该工程拟建场地位于日照市滨海路西侧，山东路南侧，日照消防支队东侧。建设面积为35km2。建筑建场地由东向西缓倾，地面黄海高程在43.75～52.64m之间。场区地貌单元属黄海陆域低山丘陵，地貌成因类型为构造剥蚀低级夷平面，地貌类型为剥蚀缓坡，后经人工改造成现状地。
　　2 基坑支护设计方案
　　2.1 基坑支护方案
　　（1）素填土场地固结程度差，属高压缩性欠固结土，本层基坑开挖自然放坡采用1：1.5。（2）强风化花岗闪长岩在本层的风化情况由上而下变弱；上部较下部更加容易被风化；而地基上部承载力水平较下部高，根据本工程建筑物的特点，该层是良好的基础持力层；但属软性岩土，遇水易崩解，故基坑开挖临时放坡采用1： 0.3。（3）微风化花岗闪长岩在场地大部分都有揭露，该层厚度未揭穿。岩体完整性指数0.59～0.91，完整程度较好，基坑开挖临时放坡采用1：0.15。
　　整个场区裸露属于强风和微风化带；岩土自稳性较好，综合确定该基坑侧壁安全等级为二级。
　　考虑到所建的项目位于城市中心地带，周围的建筑物多、环境复杂，且本工程为高层建筑，所需支护的深度较大，因此对周边环境的控制要求较高，故采取对基坑四周采用桩锚支护结构进行边坡支护。
　　2.2 基坑支护桩设计
　　采用机械钻孔成孔，桩身采用C35的混凝土浇筑成桩，桩顶冠梁高0.9m，桩身直径0.85m，桩长为13m，其中3.5m嵌入基岩当中，相邻的灌注桩之间的距离为2.6m，灌注桩参数见表1。
　　2.3 基坑锚杆支护设计
　　支护坡面图中展示为桩锚支护，锚杆数量共4道，锚杆为预应力端锚锚杆，全场长12m，锚固段长6m，锚固体与强风化花岗岩的摩擦阻力为160kPa，与微风化花岗岩的摩擦阻力为900kPa，强风化花岗岩的土层厚度11.6m，微风化花岗岩的土层厚度为6m。
　　3 理正软件对深基坑计算及验证
　　3.1 各支护结构内力计算
　　开挖流程为先用机器开挖，开挖至接近设计标高时再人工开挖至设计深度，首先冠梁的开挖，当基坑开挖至2.7m时，在2.2m处立即进行第一道锚杆的支护，待第一次基坑锚杆支护完成后，再进一步开挖，当开挖至4.5m处时，进行第二次锚杆支护，支护稳定后进行下一步开挖，以此步骤进行循环，至完成第4步的开挖及支护后，开挖至基坑底部设计标高。 　　桩体弯矩、剪力变化及分析：基坑开挖过程中，开挖部位的桩体弯矩逐渐向基坑内侧增加，当施加预应力锚杆时，会造成弯矩方向的改变，即部分桩体弯矩有向基坑外侧增加的趋势，对于未开挖的部分，桩体弯矩则向基坑内侧增大，随开挖深度的增加，其反弯点的位置也不断的下移，最终弯矩达到最大值出现在基坑底部；在岩土体开挖时，桩体所受剪力会向基坑内测增加，在开挖完成后，加设锚杆支撑体会出现明显剪力突变现象，究其原因为所施加预应力锚杆对于桩体等价于集中力作用，会改变锚杆附近土体应力变化，剪力最大值发出现在开挖界面处和加设预应力锚杆处，由此预应力锚杆对桩身剪力的影响较大。
　　3.2 整体稳定性验算
　　依据图1采用瑞典条分法计算基坑的整体稳定性，并计算安全系数KS。取土条宽度1m，圆弧半径R=13.6m，圆心坐标X=-2.6m，Y=10.1m，计算得到桩的整体稳定安全系数 KS=3.2。在《建筑基坑支护技术规程》中明确规定了支护桩的整体稳定性安全系数，规定最小的安全系数为1.25，通过瑞典条分法计算得到的安全系数1.32要大于1.25，满足规范要求。
　　Mp-被动土压力及支点力对支护桩底部的抗倾覆弯矩，比较锚杆或锚索承受的锚固力及抗拉力，选其中较小值。
　　Ma-主动土压力对支护桩底部的倾覆弯矩。
　　对施工状况不同的基坑桩体进行计算后，得到的抗倾覆安全系数来进行分析，求得抗倾覆安全系数分别为19.9、20.6、13.3、14、8.8、9.4、6、6.9、3.9，第9工况为安全系数位最小的工况，且满足规范要求，其余均满足规范要求。
　　3.3 嵌固深度计算
　　根据《建筑基坑支护技术规程》中所列明的圆弧滑动简单条分法对嵌固深度经行计算：其中圆心坐标（-3.7，9.1），半径为10.3m，计算得到安全系数Ks=2.4≥1.3，嵌固深度计算值h=0.5m，嵌固深度采用值ld=3m，当前嵌固深度为0.5m。在《建筑基坑支护技术规程》中规定，多点支护结构嵌固深度ld应该大于0.2h。所以嵌固深度应该取值为：2.48m。
　　4 结论
　　（1）经典方法进行计算时存在理想化弊端，无法考虑土方开挖过程中存在的应力变化而影响桩及所要支护的岩土，导致其发生变形。对比弹性地基梁法在计算过程中就考虑到了以上非理想化内容，使桩位的位移变化更符合实际工程。（2）在基坑开挖过程中，开挖部位的桩体弯矩逐渐向基坑内侧增加，当施加预应力锚杆时，会造成弯矩的改变，即基坑开挖的部分桩体弯矩向基坑外侧增加，对于未开挖的部分，桩体弯矩则向基坑内侧增大，随深度的逐渐增加，其反弯点的位置也不断的下移，最终在基坑开挖的底部弯矩达到最大值。（3）在岩土体开挖过程中桩体所受剪力会向基坑内测方向增加，在开挖完成后，加设锚杆支撑桩体会出现显著的剪力突变现象，原因是施加预应力锚杆对于桩体相当于集中力作用，会改变锚杆附近土体应力变化，剪力最大处发生在开挖的界面处和加设预应力锚杆处，可见预应力锚杆对桩身剪力的影响比较大。（4）通过计算可以初步确支护结构方案的整体稳定性，并且抗倾覆稳定性和桩身嵌岩深度等因素都满足工程规范要求，且对支撑结构周围的地面沉降情况通过计算验证合理。综上所述，支护方案的选择是具有合理性及安全性。
　　参考文献：
　　[1]吴建国.基于案例探究深基坑支护技术标准[J].中国标准化，2017（24）：172-173.
　　[2]王永玮，郑建国，曹雷.深基坑支护方案技术经济评价模型[J].中国海洋大学学报（自然科学版），2018，48（12）：99-104.
　　[3]张宁.高层建筑施工技术要点及质量控制研究[J].建材与装饰，2017（52）：20-21.
　　[4]王云华.高层建筑深基坑支护施工技术研究[J].绿色环保建材，2018（10）：137+140.
　　[5]林立言.建筑深基坑支护技术方案优选分析[J].安徽建筑，2018，24（04）：173-174.
　　[6]张丽亮.高层建筑深基坑支护工程分析研究[J].居舍，2018（15）：15.
　　[7]冯然.基于建筑深基坑支护施工技术分析[J].绿色环保建材，2018（02）：160.
　　[8]陈敬东.高层建筑深基坑支护及降水方案的探讨[J].福建建材，2018（01）：65-67.
　　[9]杜厚兆.關于建筑深基坑支护工程施工技术研究[J].江西建材，2017（15）：112-113.
　　[10]曹传峰.高层建筑深基坑支护技术措施浅谈[J].门窗，2017（06）：242.
　　[11]覃淼平.高层建筑深基坑施工技术要点研究[J].建设科技，2017（04）：84-85.
　　[12]李洪高.高层建筑深基坑支护技术控制方法研究[J].绿色环保建材，2016（08）：111.
　　[13]李文佳.浅析高层建筑深基坑支护施工技术[J].民营科技，2014（06）：214.
　　[14]李勤岳.试论高层建筑深基坑支护施工技术[J].江西建材，2014（02）：61+64.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14832920.htm