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        復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護工程優(yōu)化設(shè)計

        2016-12-27 19:11:28耿強
        中國高新技術(shù)企業(yè) 2016年33期
        關(guān)鍵詞:復(fù)雜環(huán)境優(yōu)化設(shè)計深基坑

        摘要:目前我國沒有對整個基坑圍護體系方面的優(yōu)化研究,面對復(fù)雜環(huán)境下的基坑圍護設(shè)計,多采取增加圍護墻的嵌固深度、基坑外設(shè)置隔斷墻等措施對周邊環(huán)境予以保護,造成的工程費用增加、工期延長等問題,存在優(yōu)化的可能。文章對復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護工程優(yōu)化設(shè)計進行了探討。

        關(guān)鍵詞:復(fù)雜環(huán)境;深基坑;支護工程;優(yōu)化設(shè)計;基坑圍護體系 文獻標識碼:A

        中圖分類號:TU473 文章編號:1009-2374(2016)33-0003-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.002

        伴隨著我國城市化建設(shè)步伐的不斷加快,城區(qū)的建筑物和地下市政實施的建設(shè)規(guī)模空前強大。為了緩解人口過大帶來的出行壓力,各大城市通常會建設(shè)有地鐵系統(tǒng),且車站附近的商業(yè)樓通常會與地鐵車站的出入口相連接。在此類工程的施工過程中,基坑圍護設(shè)計多采取對基坑結(jié)構(gòu)本體增加圍護墻嵌固深度、增加坑內(nèi)地基加固等方式進行設(shè)施的防護,這樣進行施工必然會加大施工的工程量和相關(guān)費用支出,但是該設(shè)計的實現(xiàn)在確保安全的前提下存在優(yōu)化的可能。

        復(fù)雜環(huán)境下深基坑的優(yōu)化設(shè)計方案涉及投資以及各方面的安全因素的考慮,首先要進行的是優(yōu)化方案的比較選擇,然后對支護結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)化設(shè)計進行計算。目前,深基坑設(shè)計的優(yōu)化方案主要集中在圍護墻的形式以及構(gòu)件細部的優(yōu)化方面,缺少對整個深基坑圍護體系方案的優(yōu)化研究。本文就上述問題進行探討研究,采用有效方案對設(shè)計坑支護工程的優(yōu)化設(shè)計提供理論支持。

        1 深基坑支護工程概述

        深基坑支護工程指的是為了在地下結(jié)構(gòu)施工中能夠有安全的施工環(huán)境,而采取的相應(yīng)控制深基坑變形的措施。深基坑支護工程能夠為地下施工作業(yè)提供高質(zhì)量、高安全性的施工環(huán)境,在實際施工當中得到廣泛的使用。但是深基坑支護工程也具有一些重要的特點,其主要表現(xiàn)在以下方面:第一,具有較大的風險性,深基坑支護結(jié)構(gòu)從其功能上進行分析只是屬于一種臨時性的結(jié)構(gòu),而在施工的時候?qū)τ谂R時性結(jié)構(gòu)施工和永久性施工相比安全上考慮得不是那么全面,使得其在安全上存在著風險性。第二,對于深基坑支護工程來說不同區(qū)域表現(xiàn)出來的區(qū)域性特別強。在不同的區(qū)域,地下的土層結(jié)構(gòu)也存在著很大的差異,這會對深基坑的支護工程造成很大的影響。土壤中水分的含量以及承壓的情況等都會對其造成或多或少的影響。因此,在不同地區(qū)進行深基坑支護施工的時候,必須根據(jù)當?shù)氐木唧w情況進行設(shè)計和施工,才能夠有效地提高深基坑支護工程的質(zhì)量。第三,深基坑支護工程受到外界環(huán)境的影響較大。特別是在一些地形較為復(fù)雜的地區(qū),對于深基坑支護工程的要求也將會多出很多。第四,具有較強的時間效應(yīng)。土壤具有較強的蠕變性,隨著時間的增加,土壤蠕變變形越大,因此在深基坑支護工程中應(yīng)當將此點考慮在內(nèi)。第五,具有較強的系統(tǒng)性。深基坑支護工程的設(shè)計和施工同后期的深基坑內(nèi)土木作業(yè)是處于一個系統(tǒng)中,深基坑支護工程設(shè)計和施工的合理性、科學性會嚴重影響后期的土木作業(yè),因此在深基坑支護工程的設(shè)計和施工中應(yīng)當盡可能地考慮得更加全面。

        2 某商業(yè)樓交叉口基坑支護工程優(yōu)化設(shè)計情況概述

        2.1 工程情況簡介

        該商業(yè)樓初步設(shè)計方案打算建設(shè)在地下一樓,基坑設(shè)計的深度約為5.1m,相關(guān)配套設(shè)備的地下二層深度約為一層深度的兩倍。正在使用的地鐵站位于兩條路的交叉口位置。車站主體外包尺寸為152.3m×17.6m,車站底板深度約16.5m,設(shè)計方案中預(yù)留的出入口的深度與二層地下設(shè)施的設(shè)計深度保持一致。交叉的兩條道路均為主要干道,配備有相關(guān)的居民日常生活中常用的配置設(shè)施。其中,受商業(yè)樓基坑施工影響較為明顯的居民配套設(shè)施為預(yù)留的雨水管,其施工建設(shè)的深度在3m左右。管底距出入口頂板較近,容易遭受到預(yù)留出入口在后續(xù)施工過程中對其造成的影響。

        2.2 使用現(xiàn)場的工程環(huán)境

        我們所要研究的建筑施工地區(qū)處在特有的平原地區(qū),其地質(zhì)條件較為復(fù)雜,覆蓋有灰黃色粉質(zhì)黏土、灰色砂質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土以及灰色粉質(zhì)黏土等多種土質(zhì);另外,場地的地下水有潛水和承壓水,潛水對深基坑的影響受到降雨以及地表水等因素的影響,各項水文測量指標均符合施工建設(shè)的相關(guān)要求行指標。

        2.3 深基坑的設(shè)計方案比較

        我們將商業(yè)樓地下兩層區(qū)及與車站預(yù)留通道相連的區(qū)的段基坑區(qū)域統(tǒng)稱為A區(qū)。將設(shè)計施工的建筑物其他位置根據(jù)實際施工要求標定為B區(qū)和C區(qū)。我們采用明挖順作的方式對基坑進行施工操作,圍護體系的施工建設(shè)則是采取鋼筋混凝土內(nèi)支撐、鋼支撐的形式進行。研究人員根據(jù)實際情況選取特定的設(shè)計方案一號進行探討,其設(shè)計施工理念為將B區(qū)、C區(qū)和A區(qū)同時開挖,直至A區(qū)的中間位置,在A區(qū)地下部分施工完成以后再進行該A區(qū)上面部分的施工建設(shè)。

        2.4 方案調(diào)整

        施工人員根據(jù)實際情況,出于對安全因素的考慮,特將上述方案一做如下調(diào)整,即方案二:在B區(qū)、C區(qū)之間設(shè)置一道臨時用于封堵作用的墻體,在墻體兩側(cè)進行分區(qū)域施工,以避免其他區(qū)域施工造成的影響,同時在對A區(qū)中板以下部分的施工完成以后,施工人員根據(jù)設(shè)計之初的既定方案進行其相應(yīng)的頂板方面的施工建設(shè),最后再進行深基坑的建設(shè)和維護。

        2.5 兩種設(shè)計方案的比較

        第一,第二個方案的安全性較高,有利于保護周邊設(shè)施,但是臨時封堵墻的建設(shè)為后續(xù)清除工作帶來了巨大的挑戰(zhàn);第二,臨時建造的封堵墻增加了結(jié)構(gòu)施工縫的數(shù)量,在滲水方面提升了一定的風險系數(shù),與此同時,施工建設(shè)還會影響周邊居民配套設(shè)施的正常使用與維護;第三,方案一的施工工期相對較短,所花費的成本較高,但是對相鄰管線以及地鐵造成的影響可能較大。

        3 設(shè)計方案的分析與比較選擇

        3.1 圍護樁墻、支撐的設(shè)計參數(shù)之間的比較

        為了滿足設(shè)計及計算的信息要求,我們根據(jù)相關(guān)規(guī)范對基坑穩(wěn)定性、圍護樁墻強度及變形控制等方面的要求,按照實際施工要求及建筑物的基本特征和功能需求設(shè)定好圍護墻的各個參數(shù)。

        3.2 模型的維度、尺寸以及相關(guān)參數(shù)

        考慮到邊界對現(xiàn)有建筑物的影響,統(tǒng)一將模型的邊界確定為結(jié)構(gòu)邊界外側(cè)25m。土體采用D-P方式進行施工,并在初始應(yīng)力狀態(tài)分析及開挖過程模擬階段對土體賦予不同的彈性模量,圍護結(jié)構(gòu)、各層結(jié)構(gòu)板和市政管線采用線彈性板單元進行模擬應(yīng)用,內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)采用線彈性梁單元模擬。

        3.3 計算結(jié)果

        基坑的最大水平位移出現(xiàn)在基坑底面以上接近坑底的部位,與基坑圍護樁墻優(yōu)化分析時常采用的Winkle地基梁法算得的圍護墻體變形具有相同的規(guī)律。在對基坑施工完成之后,既有預(yù)留出入口上方雨水管的變形小于其相鄰兩側(cè)區(qū)域,源于該處水管底部距出入口頂板距離近,而出入口結(jié)構(gòu)沉降小,對雨水管具有類似結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的承托作用。為降低基坑施工時該區(qū)域水管因較大差異沉降而增加的水管損傷風險,雨水管敷設(shè)施工時,已在預(yù)留通道兩側(cè)各設(shè)置一座檢修井以增加管線對地層沉降的適應(yīng)能力。地鐵車站的底板變形呈現(xiàn)在近基坑開挖一側(cè)較大,往遠處逐漸減小的特征。其中,平面上位于既有預(yù)留出入口區(qū)域的變形梯度較大。原因為計算模型與所模擬的實際結(jié)構(gòu)具有差異性。各方案的基坑、車站底板及管線變形情況見表1:

        3.4 結(jié)果分析

        通過上述方案的對比分析我們得出,方案1受到的環(huán)境影響較方案2、方案3大,但仍可滿足周邊建、構(gòu)筑物的保護要求,特別是運營地鐵的安全要求。商業(yè)基坑雖然說在設(shè)計及施工中面臨開挖面積大、與地鐵車站及管線的平行段長度長等諸多問題,但基坑與車站平行段間的水平凈距位于基坑開挖的顯著影響區(qū)以外,區(qū)基坑與車站既有預(yù)留通道的銜接段,基坑的主要變形為橫斷面方向,即平行于地鐵車站的方向,且基坑沿深度方向設(shè)置三道內(nèi)支撐體系,由此對車站的直接影響較?。坏罔F車站底板埋深大于本基坑的底板深度客觀上符合相鄰基坑開挖“先深后淺”的基本原則。同時,車站圍護墻底的深度較大,對地層位移具有一定的隔斷效果。因此,在具體的施工進行之前,優(yōu)先選擇方案一具有很高的商用價值和實踐意義,值得各個相關(guān)單位關(guān)注和采納。

        4 結(jié)語

        本文以一個實際的深基坑支護工程設(shè)計作為研究案例,充分反映出深基坑支護工程所具備的重要意義,尤其是在復(fù)雜的環(huán)境下,更應(yīng)當引起特別的注意。一不小心,就將會產(chǎn)生一定的不良后果,對生命財產(chǎn)安全造成威脅,因此在設(shè)計研究方面的工作人員應(yīng)當考慮得更加全面,使設(shè)計出來的支護結(jié)構(gòu)更加科學和合理。

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        作者簡介:耿強(1986-),男,山西大同人,廣西華藍巖土工程有限公司工程師,研究方向:基坑支護與地基處理。

        (責任編輯:黃銀芳)

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