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        既有建筑復(fù)雜條件下基坑支護(hù)設(shè)計及效果評價

        2024-12-06 00:00:00馮啟莊楊勇昌
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2024年13期
        關(guān)鍵詞:既有建筑基坑支護(hù)效果評價

        摘要:為保障基坑在既有建筑復(fù)雜條件下安全施工,結(jié)合項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)條件,先進(jìn)行基坑支護(hù)方案設(shè)計和支護(hù)措施計算,再結(jié)合基坑變形監(jiān)測成果,通過變形預(yù)測評價基坑支護(hù)效果。分析結(jié)果表明,由于基坑周邊近接既有建筑較復(fù)雜,基坑支護(hù)設(shè)計格外重要,并將支護(hù)方案設(shè)計為“支護(hù)樁+錨索”。在基坑變形監(jiān)測成果中,基坑變形值范圍為12.52mm~20.16mm,總體均<35mm,說明現(xiàn)狀條件下的基坑變形仍在控制范圍內(nèi)。經(jīng)變形預(yù)測可知基坑變形雖然會增加,但增加速率較小,基坑變形趨于穩(wěn)定,驗(yàn)證了基坑支護(hù)方案設(shè)計的有效性,為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

        關(guān)鍵詞:基坑;既有建筑;基坑支護(hù);效果評價

        中圖分類號:P642""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        目前,基坑工程數(shù)量越來越多,其周邊近接條件也越來越復(fù)雜,為確?;影踩┕?,其施工過程中的變形控制格外重要。要想實(shí)現(xiàn)基坑變形控制,進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計是必要的[1-2]。目前,已有學(xué)者進(jìn)行了基坑支護(hù)的相關(guān)研究,如王園等[3]分析了填土條件下的基坑支護(hù)設(shè)計;唐成偉[4]研究了復(fù)雜環(huán)境條件下的基坑支護(hù)措施;陳少琴[5]探究了基坑支護(hù)過程中的技術(shù)要點(diǎn)。上述研究成果值得肯定,但限于基坑所處環(huán)境條件的差異性,仍可結(jié)合基坑具體條件進(jìn)行相應(yīng)研究。

        因此,此文以項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)條件為基礎(chǔ),先進(jìn)行基坑支護(hù)方案設(shè)計和支護(hù)措施計算,再結(jié)合基坑變形監(jiān)測成果,通過變形預(yù)測評價基坑支護(hù)效果,以保障基坑安全施工,并為類似工程積累一定經(jīng)驗(yàn)。

        1工程概況

        擬建基坑隸屬某房屋高層建筑,地下設(shè)計2層,擬建面積約10042m2,地面建設(shè)為城市公園,地上設(shè)計18層。根據(jù)設(shè)計成果,擬建基坑平面形態(tài)近似多邊形特征(如圖1所示),開挖深度為12.5m,屬深基坑。

        根據(jù)鉆探資料,基坑開挖范圍和影響范圍內(nèi)地層主要為雜填土、粗砂和強(qiáng)、中風(fēng)化砂巖,其中,雜填土主要是由碎石、黏性土構(gòu)成,雜色,厚度為1.9m~3.4m;粗砂具褐黃色,中密、飽和狀態(tài),級配相對較差,主要成分為石英,厚度為1.3m~4.3m;基巖巖性為砂巖,強(qiáng)~中風(fēng)化,棕灰色,稍濕,層狀構(gòu)造,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),強(qiáng)風(fēng)化厚度為5.5m~7. 1m,其下均為中風(fēng)化,最大揭露厚度為13.5m。通過室內(nèi)試驗(yàn)成果統(tǒng)計,得到各類地層基本特征參數(shù),見表1。

        經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查,基坑周邊主要有5棟既有建筑,具體分布如圖1所示,其中既有建筑1為酒店,地下1層,地上10層,基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ),埋深約5m,最小凈距約8.4m;既有建筑2為營業(yè)樓,無地下室,地上6層,基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ),埋深約2m,最小凈距約9.5m;既有建筑3為圖片社,無地下室,地上3層,基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ),埋深約2m,最小凈距約9.8m;既有建筑4為鞋城,無地下室,地上6層,基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ),埋深約2m,最小凈距約10.4m;既有建筑5為商鋪,無地下室,地上5層,基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ),埋深約2m,最小凈距約10.0m。因此,基坑周邊近接既有建筑較復(fù)雜,為確保既有建筑安全,對其進(jìn)行支護(hù)設(shè)計是十分必要的。

        2基坑支護(hù)設(shè)計

        2.1支護(hù)方案設(shè)計

        根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120—2012),基坑設(shè)計等級為乙級,安全等級為一級,變形控制等級為一級,因此基坑結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)設(shè)計為1. 1,使用年限設(shè)計為2年,混凝土采用C30等級。

        鑒于基坑周邊建、構(gòu)筑物較復(fù)雜,其施工過程中的變形控制要求較高,因此將基坑支護(hù)措施設(shè)計為“支護(hù)樁+錨索”(示意圖如圖2所示)。其中支護(hù)樁直徑為1.0m,樁長21.5m(懸臂段12.5m,嵌固段9.0m)。材質(zhì)采用鋼筋混凝土,并于基坑頂部設(shè)置冠梁,尺寸為0.6m×1.0m,材質(zhì)也為鋼筋混凝土。錨桿設(shè)計3道,長度為20m(錨固段14m,自由段6m),入射傾角為13°,孔徑為150mm。頂部第一道位于冠梁中部,按3m間距豎向布設(shè)其余2道錨索。錨索采用鋼絞線,直徑設(shè)計為17.8mm,鎖定荷載值為340kN。

        2.2支護(hù)措施計算

        通過內(nèi)力計算,得到基坑區(qū)范圍內(nèi)支護(hù)所需承擔(dān)的彎矩為402.52kN·m~471.94kN·m,最大剪力值為204.79kN,并通過公式(1)和公式(2)進(jìn)行支護(hù)配筋計算。

        式中:N為軸力設(shè)計值(kN);M為彎矩設(shè)計值(kN);at、a為面積比的特征參數(shù);A、As為支護(hù)樁、鋼筋的截面積(mm2);fc為混凝土抗壓強(qiáng)度(N/mm2);fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值(N/mm2);r、rs為支護(hù)樁、鋼筋的半徑(mm)。

        通過計算,配置24根直徑25mm的鋼筋,等級為HRB400,保護(hù)層厚度設(shè)計為50mm,箍筋采用螺旋箍,直徑為12mm,等級為HPB300,間距為20cm。

        利用公式(3)進(jìn)行錨固力Pt計算。

        (3)

        式中:F為錨索所需設(shè)計值(kN);β為入射角(°);a為錨索與滑面夾角(°);φ為摩擦角(°)。

        經(jīng)計算,第一道至第三道錨索的Pt為256.89kN~304.71kN,因此,錨索的鎖定荷載值為340kN是合理的。

        3基坑支護(hù)效果評價

        3.1評價思路的構(gòu)建

        在基坑施工過程中,變形監(jiān)測是必要的,如果變形監(jiān)測成果在控制值(35mm)內(nèi),說明支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制效果較優(yōu)。進(jìn)而通過變形預(yù)測來評價基坑變形發(fā)展趨勢,進(jìn)一步驗(yàn)證基坑變形控制效果。因此應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行基坑變形預(yù)測模型構(gòu)建,根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)[6],支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)具有良好的變形預(yù)測能力,本文提出以支持向量機(jī)進(jìn)行基坑變形預(yù)測。

        在SVM預(yù)測過程中,訓(xùn)練函數(shù)如公式(4)所示。

        f(x)=WTφ(x)+b(4)

        式中:f(x)為訓(xùn)練函數(shù);WT為權(quán)值量;b為偏置量;x為輸入信息;φ(x)為激勵函數(shù)。

        在訓(xùn)練過程中,進(jìn)一步通過約束設(shè)置來控制預(yù)測精度,如公式(5)所示。

        式中:L為約束指標(biāo);ai、ai*分別為乘子變量;l為訓(xùn)練集個數(shù);ε為損失變量;Q為核變量。

        在公式(5)的約束條件下,SVM的預(yù)測值Yi如公式(6)所示。

        (6)

        值得指出的是,SVM的參數(shù)WT和b會在較大程度上影響預(yù)測精度,為確保預(yù)測效果,采用生物地理學(xué)優(yōu)化算法(Biogeography Based Optimization,BBO)對這2個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理,具體流程如圖3所示。

        將BBO-SVM作為基坑變形預(yù)測模型,如果基坑后續(xù)變形速率趨于減弱,就說明其變形趨于穩(wěn)定,基坑變形控制效果較優(yōu)。為評價預(yù)測效果,將相對誤差Et作為預(yù)測精度評價指標(biāo),其值越小越好,如公式(7)所示。

        Et=(Yt-Kt)/Yt(7)

        式中:Yt為變形監(jiān)測值;Kt為變形預(yù)測值。

        3.2支護(hù)效果的評價結(jié)果

        在基坑變形成果統(tǒng)計中選擇13個代表性變形監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行分析(布置如圖1所示),按照3d一次的監(jiān)測頻率統(tǒng)計出28期的變形監(jiān)測成果,具體見表2。表2中,13個監(jiān)測點(diǎn)的變形值范圍為12.52mm~20.16mm,均值為15.42mm,總體均<35mm,說明13個監(jiān)測點(diǎn)目前均在基坑設(shè)計變形控制范圍內(nèi)。

        由于篇幅限制,本文僅對變形值最大的4個監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行示例性預(yù)測分析,即以h1、h3、h7和h12作為后續(xù)分析數(shù)據(jù)來源。

        經(jīng)統(tǒng)計,可得BBO-SVM監(jiān)測數(shù)據(jù),見表3。表3中,4個監(jiān)測點(diǎn)的變形值具有持續(xù)增加特征,只是增加速率存在波動,側(cè)面驗(yàn)證了通過變形預(yù)測來評價基坑變形趨勢是必要的。

        由于BBO-SVM具有優(yōu)化組合流程,因此以h1為例,比較SVM優(yōu)化前、后的預(yù)測效果,結(jié)果見表4。表4中,在25~28期相應(yīng)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)處,BBO-SVM的Et值均在不同程度上小于SVM的Et值,說明通過BBO的優(yōu)化處理,能有效提高h(yuǎn)1監(jiān)測點(diǎn)的預(yù)測效果,驗(yàn)證了BBO的優(yōu)化能力。值為2.07%;h3的Et值為2.02%~2.16%,均值為2.08%;

        h1監(jiān)測點(diǎn)的示例性分析驗(yàn)證了BBO-SVM適用于基坑變形預(yù)測。經(jīng)統(tǒng)計,可得h1、h3、h7和h12監(jiān)測點(diǎn)的預(yù)測結(jié)果,見表5。表5中,h1的Et值為2.04%~2. 12%,均h7的Et值為2.06%~2.28%,均值為2.15%;h12的Et值為2.13%~2.29%,均值為2.20%。因此,4個監(jiān)測點(diǎn)的變形預(yù)測效果較優(yōu),其后29~31期的預(yù)測結(jié)果較可信。

        由29~31期的預(yù)測結(jié)果進(jìn)一步計算這3期的變形速率均值,依次為0.34mm/3d、0.27mm/3d、0.16mm/3d和0.37mm/3d,四者變形速率值均較小,說明基坑變形雖然會進(jìn)一步增加,但其累計變形值趨于穩(wěn)定,并且4個監(jiān)測點(diǎn)在31期時的變形預(yù)測值為16.84mm~20.78mm,也<35mm,說明基坑在預(yù)測期間的變形控制效果也較優(yōu),充分驗(yàn)證了基坑支護(hù)方案設(shè)計是合理有效的。

        4結(jié)論

        通過既有建筑復(fù)雜條件下的基坑支護(hù)設(shè)計和效果評價,所得結(jié)論如下所示。1)由于基坑周邊近接既有建筑較復(fù)雜,基坑支護(hù)設(shè)計格外重要,本文結(jié)合工程實(shí)際,將支護(hù)方案設(shè)計為“支護(hù)樁+錨索”。2)通過基坑變形成果分析可知基坑變形趨于穩(wěn)定且變形值始終<35mm,因此基坑支護(hù)方案設(shè)計是合理有效的,取得了基坑變形控制效果。

        參考文獻(xiàn)

        [1]黃世政. 基于復(fù)雜環(huán)境的深基坑設(shè)計與變形監(jiān)測分析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2023(16):118-120.

        [2]孫海浩,王園. 復(fù)雜環(huán)境條件下深基坑設(shè)計與變形監(jiān)測分析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2023(15):121-123.

        [3]王園,孫海浩,門月鵬. 填土基坑支護(hù)設(shè)計及其效果評價[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2023(12):77-79.

        [4]唐成偉. 復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑支護(hù)設(shè)計研究[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2023(11):102-104.

        [5]陳少琴. 某建筑工程地下室基坑開挖及支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)分析[J]. 四川水泥,2023(11):195-197.

        [6]曹凈,唐斌懿,李豪. 基于SA-PSO算法優(yōu)化LS-SVM的基坑土層等效參數(shù)反演[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保,2023,49(2):15-20.

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