基坑工程設計研究論文
摘要:本文概述了基坑工程的設計要點，針對基坑支護結構設計，地下水處理，土的抗剪強度取值，土壓力計算等問題進行闡述，結合某建筑基坑工程設計作出分析，對基坑工程設計進行探討。
關鍵詞:基坑工程;設計要點;探討
1工程概況及設計具備資料
某大跨度體育建筑工程，采用鋼網(wǎng)架結構，地下1層為設備層，地上2層為比賽訓練館及觀眾席。建筑面積約15000m2，建筑高度約30m，抗震設防烈度為7度，結構抗震等級為二級。地基基礎設計等級為乙級，樁基礎采用預應力混凝土管樁。基本風壓值取0.7KN/m2。基坑工程設計包括內(nèi)容多，地下存在不確定因素，設計時需要的資料:巖土工程勘察報告;建筑物總平面圖及用地紅線圖;建筑物地下結構設計資料及樁基礎或地基處理設計資料;基坑周邊建(構)筑物，地下管線，地下設施及地下交通工程等的相關資料;基坑開挖深度(局部有加深部位須明確)等，上述設計用資料要求完整準確。本工程地下1層設備層，大面積基坑開挖，且基坑開挖深度較深，因設備要求局部須加深，設計時應進行支護結構的承載力，穩(wěn)定和變形計算，基坑周圍支護結構設計必須保證地下結構施工及基坑周邊環(huán)境的安全。以下是針對設計過程中的幾個要點進行探討性的簡述。
2基坑支護結構設計
基坑支護結構是在建筑物地下工程建造時為確保土方開挖，控制周邊環(huán)境影響在允許范圍內(nèi)的一種施工措施。基坑支護結構的形式很多，主要有樁，墻式支護結構，如水泥攪拌樁，鋼板樁，鉆孔灌注樁，地下連續(xù)墻等，這些支護結構設計計算較為成熟，且有施工經(jīng)驗，適應性強，安全較為可靠;還有其他支護結構，如水泥土墻，土釘墻等以及其他復合使用的支護結構，還要根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗設計施工。基坑支護結構的功能是為地下結構的施工創(chuàng)造條件，保證施工安全，并保證基坑周圍環(huán)境得到應有的保護。在進行基坑支護結構設計時，應從穩(wěn)定，強度和變形三個方面滿足設計要求。首先基坑周圍土體的穩(wěn)定問題，不要因滲流的影響，而造成流砂，流土，管涌以及支護結構，支撐體系等的失穩(wěn)，要有防止失穩(wěn)的措施;其次強度問題，支護結構本身是主要受力構件，構件要能夠滿足強度和穩(wěn)定設計的要求;再次變形問題，在基坑開挖時，地層移動及地下水位變化，會引起地面的變形，其變形值不大于基坑周邊建筑物，地下設施的變形允許值，并且不能影響基坑工程基樁的安全及地下結構施工。本工程采用基坑周圍連續(xù)打鋼板樁和外圍打水泥攪拌樁復合使用的支護結構，根據(jù)基坑開挖深度，工程地質情況，周邊建筑物分布，土壓力大小等，進行支護結構設計，確定可行的支護結構，從安全，經(jīng)濟，便于施工等方面來考慮，并且設計能夠滿足穩(wěn)定，強度和變形三個方面要求。基坑支護結構設計是設計過程重要環(huán)節(jié)，涉及到工程經(jīng)濟及安全問題，至關重要，應在各方面有所考慮，做好工程設計，創(chuàng)出優(yōu)質高效工程。
3地下水處理
地下水控制是很重要的，尤其在高地下水位地區(qū)，對地下水控制，是基坑工程設計的關鍵問題，如果地下水控制失效，就會引發(fā)基坑工程事故。在地下水控制設計時，地下水位要控制在基坑面以下0.5m－1.5m處;坑底突涌驗算及坑底，側壁抗?jié)B流穩(wěn)定要滿足要求;要控制坑外地面沉降量及沉降差。基坑地下水位控制設計還要與支護結構同時考慮，由降水，排水和支護結構水平位移引起的地層變形和地表沉陷要小于變形允許值。對于處在高水位地區(qū)，水文地質條件復雜，基坑周邊環(huán)境保護要求高，特別對設計等級甲級的基坑工程，地下水控制需要專項設計。從基坑降水設計來說，單井降深計算通常采用解析法所用的公式，使用須注意其適用條件，不能盲目使用，常見的基坑降水計算資料，是一種較粗略的計算，解析法不是精確的;還有是數(shù)值法，其計算技術有了發(fā)展，應用在重大實際工程中;設計等級甲級的基坑降水設計，采用有限元數(shù)值方法。目前較多基坑工程采用井點降水法優(yōu)點是:可用于不同幾何形狀的基坑，它有防止流砂，穩(wěn)定邊坡的作用，促使土層固結，土層強度增大，邊坡穩(wěn)定性提高，在含水透水位土層實施的一種行之有效的方法。本工程采用排水法的井點降水，根據(jù)基坑開挖深度，工程地質情況，周邊建筑物分布等來選擇，一方面考慮減少對周邊環(huán)境的不利影響，另方面盡量減少工程造價，以達到安全，經(jīng)濟，適用效果。基坑施工要采取排水降水措施，采用行之有效的方法對地下水進行處理，特別應注重地下水控制。
4土的抗剪強度取值
土的抗剪強度包括內(nèi)摩擦角標準值和黏聚力標準值，不同種土，采用不同的試驗方法來測定，同種土在不同排水，固結條件下進行試驗，抗剪強度也是不同的，試驗條件的選取要能反映土的實際工作狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場土體的排水條件及固結條件來確定。對靈敏度高的土，如軟黏土，它受到擾動后強度下降很快，強度降低的現(xiàn)象不能忽視，強度取值時應有所考慮。在室內(nèi)試驗確定土的抗剪強度，會受到很多因素影響，包括土的分層合理性，土樣均勻性，操作水平等，如出現(xiàn)變異系數(shù)較大時，要分析其原因，增加試驗組數(shù)，合理取值。土的抗剪強度是計算土壓力的重要參數(shù)，如果巖土勘察報告中，抗剪強度取值過低，就會導致基坑支護結構造價較高，造成浪費，取值過高支護體就會不安全，要根據(jù)基坑內(nèi)各土層情況采用不同的試驗方法，確定土的抗剪強度，使工程設計既安全，又經(jīng)濟。本工程設計等級乙級，結合試驗成果進行綜合分析，抗剪強度取值較為合理，使土壓力值與實際值接近。
5土壓力計算
土壓力有主動土壓力，被動土壓力，靜止土壓力三種，其中主動土壓力，被動土壓力采用庫侖或朗肯土壓力理論計算，支護結構水平位移有嚴格限制，采用靜止土壓力計算。工程中常用兩種土壓理論計算，即庫侖土壓理論和朗肯土壓理論計算，這兩種計算方法只是近似方法，與實測數(shù)存在著差異。作用在支護結構的'土壓力和水壓力，砂性土和黏性土的計算方法是不同的，砂性土采用水土分算計算，黏性土采用水土合算計算，變形控制設計支護結構，采用支護結構與土體的相互作用原理確定。剛性支護結構與相對柔性支護結構的土壓力分布情況是不同的，計算土壓力值應有區(qū)分，剛性支護結構土壓力分布，采用庫侖和朗肯土壓力理論計算土壓力值，而相對柔性支護結構土壓力分布及位移較為復雜，土壓力值一般采用現(xiàn)場實測，反演分析方法得出，所以說支護結構上的土壓力分布與支護體的剛度及側向位移有關。本工程根據(jù)勘察報告中土的抗剪強度，支護體剛度及位移，土壓力分布，進行土壓力的計算，得出土壓力值能夠符合實際情況，計算值與實際值接近，確保支護結構的安全，同時又不會造成浪費。
6結語
隨著現(xiàn)代城市建設加快和經(jīng)濟發(fā)展，科學技術的進步，有更多的基坑工程設計面臨更高的要求，既要安全可靠，又要造價經(jīng)濟，同時還要滿足周邊環(huán)境影響控制要求，因此基坑工程設計應精心設計，挖掘潛力，力求最大限度地降低工程造價，以達到較好的經(jīng)濟和社會效益。
參考文獻:
［1］建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007－2011．
［2］建筑基坑支護技術規(guī)程JGJ120－2012．
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