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山西省忻州市某基坑为例分析基坑特点及支护结构设计

2020-08-11 170 上传者：管理员

摘要：人类的文化需求随着时间的变迁不断发生变化,原有的土地使用方式发生了巨大的变化,从横向发展到纵向发展,大量的高层、超高层以及地下建筑出现,而且已经成为城市发展的一大主要方向。首先阐述了基坑的特点,然后以山西省忻州市某基坑为例,进行基坑支护结构设计。

关键词：
地下建筑
基坑
基坑结构
建筑
支护结构
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1、概述

基坑工程涉及的学科众多，是一项系统工程。在施工过程中，要更加注重安全性，同时兼顾经济成本，施工难度的增加会随着开挖深度的增加而增大，因此，设计在施工中的作用尤为重要，如何兼顾经济性和安全性，是基坑设计的一大原则。

2、基坑工程的特点

1)临时性。基坑工程的临时性主要体现在支护结构，支护结构在施工阶段支撑着基坑结构不被外力所破坏，其使用时间有限，一般在1年～2年，加强监测，在基坑开挖过程中是一项重要的工作，一定要做好预处理准备[1]。

2)区域特点明显。不同地区的基坑结构所处的环境不同，因此在施工设计时也需要因地制宜[2]，一般需要前期勘察，根据勘察报告进行方案的制定，对现场勘查的情况进行全面地分析和研究后，做出适合的方案，不可类似工程全部照旧实施。

3)环境影响。周边建筑对于基坑施工也有显著影响，特别是周边的建筑、地下管线、地下水以及基坑内部的结构，施工的难度因素是一个综合性指标，取决于周边综合特性，一旦设计未考虑周全，会造成地面建筑的沉降、地表隆起等问题，严重影响施工的进度。

4)时间以及空间影响。基坑在开挖过程中，暴露时间的长短也会影响基坑的稳定性。同时还有开挖的顺序，基坑的深度以及开挖的面积等关键因素，原有土质的受力发生变化，建立新的应力—应变体系[3]，要尽快建立稳定的受力体系，防止出现不稳定受力，使得周围土体的稳定性受到影响。

5)学科综合性。主要指的是基坑的设计施工要涉及不同的学科以及领域，并不是单一学科可以解决的，其中涉及到土力学[4]、工程地质学、岩石力学、结构力学等专业，要求实际设计人员要精通各种学科，同时针对性的提出合适的设计方案和理念，进行综合分析和运用。

6)施工难度大。对于周边建筑繁多的地段进行施工，施工难度会加大，因为要考虑既有建筑的地下结构特点以及地下已有的管线问题，在不影响原有功能的条件下进行基坑施工[5]，要格外注意安全，现有施工安全事故大部分都是由于基坑坍塌导致周边沉降过大，影响地下管线的结构特点，发生管道漏水，管线切断，造成人员伤亡和经济损失。

7)短开挖，快支护。基坑开挖过程中，不要贪图速度快，一定要做好支护，每次开挖的深度一定要经过严格的设计，禁止超挖，而且开挖后支护结构一定要及时进行施工，保证开挖过程中不会产生多余的外力，使得基坑结构发生破坏。

8)施工信息化程度要求高。发生众多的施工事故与监测以及勘察不到位有关，因此在施工过程中，一定要进行基坑监测，发生问题，及时汇报，及时处理，应用科学的手段和方法保证施工的安全性，同时监测重点部位，掌握土体开挖过程中的相关信息，为后续施工提供建议。

3、基坑支护结构设计案例分析

3.1 工程概况

该工程位于忻州市开发区东南角，基坑南侧有热力管线，建筑绿线，污水管线，化粪池，地下车库以及住宅楼，基坑的北侧有围墙，电缆线，给水管线以及污水管线。总建筑面积为149863.28m2，地下建筑为38642.32m2，主楼设计地上23层，地下2层，采用剪力墙结构，筏板基础。工程基坑开挖深度为10m。

3.2 周边地质条件

该工程地形基本平坦，场地地层通过标准贯入试验以及土工试验，共有五层，第一层是杂填土，主要是建筑垃圾(砖块、混凝土块、灰渣等)和粉质黏土，第二层是粉土，主要是云母碎屑夹粉质黏土或细砂薄层，第三层、第四层以及第五层均是粉质黏土，含有机质、夹粉土及夹黏土等。稳定水位埋深约3.0m～4.0m，地下水类型均为上层滞水。建筑场地抗震设防类别为7度。

3.3 基坑支护方案设计

方案一:地下连续墙+内支撑;

方案二:灌注桩+内支撑;

方案三:灌注桩+预应力锚杆。

此三种方案均可满足支护结构方案，同时保证施工过程中的安全性，但是实际通过现场考察，发现该基坑东临市政主干道，且工作面积较大，同时内支撑方案耗用较长的时间，施工成本较高，对周边的环境影响较大等因素，不适合采用内支撑结构，因此淘汰方案一和方案二，选用第三种方案，采用灌注桩+预应力锚杆的方式进行支护结构，同时止水帷幕采用单排水泥土搅拌桩。

4、基坑支护结构计算

4.1 设计工况

设计采用7个工况进行，具体见表1。

表1工况设计情况表

4.2 整体稳定性计算

采用瑞典条分法进行计算，土条宽度为0.5m，使用有效应力法确定边坡的应力状态。通过计算，滑裂面的圆弧半径为34.780m，通过计算求得整体稳定系数为1.45，大于1.25，符合规范要求。

抗倾覆稳定性验算。计算公式为，通过计算每个工况的数值，得到的结果是满足规范要求，具体计算结果见表2。

表2工况抗倾覆稳定性计算表

4.3 地表沉降

通过理正软件计算地表沉降量，见图1。通过图1可以得知，不同的计算方法得出的沉降量不同，其中沉降量最大的是指数法，抛物线法求得的沉降量最小，沉降量发生位置最大的是基坑的坑壁处，离得越远，沉降量逐渐减小。抛物线法计算得出的沉降量呈现先增大后减小的趋势，从三种方法中得出，计算结果基本上超过基坑预警值，由于适用条件不同，本工程采用的是抛物线法。

图1地表沉降量

4.4 基坑监测

基坑监测的目的是为了随时整理实际数据，与理想值进行比较，保证基坑施工过程中的安全性。本基坑属于一级基坑，监测的主要内容有支护结构的水平位移和竖向位移;支护结构的内力;支护结构水平位移;周边管线的沉降;周边建筑、市政道路的沉降。

监测点的布置依据不同的重点部位进行不同的布置安排。其中支护结构的水平和竖向位移的监测点应在基坑的四周进行布置，以及基坑每边的中部和地质条件差的地方，且监测距离的布置应该不大于20m，每边不少于3个。沉降的监测主要有基坑边上地表的沉降监测，监测点设置在周边土层或柔性路面上。监测面上的监测点距离宜在20m以内。基坑周围地下管线的监测主要在管节、竖井周围以及管线易破碎处设置，同样监测点距离宜在20m以内。周边道路的监测距离在30m以内，每条路不少于3个。

基坑工程的监测应该贯穿于基坑工程和地下工程施工的全过程。当开挖深度小于5m，监测频率应为2天1次，本工程的开挖深度为10m，观测频率应为1天1次。同时当底板浇筑后7d内，应该增加监测频率，1天2次。

监测报警值以及变化速率见表3。

表3监测报警值以及变化速率下载原表

表3监测报警值以及变化速率

在监测过程中，发生以下情况应立即报警，并采用有效的措施保证支护结构的稳定性。

1)监测次数达到监测报警值的累计值;

2)支护结构或者是基坑周边出现较大的流砂、管涌等情况;

3)支护结构的支撑或者是锚杆变形过大;

4)周边建筑出现较大裂缝或者是变形;

5)周边管线明显增长或者是裂缝;

6)根据工程经验，其他必须进行危险报警的情况。

5、结语