高層建筑深基坑支護探析論文

高層建筑深基坑支護探析論文

　　摘 要：對高層建筑深基坑支護的支護系統側壓力、水壓力測試和深基坑圍護結構安全系數等知識進(jìn)行介紹，并聯(lián)系實(shí)際提出深基坑支護結構的選擇，對工程實(shí)際有一定借鑒作用。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑；支護

　　1 支護系統側壓力

　　1.1 支護系統計算理論

　　支護系統的側壓力包括主動(dòng)土壓力和水壓力，土壓力計算目前國內普遍采用擋土墻理論庫侖公式和朗肯公式，這是由于目前尚無(wú)完整和成熟的支護系統側壓力計算理論，但是應當指出該兩套公式均按平面內受力推導，而深基坑支護屬于空間問(wèn)題，故兩者不一致。其次是擋土墻是先施工后填土，設計人員對填土可提出一定質(zhì)量要求，因此土的內摩擦角ψ和土內聚力c值均已知，其值較穩定，因此擋土墻計算公式求得較精確，可靠性高。深基坑支護在原地基土上施工，在地表面以下3米左右之內均為雜填土，在市鎮地區雜填土多為磚瓦碎片與城市垃圾，其比例有的高達70％以上，其成分與埋深也不均勻不穩定，勘探單位提供地質(zhì)報告中凡是雜填土均不列出力學(xué)參數，故內摩擦角ψ和土內聚力c均無(wú)值，然而在應用庫侖和朗肯公式計算主動(dòng)土壓力時(shí)要用該兩值，當雜填土較厚時(shí)，這給深基坑支護系統設計增加難度，因此其計算結果可靠性較差。作者認為雜填土內聚力值c應取零，不予考慮。對國內外高層建筑深基坑支擴失敗實(shí)例分析來(lái)看，除支護設計有誤和施工時(shí)技術(shù)措施不妥外，其中有一條是地基土和地表潛水不穩定，設計時(shí)選用參數和實(shí)際情況有較大出入，深基坑支護設計可靠性較差有直接關(guān)系。

　　從以上分析可知，高層建筑深基坑支護的土壓力目前采用計算理論不能滿(mǎn)足設計使用的要求，其可靠性差，在一定程度上仍依靠施工技術(shù)人員的經(jīng)驗，這有待于科技工作者通過(guò)科研和實(shí)踐相結合基礎上提出較為完整的計算理論。

　　1.2 地表潛水產(chǎn)生的水側壓力

　　擋土墻設計時(shí)一般不考慮水的側壓力，因為在設計時(shí)擋土墻背后土體采用排水技術(shù)措施，設置排水盲溝(如砂石盲溝)和排水管，將墻后土體中潛水及時(shí)排出，不但大大降低地表潛水產(chǎn)生的水側壓力，而且墻后土質(zhì)含水量也比較穩定，故土的力學(xué)參數和相應土質(zhì)也相應較穩定。深基坑支護不但要求承載墻后土的主動(dòng)土壓力，而且要求達到防滲要求，以免地表潛水流入基坑內，故基坑支護系統要承擔土中水產(chǎn)生的側壓力，這一點(diǎn)與常規擋土墻設計有較大差異，擋土墻施工后其工作條件較穩定，而基坑支護條件往往多變而差，如挖土施工順序，地面施工條件等，地面堆積過(guò)多施工機具和材料，在支護系統上行駛汽車(chē)，施工用水直接滲入地下，挖土機械在挖土時(shí)超挖等，因此深基坑支護系統附近土體水分處不穩定狀態(tài)利支擴系統工作狀態(tài)多變。

　　沿海地區地下水較豐富，地基土多為淤泥，處于飽和狀態(tài)，深基坑支護結構設計時(shí)應考慮地下水產(chǎn)生側壓力，因此在富水地區，深基坑支護系統應該考慮地下水產(chǎn)生的側壓力的作用。

　　水壓力取值大小國內文獻尚無(wú)具體規定，若取值過(guò)大，基坑支護費用將增加；若取值過(guò)小，安全系數過(guò)小容易出各種重大事故。地下水對深基坑支護結構作用的側壓力大小主要取決于土結構和土中含水量大小、土的密實(shí)度、空隙比e、液性指數Ic等土參數，也與地下水產(chǎn)生的側壓力有極大關(guān)系。e和Ic值大，說(shuō)明土中自由水比例大，土中自然水能直接傳播靜止水壓力；當e和Ic值較小時(shí)，上中空隙間水多于自由水，空隙水是由于受土中電子吸附作用，附著(zhù)在土粒間的土粒表面，故空隙水產(chǎn)生的水壓力不直接傳播靜水壓力，這是由于土粒之間空隙水產(chǎn)生水壓力幾乎不隨土層深度增加而增加。目前尚無(wú)大量實(shí)驗數據建立空隙比s和液性指數Ic與土靜水壓力建立相對函數關(guān)系，這有待于科研工作者作深入研究。

　　2 水壓力測試

　　如何確定土中水壓力大小，尚無(wú)比較成熟的計算方法，作者認為最好在現場(chǎng)測量土中水壓的大小，本文根據有關(guān)材料作簡(jiǎn)略介紹如下。

　　2.1 測壓計工作原理

　　電測式測壓計在孔隙水壓力作用在該儀器的特殊金屬薄膜上，由薄膜產(chǎn)生變形引起電阻值(或電感、電磁值)的變化，這是一種力傳感器。

　　2.2 測壓計的率定

　　測壓計在正式使用前應采用平衡電阻，對測壓計內阻不平衡進(jìn)行調整，平衡電阻的阻值應經(jīng)過(guò)計算確定。每個(gè)測壓計出廠(chǎng)時(shí)均標有率定系數，可是由于應變儀和示波器參數不完全一樣，所以要對新購買(mǎi)的測壓計進(jìn)行率定。其方法是利用加壓設備將測壓計的進(jìn)水和壓力表并聯(lián)，然后進(jìn)行分級加壓，根據精度要求（一般以lOKPa為單位）逐級加壓，繪制率定曲線(xiàn)，為了提高精度，應經(jīng)過(guò)多次反復加荷后求出串定系數K，這需要采用最小二乘法等數學(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗數據處理。

　　2.3 測壓計的安裝和埋設

　　在土中安裝和埋設前必須在測壓計引出線(xiàn)附近進(jìn)行密封防水處理，為了確保儀器進(jìn)水口暢通，防止泥漿堵塞進(jìn)水口，應在進(jìn)水口處用中砂形成一道人工過(guò)濾層，用鋼絲網(wǎng)包裹。

　　埋設前在埋設點(diǎn)先進(jìn)行鉆孔，鉆孔埋沒(méi)深度在測點(diǎn)標高下100mm以下，在孔底填砂，將測頭迅速放入孔底，再在測頭周?chē)�和上面填砂，并適當壓實(shí)：最后用粘土將鉆孔嚴密封好。若在一個(gè)鉆孔內不同深度埋設多個(gè)測頭，應將每個(gè)測頭上下填砂，各測頭之間用原土填塞，其密度應盡量與原土相同。埋設時(shí)測頭電線(xiàn)不應拉得過(guò)緊，并應注意測頭放置平整，及時(shí)調試儀器，確認工作正常后方可填砂。由于測力計在埋設時(shí)需鉆孔和填砂填土，必然會(huì )破壞原土孔隙水的水壓力原始平衡狀態(tài)，為此應在埋設側壓計后停歇10d左右，使其埋設側壓計部位水壓力恢復到原始狀態(tài)，此時(shí)測得水壓力才能準確地反映土中水壓力實(shí)際情況。以此為依據設計深基坑圍護結構達到安全可靠的目的，且技術(shù)經(jīng)濟指標較好。

　　3 深基坑圍護結構安全系數

　　3.1 現狀

　　目前建立一套成熟的設計計算理論，仍借用擋土墻設計方法，故設計人員在設計時(shí)仍采用擋土墻設計安全系數，但也有不同意見(jiàn)，有的科技工作者認為擋土墻是永久構筑物，而基坑圍護是施工時(shí)所采用的臨時(shí)性技術(shù)措施，故應采用較小的安全系數。從國內深基坑圍護大量實(shí)例來(lái)看，其安全系數相差較大，有的過(guò)大，有的過(guò)小，凡是深基坑支護失敗實(shí)例來(lái)看，往往與其設計安全系數過(guò)小有直接關(guān)系。

　　3.2 安全系數選用

　　深基坑圍護安全系數的確定由設計者自定，作者認為安全具體確定應與現場(chǎng)具體情況而定，當基坑附近有建筑物或煤氣等市政管網(wǎng)。工程地質(zhì)報告中提供土質(zhì)參數較差時(shí)，應選用較大的安全系數。作者認為不能盲目套用工程地質(zhì)報告有關(guān)參數，應對現場(chǎng)土質(zhì)情況進(jìn)行全面了解和分析，合理地選用各種土質(zhì)參數，特別是土的內聚力c值，應根據實(shí)際情況進(jìn)行折減，以提高計算結果可靠性，提高支護結構安全系數。

　　4 深基坑支護結構選擇

　　深基坑支護結構選擇，一般應先考慮本單位現有施工機構，優(yōu)先考慮本工程基礎樁相同類(lèi)型樁作為基坑支護結構，如工程樁采用鋼筋混凝土灌注樁，則基坑支擴結構應盡量選用這種樁型，其直徑可相應選用較小直徑，這樣可減少進(jìn)退場(chǎng)費用。當基坑較深圍護樁布置允許時(shí)，應盡量選用兩排支護樁，這種布置方式力學(xué)性能較好，前后排樁與樁頂圈梁形成剛架結構，樁間土參與協(xié)同工作。改善圍護樁的受力狀況，達到減少樁的配筋量。當圍護樁要求達到防滲要求，基坑深度小于7m，地表雜填土中磚瓦碎片含量較多時(shí)，不宜單獨選用水泥攪拌樁，攪拌樁改為水泥注漿。北方粘土地區，基坑較深，可選用鋼筋混凝土樁加錨桿支護形式，但南方一般不適用，可選用大直徑鋼筋混凝土灌注樁，樁頂加鋼筋混凝土圈粱，轉角處加斜支撐。凡是地基土為淤泥，且基坑又較深時(shí)，不宜選用鋼板樁，選用鋼筋混凝土地下連續墻。工程造價(jià)較高，可選用大直徑兩排鋼筋棍凝土灌樁，中間加水泥攪拌樁(互相重疊150mm以上，以便形成防滲幕墻，且參加灌注樁協(xié)同工作，具有良好力學(xué)性能，當條件允許時(shí)，用井點(diǎn)降水作為輔助手段)。圍護樁的選用應經(jīng)過(guò)多方案比較，根據實(shí)際情況，包括周?chē)�環(huán)境和地質(zhì)條件，選用經(jīng)濟效益最佳的支護方式。

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