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浅谈建筑深基坑支护结构设计

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  摘要:深基坑支护结构设计对于建筑工程的整体质量起着重要作用。良好的基坑支护结构设计是施工工程的重要开端,这一技术在满足建筑施工要求的同时还能增进建筑整体的稳定性。本文将从深基坑支护结构设计的内容及其设计原则出发,探讨如何做好建筑深基坑支护结构设计。
  关键词:深基坑:支护:结构:设计:
  中图分类号:TV551文献标识码: A
  引言;目前,在建筑工程项目中,基坑支护结构设计是其中十分重要的部分,由于基坑支护设计受到较多因素的影响,所以在进行设计时需要对其设计的科学性和合理性进行充分的考虑,确保施工的安全。
  一、深基坑支护结构设计概况
  (一)基坑支护的设计内容
  在通常的基坑支护设计中,其设计内容多数是以支护体系的方
  案比较和造型,支护结构的强度和变形验算为主。同时在设计时还
  要对土压力、水压力、地面超载、侧向荷载、施工荷载及邻近基础工程施工的影响进行充分地考虑,确保施工时的安全
  (二)、深基坑结构设计要点
  目前,在深基坑支护技术中,设计要点主要为以下几个方面:
  1、深层搅拌和钢板桩支护。该项技术在应用时主要是发挥水泥的固化作用,之后配合相关机械进行搅拌,拌合软土剂和固化剂以促使两者发生良好的物理反应和化学反应,进而逐步实现硬化,形成用于保护淤泥、粘土等软土层的支护结构。
  2、排桩支护及地下连续墙体。排桩支护的应用是将钢筋混凝土管桩作为挡土结构,结合柱列式布置进行钻孔和挖孔操作。基于桩体之间的布置距离,这一技术分为密排布置形式和疏排布置形式,两种形式的应用要依据工程实况来选择。
  3、锚杆和内支撑的应用。基坑墙体的重要结构就是锚杆和内支撑,这两种结构变形小且刚度大,能够很好地保证基坑的稳固性和长久性。这一技术不仅适用于深基坑施工技术,还被应用于对环境要求较高的土层地区。除上述之外,常见的深基坑支护技术还有旋喷桩墙的支护。这项技术主要是在工地较窄的施工中巧妙应用转喷嘴,在地基上提之后,通过把转喷嘴钻入到钻杆端部喷入水泥固化剂形成水泥土桩,从而组建挡墙的支护结构。
  
  二、基坑支护结构的设计原则与方法
  在进行基坑支护结构设计时,需要以安全可靠、经济合理及便于施工作为其设计的基础原则,并在此基础上选择适合的设计方法。在进行基坑支护结构设计时,需要依据极限状态表达式来进行,同时还要对支护结构的极限状态进行划分,通常以承载能力极限状态和正常使用极限状态为主。承载能力极限状态其所对应的状况时支护结构已达到了最大限度的承载能力或是土体存在着失稳、变形严重从而导致支护结构或基坑周围环境受到破坏。而正常使用极限状态则是指支护结构发生变形已影响到结构的施工或是周边环境的正常使用功能。所以在进行基坑支护结构设计时,需要对其承载力极限状态进行计算,通过对土体稳定性、结构承载力及锚杆、支撑的承载力和稳定性进行计算后,从而对极限状态进行掌握。另外对于支护结构变形有限定的基坑侧壁,则还需要验算基坑周边环境及支护结构变形的情况。
  
  三、常用的支护类型
  (一)、在建筑深基坑工程实践中,要结合现场的实际情况,根据实际的基坑开挖深度、形状、工程地质条件、水文地质条件、材料、施工方法、经济、环境影响等多方面因素,选择出适当的结构型式。深基坑工程中支护结构主要分为两种类型:围护墙+内支撑,围护墙+锚杆。这两种支护结构形式有各自的特点,内支撑能够直接有效地传递和平衡围护墙上的水土压力,构造比较简单、受力明确;锚杆锚固在围护墙的里面,不占用土方开挖和结构施工的空间,提高了施工的效率。目前国内利用地下连续墙作为基坑支护结构的技术和经验已经十分成熟,很多的工程把地下连续墙同时用作支护结构和主体结构的基础部分结合一起设计,这种方式称为“两墙合一”。工程中地下连续墙一般采用现场浇筑的方式,并在墙内配钢筋,具有比较大的整体刚度和较好的防水能力。目前,深基坑工程中应用比较普遍的地下连续墙结构形式主要有壁板式、U 形式、T 形式、Π形几种形式。适用于周边有重要建筑物,对变形要求和防水抗渗要求高的深基坑工程;适用于支护结构同时用作主体一部分的深基坑工程;适用于逆作法的深基坑工程。
  
  (二)、土钉墙是由土钉、面层、土体组成的具备自稳机能的挡土墙,它通过在土体内成孔、加钢筋、注浆、土层编网、喷层等步骤,使土体和土钉共同作用,以增加土体的抗拉和抗剪强度,从而增加土体的稳定能力。土钉墙结构轻巧,具有良好的柔性和延性;施工需要的场地要求低,而且支护基本不会占用场地空间;墙壁的封闭性良好,可以有效地减少水土流失以及水对基坑壁的侵蚀。
  (三)、排桩支护结构是将桩体,如钻孔灌注桩、挖孔灌注桩及预制桩等,按照一定的距离或者咬合排列形成的支护挡土结构。根据成桩工艺的不同,可以将排桩分为如下几种:钻孔灌注桩、挖孔桩、压浆桩、预制混凝土桩和型钢混凝土搅拌桩等。排桩支护结构适用于中等深度的基坑工程,深基坑工程中可以采用排桩+内支撑或排桩+锚杆的形式,用支撑或锚杆增加支护结构的整体的稳定性,控制位移变形。和地下连续墙支护结构相比,具有施工工艺简单、成本较低、布置灵活的优点,但是整体性和止水抗渗性较差。
  
  四、深基坑支护结构设计的改进措施
  (一)、转变传统的结构设计理念
  为了加强深基坑支护结构设计的合理性,在深基坑的支护设计中要运用准确、完善的计算方法。目前国内的设计应用还没有完善的设计规范。所以在设计过程中要转变传统的深基坑支护设计理念,寻求适用于当代建筑施工的设计方法。在设计时,除了要认真审核以往的设计理念以建立真实反馈信息的动态设计体系外,还要注重变形的控制,比如计算和确定地面超载情况,并合理转化平面效应和空间效应,切勿忽视其对支护结构造成的影响。只有综合考虑各项影响因素,才能找到适宜的设计理念,只有结合对实际情况的有效控制,才能最终达成正确的、统一的及完善的设计规则。
  (二)、注意深基坑的降水,加固便道设计
  如果建筑工程在水下施工,极易出现管涌和流沙,甚至发生坑壁土体坍塌的现象。为了确保施工安全,通常应避免在水下进行操作。一旦发现地下水位高出基坑表面,马上采取基坑降水操作。基坑降水能保证坑底干燥,改善施工环境,增强坑底稳定性,提升基坑当中土体的物理学性能指标,提高土体的固结程度和地基的抗震程度。再有,加固便道主要作用于开挖机械的应用。为了方便机械通行,开挖便道显得尤为重要。因为开挖工程的施工需要用到很多大重型机械设备,加固便道有利于设备通行,防治塌方现象的发生。所以,为了进一步增强工程的安全系数,加固便道工作和采取降水操作同样重要。
  (三)、控制开挖阶段施工技术
  先支护后开挖是深基坑支护建筑工程的施工原则。结合多个实际案例分析可知,在具体施工中,应该尽量缩短建筑深基坑暴露的时间,这能够保证支护结构的后期效果。所以,缩短施工工期并连续施工是现代建筑工程的最佳选择。另外,“切勿在深基坑周边堆放挖出的土方”也是一个重要的注意事项。国家对此有相关规定:在深基坑开挖的2-3 米之内不可堆放建筑材料和挖出的土方。这一规定也表明在施工前期阶段,施工人员要计算安全距离的范围,控制安全高度,还要计算土方荷载等相关系数。
  
  结语:深基坑支护结构的优化设计是一个非常复杂的岩土工程问题,只有遵循基坑支护结构的设计原则与方法选择合适的支护类型,采用合理的设计方法,对深基坑工程进行全程的技术把握,才能达到其保证建筑安全稳定的作用。
  
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