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土木工程专业基坑支护毕业设计的关键问题解析

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  摘要:基坑支护设计涉及理论知识范围广,经验性强;作为毕业设计选题时,设计过程中应侧重于概念和方案设计。由于学生缺乏实践经验,本文从方案选择、设计计算、图纸绘制三个大方面进行详细剖析,解决了毕业设计实施过程中的难点和重点,为教师进行毕业设计教学提供帮助。
  关键词:土木工程;毕业设计;基坑支护;方案选择
  中图分类号:G642.477,TU473     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)21-0216-02
   毕业设计是实践性教学的最后一个环节,旨在培养学生综合运用所学理论、知识和技能解决实际问题的能力。基坑支护设计是土木工程专业学生毕业设计的主要选题之一,从理论知识上涉及岩土和结构有关的多个学科[1],能很好地锻炼学生灵活运用大学期间所学的大部分专业理论知识。
  作为毕业设计,基坑支护设计应侧重于概念和方案设计,而不是施工图设计。接下来,笔者将根据多年的设计经验及论文指导经验,就设计中需要解决的关键问题一一解析。
  一、支护方案的选择
  支护方案的选择是基坑支护设计的首要任务和核心内容。基坑是一门区域性、个异性、经验性很强的学问[2],支护方案千变万化,与基坑深度、场地的工程地质条件和水文地质条件、基坑周边环境、主体地下结构及基础形式、基坑平面形状及尺寸、施工的可行性及便利性等诸多因素有关。表1列出目前常见支护结构所有形式和使用条件[3]。
  根据基坑的实际情况,可在基坑不同部位采用不同的支护形式,也可采用上、下部不同结构类型组合的形式。因此,支护方案的选择灵活性很大。学生在依据表1进行方案选择时,重点把握以下几点:
  1.深刻理解所设计基坑的原始条件,如:根据建筑结构施工图分析基坑深度和规模等;根据勘察报告分析场地的土质条件和地下水情况;现场踏勘并结合总平面图、地形图及勘察报告、地下管线图等资料综合分析基坑周边环境条件,并将上述基本信息一一列出。
  其中,对土质条件和地下水条件分析时重点应根据《土质学与土力学》等理论课程进行初步的、定性的判断。基坑工程中,江浙沪地区土质条件和地下水条件可归为几个大类:一是软土类,软土呈流塑状,含水量大,但主要为结合水,降水困难,一般需真空井定点进行降水;二是可塑类至硬塑类粘性土,含水量较小,一般采用明排水即可,不需要采用井点降水;三是粉土、砂土类,通常含水量较大,排水条件较好,需要进行井点降水;四是岩石类,主要为基岩裂隙水,因岩土条件较好,无需进行降水,其支护结构受施工难度影响,优先采用土钉或放坡进行支护。
  一般来说,土与水是同时存在的,因此支护方案和地下水处理方案是同时考虑的,且二者相互影响。以常州纺仪厂项目为例,该项目设2层地下室,基坑挖深9.2—9.7m。上部1—7m土层为硬塑粘性土,以下为富含承压水的砂性土和粉土,含水量大,透水性好,且具承压性。类似基坑的常规支护和地下水处理方案为排桩+内支撑(或锚杆)支护、截水帷幕+坑内管井疏干降水;但实际方案选择时,结合当地特有的地质条件,采用放坡土钉墙支护及敞开式管井降水方案,大大节约了支护工程造价和施工工期[4]。因此,不同的地下水处理方案对支护方案的选择影响很大。
  2.根据基坑的基本信息确定基坑工程的设计安全等级以及变形控制要求。
  3.采用优选法确定支护方案:由于学生缺乏实践经验,应主要依据前面“1.”、“2.”所述的条件,结合表1从大量备选方案中筛选出少量几个较好的方案,利用优化设计综合评判法进行方案的进一步优选,最终确定一个相对最优的方案[4]。
  二、支护结构的强度及稳定性计算
  确定支护方案后,需要进行支护结构的截面设计以及强度和稳定性计算。此时,应重点培养学生的“规范”意识。实际项目设计、施工等各阶段都是依据现行规范或规程实施的。因此,设计计算时应让学生去查阅相关设计规范和设计手册,以及工程所在地的政策文件,选择对应支护结构的计算分析参数和方法。
  如支挡式结构稳定性验算时,规范规定不同的支护类型验算的侧重点不同:悬臂式支护结构主要验算嵌固稳定性、整体滑动稳定性,其嵌固深度一般由嵌固稳定性决定;单支点支护结构主要验算嵌固稳定性、整体滑动稳定性、抗隆起稳定性(坑底软土时验算),其嵌固深度一般由三种稳定性综合决定;多支点支护结构主要验算整体滑动稳定性、抗隆起稳定性(坑底软土时验算),其嵌固深度由上述两种稳定性综合决定。
  再如荷载组合的综合分项系数,《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)规定为1.25,而南京地方规范规定采用1.35[6]。
  三、设计图纸的绘制
  通过设计图纸的绘制,可以考察学生对结构图纸的表达理解能力以及运用计算机绘图软件的能力。毕业设计偏重于方案设计,图纸以能够全面准确地反映所选择支护方案为目标。一般来说,基坑支护设计图纸至少包含下面几部分:支护设计总说明、周边环境信息图、支护结构平面布置图、剖面图、大样图、降水井平面布置图、降水井剖面及大样图,可视具体情况增减或合并。
  四、总结
  基坑支护设计涉及理论知识范围广、综合性强、经验性强,且需满足现行规范和规程的要求。就学生毕业设计需要完成的内容,本文从方案選择、设计计算、图纸绘制三个大方面进行详细剖析,解决了毕业设计实施过程中的难点和重点,为教师进行毕业设计教学提供帮助。
  参考文献:
  [1]周勇,郝哲,李永靖.基坑与边坡工程[M].北京:人民交通出版社股份有限公司,2017.
  [2]康剑伟.关于基坑设计的几点思考[J].低温建筑技术,2015,37(09):134-135.
  [3]JGJ 120-2012,建筑基坑支护技术规程[S].
  [4]宫卫民.深基坑支护方案优选[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2008,(S1):124-126.
  [5]马庆平.常州纺仪厂项目基坑支护方案选型分析[J].山西建筑,2017,43(04):75-77
  [6]DGJ 32/J12-2005,南京地区建筑地基基础设计规范[S].
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