深基坑工程论文范文

2022-05-15

第一篇:深基坑工程论文范文

建筑深基坑工程技术研究

摘要:近20年来,我国各大中城市万幢高楼拔地而起,10层以上的建筑物已逾1亿平方米;其中高度超过100m的建筑物已有约200座。上海金茂大厦高420.5m,深圳地王大厦高325m,广州中天大厦高322m,它们跻身于当今世界20座超级巨厦之列,令人瞩目。同时,这些已建和在建的高楼超高大楼,其基坑深度已逐渐由6m、8m发展至10m、20m以上。伴随着这些工程大实施,深基坑工程的设计施工技术已取得了长足进步。本文结合国际电子商业大厦深基坑工程案例,介绍了深基坑的土钉支护技术在该工程中的具体应用。

关键词:高层建筑 深基坑 土钉支护

一、引言

深基坑工程在国外称为“深开挖工程”(Deep Excavation),这比称之为“深基坑”更合适。因为为了设置建筑物的地下室需开挖深基坑,这只是深基坑开挖的一种类型。深开挖还包括为了埋设各种地下设施而必须进行的深层开挖。深基坑工程问题在我国随着城市建设的迅猛发展而出现,并且曾造成人们困惑的一个技术热点和难点。

城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁,虽属临时性工程,但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构,稍有不慎,不仅将危及基坑本身安全,而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施,造成巨大损失。从另一方面讲,深基坑工程设计需以开挖施工时的诸多技术参数为依据,但开挖施工过程中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形发生种种意外变化,传统的设计方法难以事先设定或事后处理。有鉴于此,人们不断总结实践经验,针对深基坑工程,萌发了信息化设计和动态设计的新思想,结合施工监测、信息反馈、临界报警、应变(或应急)措施设计等一系列理论和技术,制定相应的设计标准、安全等级、计算图式、计算方法等。

二、深基坑的土钉墙支护概述

土钉墙是由天然土体通过土钉就地加固并与喷射混凝土面板相结合,形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力,从而保持开挖面的稳定,这个土挡墙称为土钉墙。

土钉与土体形成复合体,提高了边坡的整体稳定性和承受坡顶超载能力,增强土体破坏延性,改变边坡突然塌方性质,有利于安全施工。土钉墙体位移小,一般测试约为20mm,对相邻建筑影响小,设备简单,易于推广,由于土钉比土层锚杆长度短得多,钻孔方便,注浆容易,而且喷射混凝土等设备,施工单位均易办到;如能与土方开挖配合好,实行平行流水作业,则工期可缩短,噪音小;经济效益好,一般成本低于灌注桩支护。

三、深基坑的土钉墙施工技术探讨

国际电子商业大厦地上20层,地下2层,总高度78m,建筑面积约60590m2。该工程的外形为矩形,尺寸为68.5m×40.2m,占地面积约2500m2。该工程的上部结构采用框架剪力墙结构,基础大部分采用筏板基础,同时配合框架基础和条形基础。基础拟建在天然地基上,根据工程设计,基础开挖至地面以下7.2m。该工程以粉质枯土为天然地基持力层,场地土类型为中软场地土,建筑场地类别为1类,抗震设计类别为丙类,为建筑抗震一般地段。

本次基坑支护方案比选的原则为首先根据地层、开挖深度、周边环境的不同,详细地对基坑支护分段,然后对每一段按由简单到复杂、由低价到高价的先后顺序进行试算、比较,同时兼顾工期及其它工程条件,在经过计算、比较分析后,本工程支护结构拟采用土钉墙复合体的支护体系。

基坑支护有效深度为4.75m;基坑的支护型式设计一种支护断面分四层支护,坡度为1:0.1:第一层20L=6000mm@1200mm、第二层20L=5000mm@1200mm、第三层20L=4000mm@1200mm、第四层20L=3000mm@1200mm。混凝土面层设计要求为钢筋网片采用HRB235钢筋,间距200mm,喷射混凝土面层均为l00mm厚C20细石混凝土夹钢筋网片。

我们对此土钉墙施工工艺进行研究分析。制定了以下工艺流程:土方开挖→修整边壁→测量、放线→钻机就位→安钻杆→校正孔位→调整角度→钻孔→钻至设计深度→清孔→插入土钉→压力灌浆→养护。喷射混凝土面层施工工艺流程:立面平整→绑扎钢筋网片→干配混凝土料→依次打开电、风、水开关→进行喷射混凝土作业→混凝土面层养护。

具体技术实施分为以下几个方面:

(1)测量放样。施工准备阶段首先按图纸尺寸把基坑上口线和下口线在实地做好测量记号及木桩标志,用滑石粉在实地划线。

(2)基坑开挖。大面积基坑开挖,由于地表层的滞水和深层的渗水及降雨,会造成基坑大量积水。这些水如不及时排出势必影响施工,所以在坑的四周、坑内每隔30m挖一条积水沟和相应的积水坑。每一层开挖基本上做到积水沟与积水坑连成网络,并及时将积水抽出坑外。

(3)土钉制作、安装。打土钉孔,孔径l00mm,水平钻机成孔。土钉使用前须除锈,除油、焊牢(搭接焊长不少于10倍的钢筋直径);为保证土钉插入孔后居孔中央位置,以便在注浆后增大钢筋与砂浆的握紧力,土钉应焊托架,托架为对中支架,相邻两托架间距2m;注浆管同土钉插入锚孔时,对注浆管下端口应采取保护措施,以免堵塞;注浆管必须随土钉下至孔底,若中途注浆管脱落,必须重新安装土钉;注浆的水泥浆液按设计配比进行,水灰比为0.45-0.55,速凝剂用量为水泥用量的3%,控制压力0.2-0.4Mpa;注浆时,要做到边注浆边往外拉动注浆管,不可拉动得太快,以免造成水泥浆脱节而使浆液不够饱满;注浆开始或中途停止超过30min时,就用水清洗注浆机及注浆管,重新注浆;砂浆严格按配合比计量并搅拌均匀,随拌随用,一次拌合的水泥浆应在初凝前用完,并严防石块,杂物混入;注浆过程中观察孔口返浆情况,如孔口返浆用粘土在孔口围僵,确保浆液的密实。

(4)挂网、泄水管孔布设。①挂网。挂Φ6.5@200(双向)钢筋网,挂网时间应在注浆4h后进行。网距壁面30mm,与井字型钢筋架焊接在一起或用22的铁丝扎牢。采用螺纹钢与同层土钉贯穿作为联系肋筋,Φ14肋筋与网面钢筋绑扎或焊接牢靠。支护面沿水平和竖直向预埋长500-1000mm直径50mm外罩滤网的PVC管作为泄水管,管子口部四周用水泥浆封固。②喷射混凝土面层。待钢筋网编制与连接筋焊接完成后,应及时喷射混凝土面层。本基坑采用9m3空压机喷射装置,喷射混凝土配合比严格按实验室配制单,同时加入一定量的外加剂,速凝剂的掺入比为3%,喷射混凝土强度等级≥C20。

(5)土钉与混凝土面层连接。土钉弯头四周用一根长度为300mm的Φ14钢筋与联系筋焊接。(7)挂网喷混凝土的支护。基坑先按1:0.75放坡挖土,人工修面,按设计要求人工打入钢筋土钉,挂Φ6.5@200(双向)钢筋网,保护层20mm,喷射C20混凝土厚60mm。

四、结语

基坑工程是建筑工程的一个重要组成部分,特别是深基坑工程施工的成败往往事关工程全局。深基坑施工的安全可靠,直接关系着高层建筑的安全性、稳定性和长久性。深基坑的支护工程要从支护的设计和施工两面着手,确保质量。良好的基坑支护施工技术,是整个工程施工顺利的前提与保证,是整个庞大工程的重要开端。因此,加强对建筑深基坑施工技术的认识与研究意义重大。

参考文献:

[1]陶聿君.对深基坑工程支护技术的论述[J].四川建材,2006(4)

[2]张雪松.建筑基坑支护工程安全的影响因素分析[J].黑龙江科技信息,2007

[3]张雪,秦跃民.深基坑支护施工技术[J].兰州工业高等专科学校学报,2003,10

作者:郑家富

第二篇:深基坑工程设计分析

摘要:本文根据营口市北海地区高层建筑工程,对地下室基坑工程设计进行了分析,包括场地岩土工程地质条件、设计方案优化、基坑支护设计、地下水控制设计等,为广大设计人员提供一定参考意见.

关键词:地下室 深基坑 设计方案

1工程概况

营口市北海地区拟建一高层建筑,地下室为一层,基础采用桩+筏板基础.总建筑面积14340.48m2,用地范围内场地基本平坦,场区自然地面平均标高为黄海高程10.800m,建筑物±0.000相当于黄海高程10.500m.沿基坑周边开挖深度为自然地面下12m,基坑开挖面积约1960m2,基坑开挖周长约180m.

2 场地岩土工程地质

拟建场区地貌单元上属Ⅰ级阶地.地形较为平坦,0-3.00m杂填土、3.00-

7.00m淤泥质土、7.00-11.90m粘性土、11.90-15.50m淤泥质土、15.50-25.50m红粘土,

3方案优化

3.1基坑支护方案选择

3.1.1本支护设计目标

本工程位于营口市区,基坑开挖12m、基坑开挖面积约1960m2、周边环境较为复杂.确保支护结构安全,支护结构能够承受开挖后最大限度主动区土体和周边动、静载荷所产生土压力;基坑周边分布有管线及住宅楼、公用设施等.建筑物均对过大沉降和差异沉降敏感.支护设计严格控制支护结构水平变位控制降水等.地下水治理措施对周边环境造成固结沉降或地层损失所引起地面变形,基坑支护保证周边管线及建筑物安全;在满足安全可靠前提下优化支护设计方案做到施工便捷、经济合理.

结合营口地区的地质情况及场地岩土工程地质和基坑特点,根据经验对于挖深10m左右基坑比较可行支护方案为灌注桩排加预应力锚杆、双排桩支护.钢筋混凝土地下连续墙具有挡土、止水兼作地下室外墙等特点,造价较高,施工工序繁杂且需专门大型施工机械;地连墙造价比钻孔灌注桩贵.与地连墙相比钻孔灌注桩加深层搅拌桩是一种较为经济围护方案,通过设置内撑、锚杆、双排桩等来克服钻孔灌注桩围护整体性差、刚度较小弱点.

3.1.2基坑支护方案比选

根据营口地区地址水文状况,基坑形状不规则如采用内支撑方案,支撑结构对土方开挖影响较大且将对地下室施工造成很大影响,对工程进度都将造成较大影响.如采用桩锚支护虽然对地下室施工不造成影响,土方开挖比较方便,但土方开挖必须与锚杆施工交叉进行且锚杆要到达强度后才能进行下层土方开挖,对基坑工期影响较大.

由于锚杆施工质量难以控制且基坑后期变形较大.对于形状不规则类似条件基坑采用双排桩方案进行支护.对于开挖12m基坑安全可靠,土方开挖方便,基坑施工工期短且不影响地下室施工,对缩短工期提供极大便利.地质条件与本工程基本相同附近工程采用双排桩方案进行支护,开挖深度约为14m,比本基坑深度大1.5-2.0m,基坑安全稳定.分析经综合比选决定对该基坑采用双排桩支护,局部采用单排桩+角撑支护结构型式.

3.2基坑地下水处理方案选择

上层滞水处理,对上层滞水可采用明沟排水汇集于积水井后抽排;下部承压水处理,根据场区地水文地质条件,基坑开挖已挖穿隔水层进入含水层.对下部承压水采用多井点深井降水,将承压水位降低到设计所要求地下水位避免基坑范围内承压水头压力可能造成突涌并对基坑周边进行竖向隔渗处理.为使降水对基坑周边环境影响降低到最小,建议基坑在平水-枯水季节施工.

4基坑支护设计

4.1岩土设计参数

根据场地岩土工程勘察报告,与基坑支护设计相关地层岩土设计参数取值如下.

4.2基坑重要性等级确定

根据根据《基坑工程技术规程》规定结合周边环境、岩土工程与水文地质条件,综合确定本基坑重要性等级为一级.

4.3支护结构设计

根据周边环境、岩土工程与水文地质条件,支护桩拟采用钻孔灌注桩:桩径d=800、900mm、1000,桩中心距s=1200、1300mm,沿基坑周边布置;砼强度为C30;支护桩桩顶冠梁设计,为增加支护桩整体刚度,支护桩顶设置钢筋混凝土冠梁1100mm×800mm.支护桩主筋插入冠梁内800mm,砼强度为C30;内支撑梁设计,腰梁、内支撑梁为钢筋混凝土梁,砼强度为C30;内支撑立柱及立柱桩设计,为防止地下室底板渗水,在地下室底板施工时,在各钢立柱与钢筋混凝土底板连接处要设止水带,止水带采用钢板,钢板满焊在钢立柱杆件四周;双排桩支护结构设计,双排桩桩顶设置冠梁、横梁,梁上设置200mm厚钢筋混凝土板增强双排桩整体性.

5 地下水控制设计

根据场区工程地质条件和水文地质条件,基坑处理上层滞水和下部承压水均很重要.地下水稳定水位1.0-1.3m,地下水对混凝土腐蚀性为中等腐蚀,如何控制地下水对施工及混凝土结构影响进行分析.

5.1竖向隔渗帷幕设计

在基坑四周设置水泥土深层搅拌桩技术形成竖向隔渗帷幕,与钻孔灌注桩联合作用既挡土又止水.

5.2地表水处理

对基坑周围3.5m宽地面用厚50mm素砼进行硬化.基坑坡顶四周设置排水沟以截地表水流入基坑;在基坑四周距坡顶3.0m处修筑一条排水沟,截面尺寸300×400mm,混凝土浇筑,按3%坡率流入集水井中统一排入市政排水系统;基坑底部沿坑底四周设置一条排水沟,截面尺寸300×300mm混凝土浇筑并布置一定数量集水井以抽排坑内水.

5.3钢筋混凝土防护

针对地下水对混凝土腐蚀性为中等腐蚀,设计中采用基础底部设置耐腐蚀垫层或者基础表面涂两遍冷底子油,沥青胶泥两遍或环氧沥青厚浆型涂料两遍,基础梁及-0.300m以下框架柱表面贴布两层或贴沥青玻璃布两层或涂环氧沥青厚浆型涂料两层(耐腐蚀垫层可采用碎石罐沥青或沥青混凝土,厚度不应小于100mm).

6 结论

通过对营口市北海地区高层建筑工程地下室基坑工程设计进行分析,营口地处软土地区,深基坑开挖具有一定困难,本文针对该工程深基坑设计方案进行优化分析选择最佳方案,在基坑支护设计方面支护桩采用钻孔灌注桩,支护桩桩顶设计冠梁,内支撑梁设计,对地下水控制进行分析,确保工程在施工中满足安全、质量要求.在深基础设计中要充分考虑

参考文献

[1]刘义建,刘勇健.深基坑支护方案最优决策方法研究[J].基建优化,2002,23

(6):46-47.

[2]徐杨青.深基坑工程设计的优化原理与途径[J],岩石力学与工程学报2001

(2),248-251.

[3]杨丽娜,仵彦卿,井彦林.深基坑支护结构选型研究[J],煤炭工程2005(12),

52-54.

作者:张新民

第三篇:论深基坑支护工程技术

近年来,随着经济的高速发展和城市建设的需要,高层及超高层建筑的大量涌现,深基坑工程越来越多同时密集的建筑物、复杂的深基坑形式,使得基坑开挖的条件越来越复杂,故对基坑开挖与支护的计算与设计理论、施工技术等的要求越来越高。

1.深基坑支护结构类型

1.1悬臂式支护结构

是指未加任何支撑或锚,仅靠嵌入基坑底下一定深度的岩土体平衡上部土体的主动土压力、地面荷载以及水压力的支护结构。有排桩、地下连续墙结构。对于该种支护结构,其嵌入深度至关重要。由于基坑底以上部分呈悬臂状态,无任何支点的作用,桩顶位移及构件弯矩值比较大,对支护结构构件要求较高。因此,这种支护结构形式主要用于土质条件较好、基坑深度不大及对基坑水平位移要求不很严格的基坑。在软土场地中不宜大于5m。

1.2内支撑结构

是由挡土结构和内支撑系统组成的结构形式。挡土结构主要承受基坑开挖所产生的土压力和水压力,一般采用排桩和地下连续墙结构。内支撑为挡土结构的稳定提供足够的支撑力,直接平衡两端围护结构上所承受的侧压力,常用的有钢支撑和钢筋混凝土支撑。内支撑结构形式主要用于市政工程施工。

1.3拉锚式支护结构

是由挡土结构和外拉系统组成的结构形式。外拉结构可分地面拉锚支护结构和锚杆(索)支护结构。地面拉锚支护结构由挡土结构、拉杆(索)和锚固体组成。常用于深度及规模不大的基坑。锚杆(索)支护是由挡土结构及锚固于基坑滑动面以外的稳定土体的锚杆(索)组成。一般用于规模较大的深基坑。邻近有建筑物或重要管线面不允许有较大变形的基坑。锚杆(索)支护结构特别对现场较窄,无工作面环境情况下被大量采用。

1.4土钉墙支护结构

土钉墙又称为土钉支护技术,它是在原位土中设置密集的土钉,并在土边坡表面构筑钢丝网喷射混凝土面层,通过土钉、面层和原位土体三者的共同作用而支护边坡或边壁。土钉墙体同时也构成了一个就地加固的类似重力式挡土结构。与已有的各种支护方法相比,它具有施工容易、设备简单、需要场地小,开挖与支护作业可以并行、总体进度快、成本低,以及无污染、噪声小、稳定可靠、社会效益与经济效益好等许多优点,因而在国内外的边坡加固与基坑支护中得到了广泛迅速的应用。

1.5复合式支护结构

由于地质的复杂性,各种支护结构自身具局限生,再加上施工现场环境的不确定性,各种支护结构必须相互结合使用。复合式支护结构就是由排桩、地下连续墙、土钉预应力锚杆及喷射混凝土等组合形成的综合性支护结构。由于它充分考虑了各种支护优点,工程造价低,具有良好的社会经济效益,但综合考虑了各种支护结构,对设计和施工提出的较高的要求。

2.基坑支护结构类型选择

2.1选择支护结构类型的依据

基坑支护结构的选择是否合理,考虑的因素是否全面,对基坑支护工程起到决定性作用。基坑支护围护及撑锚方法较多,每一种方法都有其独特的优点,有的速度快,有的经济,有的噪音小,有的用电量小等,可结合现场具体的情况来确定。

(1)工程用地红线图,建筑平面布置总图以及相邻建筑物的平、立、剖面和基础图等;基坑的尺寸,基坑场地的形状、深度和宽度等。基坑支护结构所受的荷载。

(2)场地和边坡的工程地质和水文地质勘察资料;

(3)边坡环境资料;对基坑支护结构施工(噪音、振动、地面污染)的要求;

(4)施工技术、设备性能、施工经验和施工条件等资料;

2.2支护结构的选择原则

支护结构应根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件综合考虑,做到因地制宜,因时制宜,合理设计,严格控制,使方案具有创造性和灵活性。

2.3选择支护结构体系要点

(1)粘性土颗粒较细,具有一定粘聚力,强度随含水量可能变化。在多数情况下,地下水位深,不需要采用防水、降水措施。如果场地开阔,可选择放坡、悬臂式、桩锚式、锚拉式支护结构;如场地狭窄可选择排桩、地下连续墙加锚杆的支撑方案。基础开挖后,开挖深度不大可采用悬臂式支护或土钉墙;开挖深度较大时,可考虑多层锚杆或多层支撑。假如土质情况较好,可考虑土钉或喷锚支护。土质较差,可用桩、地下连续墙加锚杆或支撑支护方案。

(2)软土具有强度低、压缩性大、渗透性小、荷载作用变形大等特点,且周围环境复杂,故软土地区深基坑开挖,应注意安全。如基坑周围场地开阔,上部采用分台阶放坡,下部采用挡土墙支护,或悬臂式、桩锚式、锚拉式支护结构;如场地狭窄,则必须采用能够相应控制地面位移与沉降的支持结构,并且做好防水处理。基础开挖深度均较大,可设置排桩、地下连续墙或其它支护结构加防水帷幕。较大范围开挖时,也可采用复合式支护结构,排桩及单、多层锚杆支护结构加防水帷幕。

(3)硬质地基基坑开挖一般是止水性支护结构和非止水性支护结构并行使用。因为硬质地基地层具有紧密、承载能力高和压缩性低等特点,一般不致引起开挖面隆起、沙涌出及因降水而导致周围地面沉降水现象发生,从设计安全性、施工可行性和造价经济性等方面综合考虑,在硬质地基埋藏较浅的地区,采用非止水性支护结构往往更合理。如地表与硬质土层中有一层较厚的软土层,且地下水位较高时,则应才用止水性支护结构

3.深基坑支护技术发展

3.1采用动态设计方法

对于深基坑支护结构的设计,目前没有统一的支护结构设计规范。深基坑支护结构的设计仍采用传统的“结构荷载法”,计算结果与深基坑支护结构的实际受力有较大的差距,即不安全也不经济。目前,岩土工作者对探讨和建立动态设计体系已开形成共识,已开始从事这方面的研究。近十几年来,我国在深基坑支护技术上已经积累很多实践经验,收集了施工过程中的一些技术数据,已初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规律,为建立深基坑支护结构设计的新理论打下了良好的基础。

3.2新型支护结构的计算方法

随着各种类型的支护结构形式的出现,深基坑支护结构正在向综合性方向发展,即受力结构与止水结构相结合,临时支护结构与永久支护结构相结合,基坑开挖方式与支护结构形式相相结合。这些结合必然导致支护结构受力复杂。对这些支护结构的计算模型如何建立、计算简图怎样选取、设计方法如何趋于正确,仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。

3.3支护结构的试验研究

在支护工程施工的过程中我们积累的技术资料很丰富,但缺少科学的测试数据,无法进行科学分析。一些支护结构工程成功了,也讲不出具体成功之处;一些支护结构工程失败了,也说不清失败的真实原因。因此,开展支护结构的实验研究是非常有必要的。通过实验室模拟实验和工程现场实验,发现问题、总结规律,寻找解决问题的最佳途径,为其他工程提供经验和方法,减少工程事故的发生,为深基坑支护结构计算方法提供了可靠的第一手资料。

3.4优化深基坑支护结构方案

深基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构,除地基土类别的不同外,地下水位的高低、土的物理力学性质指标以及周围环境条件等,都直接与支护结构的选型有关。在深基坑工程中,支护结构方案的选择至关重要,支护结构型式选择的合理,就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期,带来可观的经济效益和社会效益。反之,一个不合理的方案即使造价很高,也不一定能保证安全。可见支护结构型式的优化选择是深基坑支护技术发展的必然趋势。

3.5建立信息监测与信息化施工技术

基坑工程力学参数的不确定性及施工过程的不可预见性,使基坑工程设计和施工中难免出现与实际地层条件不符合的情况,需要在施工过程中通过检测信息的反馈来修正设计,指导施工。因此,基坑工程监测是基坑工程施工中的一个重要的环节,组织良好的监测能够将施工中各方面信息及时反馈基坑开挖组织者,根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度,对基坑工程围护体系变形及稳定状态加以评价,并预测进一步挖土施工后将导致的变形及稳定状态的发展,制定进一步施工策略,实现信息化施工。

4.结语

总而言之,深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展而发展的一门新的实践工程学,涉及到工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和施工管理等几门学科的综合技术。随着科学技术的发展和计算机的应用,在岩土工作者和工程技术人员的共同努力下,深基坑支护技术方面一定会有新的突破。

参考文献:

1. JGJ120-99,建筑基坑支护技术规程。

2. 建筑基坑支护技术规程应用手册[m],中国建筑工业出版社1999.

3. 龚晓南,基坑工程实例,北京中国建筑工业出版社。

4. 陈永仪,胥建华,岩土工程施工技术,四川大学出版社2008

作者:黄从军