高層建筑深基坑支護(hù)工程的設(shè)計及施工

陳　魁

摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，對高層建筑深基坑支護(hù)工程的設(shè)計及施工進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)；施工

1 深基坑支護(hù)類型選擇

1.1 工程概況

某工程位于哈爾濱市道里區(qū)，平面形狀呈I字形?；油谏罹植?.8米；臨近建筑均在基坑開挖影響深度范圍外，可不與考慮，在西北側(cè)基坑開挖為9.8米，其基坑邊為建筑施工通道，計算時考慮動載60KN/m2；深基坑支護(hù)采用水泥土樁錨結(jié)構(gòu)。

1.2 工程地質(zhì)條件，圖略

通過地質(zhì)勘察報告確定該工程水文地質(zhì)為第四系松散巖類孔隙潛水。水位標(biāo)高一般在-5.80m左右。該地層分布較復(fù)雜。另外在地質(zhì)報告中還應(yīng)掌握潛水層分布情況，其主要補(bǔ)給來源主要為大氣降水和生產(chǎn)生活用水的滲入，基坑開挖后，該層地下水易對坑壁產(chǎn)生侵蝕和滲透破壞，需采取有效的封堵或疏排措施。承壓水層在基坑開挖時，其坑底高承壓水頭會導(dǎo)致基坑突涌并嚴(yán)重影響基坑安全，必須對場區(qū)地下承壓水進(jìn)行疏干治理。

2 深基坑支護(hù)土壓力

目前，土壓力的計算，仍然是古典的朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論進(jìn)行。

朗肯土壓力理論是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件而得出的土壓力計算方法。

主動土壓力：Ea=1/2γH2tg2（45°-Φ/2）-2CHtg（45°-Φ/2）+2C2/γ

式中：Eα--主動土壓力（KN），γ--土的重度KN/m3，

H——擋土樁長（m）。Φ——土的內(nèi)摩擦角（°）。C——土的粘聚力（KN）。

被動土壓力：Ep =1/2γt2KPCt

式中：Ep——被動土壓力（KN），t——擋土樁的入土深度（m），Kp——被動土壓力系數(shù)，一般取K2=tg2（45°-Φ/2）。

由于傳統(tǒng)理論存在達(dá)些不足，在工程運(yùn)用時就必須作經(jīng)驗修正，以便在一定程度上能夠滿足工程上的使用要求，這也就是從以下幾個方面具體考慮：

土壓力參數(shù)：抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法有總應(yīng)力法和有效應(yīng)辦法，前者采用總應(yīng)力C、Φ值和天然重度γ（或飽和容量）計算土壓力，并認(rèn)為水壓力包括在內(nèi)，后者采用有效應(yīng)力C、Φ及浮容量γ計算土壓力，另解水壓力，即是水土分算。

朗肯理論假定墻背與填土之間無摩擦力。這種假設(shè)造成計算主動土壓力偏大，是偏安全的，而被動土壓力偏小，是偏危險的。在計算被動土壓力時，采用修正后的被動土壓力系數(shù)Kp，采用被動土壓力系數(shù)擦角δ，克服了朗肯理論在此方面的假定。修正后的Kp是：Kp =〔CosΨDCosδ[KF）]-Sin（Ψo+δ）SinΨo〕

用等值內(nèi)摩擦角計算主動土壓力。對于抗深在10m內(nèi)的支護(hù)計算，把有粘聚力的主動土壓力Ea，計算式為：Ea=1/2CHtg2（45°-Φ/2）+2C2/γ。

深基坑開挖的空間效應(yīng)。基坑的滑動面受到相鄰邊的制約影響，在中線的土壓力最大，而造近兩邊的壓力則小，利用這種空間效應(yīng)，可以在兩邊折減樁數(shù)或減少配筋量。

重視場內(nèi)外水的問題。注意降排水，因為土中含水量增加，抗剪強(qiáng)度降低，水分在較大土粒表面形成潤滑劑，使摩擦力降低，而較小顆粒結(jié)合水膜變厚，降低了土的內(nèi)聚力。

護(hù)坡樁的設(shè)計。該工程支護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用水泥土樁錨結(jié)構(gòu)，樁長16米。Φ650水泥土樁墻，Φ350水泥土樁錨，考慮基坑附近建筑物及動截荷的影響，支護(hù)設(shè)計時取地面動載60KN/m2。

樁上側(cè)土壓力：①樁后側(cè)主動土壓力，因為樁后土為三層（雜添土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂）所以計算時采用加權(quán)平均值的C、Φ、γ，Φ=21.32，得：Eα=5.2H2-3.05H+110.49；②樁前側(cè)被動土壓力：因為樁前側(cè)土為兩層（粘土層、粉質(zhì)粘土層），所以計算時應(yīng)采用加權(quán)平均值的C′、Φ′、γ′，得：EP＝36.6t2+108.56t；③均布載荷對樁的側(cè)壓力：由公式Eq＝qKaH，得：Eq=28.52H。

樁插入深度確定：計算前須作如下假設(shè)：（1）錨固點(diǎn)無移動；（2）樁埋在地下無移動；（3）自由端因較淺不作固定端，按地下簡支計算。

建立方程：對鉸點(diǎn)（錨固點(diǎn)）求矩，則必須滿足：ΣM=0

有：1KEp（26t+h-a）=Eq〔26 （h+t）-a〕+Ep（h+t2-α）q

式中：K為安全系數(shù)，取2，得：10.6t3+92.56t2-156.23t=136.65

插入深度及柱長計算：根據(jù)實(shí)際情況t取最小正解；t=1.78m.

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》及綜合地質(zhì)資料，取安全系數(shù)為1.2，所以樁的總長度為：L=h+1 .5t=12.5+3.2=15.7（m）

3深基坑支護(hù)工程施工

開挖第一層土到第一排地錨標(biāo)高：每20米分為一段，約施工20米時，進(jìn)行下一段水泥土樁墻施工同時開挖前段20米行第一排錨樁土方并進(jìn)行水泥土樁錨施工，開挖標(biāo)高為樁錨下500mm；水泥土地錨施工在填土層宜采用攪拌法施工，粉土，宜采用旋噴攪拌法，砂土層宜采用一次性成孔下錨；采用旋噴攪拌水泥土地錨采用旋噴工藝，旋噴完畢用機(jī)械將鋼絞線插入；鋼絞線制安設(shè)計要求，錨頭用冷擠壓對錨盤進(jìn)行固定。鋼絞線離出墻面1.2米，以便水泥土地錨張拉鎖定錨筋制安完成后施工腰梁。4）腰梁施工及張拉：橫向腰梁要求采用2根10#工字鋼，上下各2，用鋼板焊為一體，錨頭部分為20mm×200mm×10mm的墊片。然后進(jìn)行鎖定張拉，水泥土地錨正式張拉前，應(yīng)取0.3-0.6設(shè)計軸力，對地錨預(yù)張拉1-2次，便其各部位的接觸緊密，鋼絞線完全平直，地錨張拉荷載不能破壞水泥土樁。地錨張拉鎖定值應(yīng)作好施工記錄。

4 施工監(jiān)測：

攪拌樁施工完成及第一層土體開挖時應(yīng)在基坑三側(cè)布置監(jiān)側(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)間距不宜大于20米。以便觀測分層開挖支護(hù)樁頂部的水平位移與沉降和傾斜量側(cè)，附近地面、地表開裂的變化狀態(tài)。

在開挖過程中，基坑側(cè)壁最大水平位移與當(dāng)時基坑開挖深度比不大于0.4%且累計最大位移不超過50mm，基坑開挖頂邊線2米范圍內(nèi)的總沉降量不大于0.3%累計最大沉降量不超過40mm。

5 現(xiàn)場綜合試驗測試及其結(jié)果分析

集坑測試工作的布置為準(zhǔn)確掌握深基坑支護(hù)的受力特點(diǎn)，根據(jù)基坑施工方法選擇，在基坑周邊布置了若干監(jiān)測點(diǎn)，一般包括：沉降觀測點(diǎn)、水平位移觀測點(diǎn)、測斜孔、應(yīng)力監(jiān)測計、地下水水位觀測孔，并根據(jù)設(shè)計要求是否對基坑斷面進(jìn)行綜合測試?；又ёo(hù)測試結(jié)果及其反分析進(jìn)行水平位移分析：基坑開挖前測試水平位移的初始值，然后按施工土方開挖進(jìn)度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。