建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及處理方法

■郭丙智 ■山西正和熱電工程有限公司，山西 太原 030012

高層建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與建筑物的整體質(zhì)量有著不可分割的聯(lián)系，由于基坑開(kāi)挖與支護(hù)涉及很多土力學(xué)的典型強(qiáng)度與穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)還包括很多變形控制的問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)內(nèi)容十分復(fù)雜，難度也可想而知?；又ёo(hù)工程包括基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)與施工土方的開(kāi)挖，綜合性比較強(qiáng)，需要設(shè)計(jì)人員與技術(shù)人員的緊密配合。在基坑工程支護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工以及監(jiān)督等具體問(wèn)題，都需要完美落實(shí)和解決，結(jié)合工程的實(shí)際情況，進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，這樣才能夠保障工程質(zhì)量以及施工安全，可以說(shuō)建筑基坑設(shè)計(jì)對(duì)于建設(shè)任務(wù)意義十分重大。

1 基坑支護(hù)的主要結(jié)構(gòu)形式

(1)放坡開(kāi)挖結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的基坑支護(hù)體系的優(yōu)勢(shì)就是造價(jià)低，但是在土方開(kāi)挖以及回填方面不占優(yōu)勢(shì)，通常都是在場(chǎng)地寬闊，周?chē)鷽](méi)有重要建筑物的地方使用，在位移方面的要求不多。

(2)土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)屬于一種新型的支護(hù)形式，目前能夠解決施工場(chǎng)地不足，基坑位移擴(kuò)大等問(wèn)題，基本都是通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力錨桿以及超前支護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)支護(hù)的。

(3)水泥土重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通常是在軟弱土層基坑支護(hù)施工應(yīng)用，并且深度不得高于6 米，施工基本都是采用水泥攔拌法，這種是施工的成本低，施工簡(jiǎn)單。

2 基坑支護(hù)存在的問(wèn)題

現(xiàn)階段我國(guó)建筑基坑設(shè)計(jì)上依舊存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在往往會(huì)引發(fā)很多安全問(wèn)題，不利于建筑功能的發(fā)揮，下面具體對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題進(jìn)行分析研究:

(1)地基土層的物理力學(xué)參數(shù)選擇不當(dāng)?；邮┕み^(guò)程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的地基壓力對(duì)施工安全性具有直接影響，由于建設(shè)功臣施工原本就是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，體層結(jié)構(gòu)，以及自然環(huán)境都會(huì)影響基坑支護(hù)施工，現(xiàn)階段我國(guó)在地基壓力計(jì)算方面還無(wú)法達(dá)到精準(zhǔn)的計(jì)算，相關(guān)的計(jì)算基本都是通過(guò)庫(kù)倫公式以及朗肯公式進(jìn)行推算的。與此同時(shí)，施工中還有一個(gè)難點(diǎn)那就是如何正確選擇土層物理參數(shù)的問(wèn)題，由于在進(jìn)行基坑開(kāi)挖的時(shí)候，土層物理參數(shù)的含水率數(shù)以及內(nèi)摩擦角參數(shù)以及粘聚參數(shù)都是不斷變化的，所以無(wú)法針對(duì)具體受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。在進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，如果沒(méi)有準(zhǔn)確的進(jìn)行地基土層的物理力學(xué)參數(shù)選擇，那么直接影響設(shè)計(jì)的結(jié)果，從大量的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，一旦內(nèi)部摩擦一定的角度偏差，那么必然會(huì)導(dǎo)致土層壓力出現(xiàn)變化，而且還需要注意的一點(diǎn)就是土體在開(kāi)挖前后的內(nèi)部凝聚力不同，并且因?yàn)槭┕すに囈约爸ёo(hù)形勢(shì)之間的差別，土層物理力學(xué)參數(shù)也需要進(jìn)行不同的選擇。

(2)基坑土層取樣不完整。在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要選擇地基土層的不同樣本進(jìn)行分析，從而掌握土體的物理力學(xué)指標(biāo)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)獲得相應(yīng)的依據(jù)。目前依據(jù)相應(yīng)的施工規(guī)范，施工人員通常在基坑開(kāi)挖后采用鉆探獲取土層樣本，但為了降低工程造價(jià)的目的，不能進(jìn)行多次鉆孔取樣。因此，鉆孔取樣不可避免具有隨機(jī)性，并且不完整。因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必然不能同具體的地質(zhì)情況完全符合。

(3)沒(méi)有考慮空間效應(yīng)。通過(guò)整理基坑施工的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):水平位移，通常是從基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生，并且一般情況是中間大兩邊小。并且當(dāng)基坑周邊發(fā)生不穩(wěn)定時(shí)，通常出現(xiàn)在中部位置。因此說(shuō)明，基坑在開(kāi)挖時(shí)必須考慮空間性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般依據(jù)平面應(yīng)變?cè)瓌t，這種情況特別適合于細(xì)長(zhǎng)條的基坑;但是對(duì)于基坑為方形或長(zhǎng)方形，則具有很大的差異性。因此在依據(jù)平面應(yīng)變?cè)瓌t設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而使基坑符合空間效應(yīng)的要求。

(4)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算同實(shí)際受力不相符。當(dāng)前，極限平衡理論是進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要理論，但實(shí)踐證明，依據(jù)極限平衡理論計(jì)算出的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，理論分析非常安全，但還是會(huì)發(fā)生破壞;而有的支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)計(jì)算，其安全系數(shù)非常小，但是仍符合施工的需要。原因是極限平衡理論屬于靜態(tài)設(shè)計(jì)，而土體在開(kāi)挖后處于動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，隨著時(shí)間變化會(huì)發(fā)生變形，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行入分析。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的措施及要點(diǎn)

針對(duì)上述基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，制定更為完善的設(shè)計(jì)措施，提升建筑物的穩(wěn)定性與安全性是非常必要的，下滿針對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的具體措施進(jìn)行分析研究:

(1)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)雖然能夠達(dá)到一定的施工效果，但是計(jì)算還是不夠精準(zhǔn)，同時(shí)我國(guó)實(shí)際上缺少支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的統(tǒng)一規(guī)范管理，這樣就導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)閷?shí)際情況的不同而導(dǎo)致受力差異性較大，工程安全隱患因此增加。所以說(shuō)在設(shè)計(jì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候不應(yīng)該采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法——“結(jié)構(gòu)荷載法”，而是需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建更為完善的動(dòng)態(tài)信息反饋設(shè)計(jì)體系，以此提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性。

(2)采用新的工程設(shè)計(jì)方法。目前支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍應(yīng)用極限平衡原理，并將其計(jì)算結(jié)果作為施工依據(jù)。但是，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用極限平衡原理，僅僅使支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足相應(yīng)的要求，而不能使支護(hù)結(jié)構(gòu)滿足剛度要求。所以當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大時(shí)極易導(dǎo)致發(fā)生事故。因此在設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，要密切觀察支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，基于以上原因，要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制方法進(jìn)行入研究，并制定相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。

(3)積極對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)研究。要想掌握正確的施工理論必須要開(kāi)展大量的試驗(yàn)研究。但是，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方面，沒(méi)有開(kāi)展過(guò)科學(xué)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。盡管當(dāng)前支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但由于沒(méi)有科學(xué)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不能對(duì)其采取科學(xué)分析，從而形成相關(guān)的施工理論，這成為了我國(guó)這一領(lǐng)域的空白。因此，為了更好的開(kāi)展基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工，需要進(jìn)行相應(yīng)的工程試驗(yàn)。只有開(kāi)展大量的工程試驗(yàn)，才能對(duì)相關(guān)的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，并做到科學(xué)分析，最后形成科學(xué)的施工理論，從而使基坑支護(hù)施工能夠更加完善，并探索出新的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。

(4)研究支護(hù)結(jié)構(gòu)的新型計(jì)算方法。當(dāng)前，由于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工中不斷復(fù)雜化和先進(jìn)化，出現(xiàn)了將受力結(jié)構(gòu)同水結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合的形式，以及將臨時(shí)性的結(jié)構(gòu)同固定性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合，還有的將開(kāi)挖形式同支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合，這些不同結(jié)合方式出現(xiàn)，會(huì)使支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)的受力計(jì)算變得復(fù)雜，因此，研究一種支護(hù)結(jié)構(gòu)的新型計(jì)算方法，是目前進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

總而言之，建筑工程施工中的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)還需要從工程實(shí)際情況出發(fā)，堅(jiān)持因地制宜的原則，全面落實(shí)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，積極引入新型的設(shè)計(jì)理念，這樣才能夠有效提供我國(guó)高層建設(shè)的整體質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑基坑施工開(kāi)挖以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工，直接影響著建筑物的整體質(zhì)量，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，必然會(huì)為工程的施工與使用埋下安全隱患，為了能夠確保工程質(zhì)量安全，全面提升工程設(shè)計(jì)科學(xué)性與合理性是非常必要的?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容復(fù)雜，難度大，需要高素質(zhì)的設(shè)計(jì)人員，也需要各個(gè)部門(mén)工作者的緊密配合，這樣才能夠做到全面提升工程質(zhì)量，保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全。雖然現(xiàn)階段我國(guó)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中依舊存在一些問(wèn)題，但是這也正說(shuō)明我國(guó)基坑設(shè)計(jì)的發(fā)展空間很大，我國(guó)建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)部門(mén)以及其他部門(mén)應(yīng)該全面配合，積極的為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步分力。

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