某基坑支護(hù)設(shè)計問題研究

PAGEPAGEII某基坑支護(hù)設(shè)計問題研究摘要隨著人類社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市人口劇增，住房緊張、交通堵塞、用地吃緊等問題日益明顯，為了緩解壓力，人們對地上高層建筑、地下地鐵、市政工程以及地下空間進(jìn)行了更大規(guī)模的開發(fā)利用，基坑開挖的深度越來越深，深基坑工程的規(guī)模隨之加大，開挖面積已達(dá)數(shù)萬甚至數(shù)十萬平方米，深基坑數(shù)量也隨之增多。其現(xiàn)狀具體表現(xiàn)為以下幾個特點：深基坑建筑外紅線與基坑周邊所環(huán)繞的馬路或建筑物的距離越來越小，尤其是用地緊張的城市中心地區(qū)，這些地方的經(jīng)濟(jì)增長比較快速，很多建筑往往需要以舊換新或是被改造，很多新地方會被開發(fā)利用，一旦基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，就會對其圍繞著的建筑物、地面以下的管線等造成危害?；诖耍疚膹V州市南沙區(qū)某深基坑項目為例，依據(jù)基坑現(xiàn)場環(huán)境和土體的物理性質(zhì)，利用理正深基坑計算軟件對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案優(yōu)選，使其安全穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)。關(guān)鍵詞：支護(hù)結(jié)構(gòu)；深基坑；支護(hù)設(shè)計

AbstractWiththeprogressofhumansocietyandthedevelopmentofscienceandtechnology,urbanization,urbanizationprocessaccelerated,theurbanpopulation,housingproblemsuchastension,trafficjams,landisinshortsupply,toalleviatethepressure,peopleonthegroundofhigh-risebuildings,undergroundsubway,municipalengineeringandundergroundspacedevelopmentandutilizationofthelargerandthedepthofthefoundationpitexcavationismoreandmoredeep,deepfoundationpitengineeringscaleincreasing,theexcavationareahasreachedtensorevenhundredsofthousandsofsquaremeters,numberofdeepfoundationpithassaid.Itsstatusembodiedinthefollowingseveralcharacteristics:deepfoundationpitconstructionoutsidetheredlineandthefoundationpitissurroundedaroundthedistanceoftheroadorbuildingmoreandmoresmall,especiallytenseurbancenterarea,wherefastereconomicgrowth,alotofbuildingsoftenneedtooldchangeneworhasbeenmodified,manynewplacewillbethedevelopmentandutilization,oncethefoundationpitsupportingstructureproblems,tothesurroundingbuildings,undergroundpipelines,etc.Basedonthis,thispapertakesadeepfoundationpitprojectinnanshadistrictofguangzhouasanexample.Accordingtothesiteenvironmentoffoundationpitandthephysicalpropertiesofsoilmass,thecalculationsoftwareoflizhengdeepfoundationpitisusedtooptimizetheschemeoffoundationpitsupportstructure,soastooptimizeitssafetyandstability.Keywords:supportstructure;Deepfoundationpit;Supportingdesign

目錄摘要 I第一章緒論 1第二章深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算理論 12.1支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力概述 12.1.1靜止土壓力 22.1.2朗肯土壓力計算 22.2深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算 32.2.1深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計算的主要內(nèi)容 32.2.2深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算 3第三章基坑支護(hù)方案設(shè)計 43.1基坑概況 43.2工程地質(zhì)條件 43.3支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 53.3.1參數(shù)選取 53.3.2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 63.4基坑監(jiān)測方案 73.5基坑降水方案 8第四章基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法 84.1等值梁法 84.1.1等值梁法的原理 84.1.2等值梁法的計算步驟 94.2彈性地基梁法 104.2.1彈性地基梁法的原理 104.2.2彈性地基梁法的求解方法 104.3基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 11第五章支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 145.1ABEFGHA段混凝土圈梁QL計算 145.2BC、DE段混凝土圈梁QL1計算 145.3混凝土主支撐ZC計算 155.3.1最大內(nèi)力設(shè)計值 155.3.2配筋計算 155.4混凝土支撐ZC1計算 165.4.1最大內(nèi)力設(shè)計值 165.4.2配筋計算 17第六章深基坑支護(hù)設(shè)計的優(yōu)化思考與建議 186.1控制深基坑支護(hù)抗拔力 186.2重視施工設(shè)計 186.3做好深基坑支護(hù)和施工技術(shù)的合理使用 18第七章結(jié)語 19參考文獻(xiàn) 21致謝 22PAGE22第一章緒論隨著經(jīng)濟(jì)與城市化的快速發(fā)展，可供建筑用地越來越少，為滿足人們生活、工作空間的各種需求，城市地下空間的利用和開發(fā)成為越來越多人關(guān)注的熱點。城市地下空間的開發(fā)建設(shè)主要體現(xiàn)在高層或者超高層的多層地下室、城市地鐵及換乘車站、城市綜合管廊、大型的地下商場及地下人防設(shè)施等，并且隨著需求的增多，地下空房間開發(fā)的力度越來越大，基坑開挖規(guī)模與深度越來越大，隨之而來的是基坑支護(hù)的難度與周邊環(huán)境的復(fù)雜情況的增加。工程建設(shè)階段，建設(shè)單位資金不足、設(shè)計變更、土地所有權(quán)轉(zhuǎn)讓等，導(dǎo)致許多工程在完成支護(hù)結(jié)構(gòu)以后卻成為具有閑置基坑或者爛尾基坑；或者由于設(shè)計調(diào)整，在基坑支護(hù)已完成施工或部分施工未完成時，增加基坑深度而導(dǎo)致的基坑需要延伸開挖。這些基坑工程中的變化都使得基坑支護(hù)施工的難度增加，開挖深度的增加必將導(dǎo)致原有基坑支護(hù)設(shè)計不能滿足支護(hù)強(qiáng)度要求，這就使得現(xiàn)有基坑面臨兩種選擇：一種是放棄現(xiàn)有基坑重新進(jìn)行支護(hù)設(shè)計，再或者在原有支護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計加強(qiáng)。對于建設(shè)單位來說，基坑安全，經(jīng)濟(jì)效益是主要考慮的方面。因此，現(xiàn)有基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)如果廢棄，將會造成大量資源浪費，加大工程成本，但是如果能利用已有基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計加強(qiáng)，與此同時，合理設(shè)計改造，減小造價成本，必然為工程取得良好效益，但是在原有基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計加強(qiáng)必然伴隨高風(fēng)險，并且難以進(jìn)行工程實踐。因此在原有支護(hù)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計加強(qiáng)并保證施工過程中基坑安全與穩(wěn)定，具有重要的理論與實際意義。所以適合實際工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案對深基坑工程至關(guān)重要。支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式既要做到經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，又要節(jié)省工期，帶來巨大的社會效益?？梢姡罨又ёo(hù)形式的優(yōu)選、優(yōu)化是未來基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。第二章深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算理論2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力概述完成支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算設(shè)計必須首先明確其荷載取值，通常，荷載值的確定就是確定作用在土體并傳遞到到支護(hù)結(jié)構(gòu)的力的大小，即土壓力的大小，準(zhǔn)確確定土壓力，是分析支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力，確定支護(hù)形式，進(jìn)行內(nèi)力計算，進(jìn)而確保支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)確的前提。2.1.1靜止土壓力當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)不發(fā)生位移時，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土體壓力是靜止土壓力，用P0表示。該種狀態(tài)下，支護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體處于彈性平衡狀態(tài)。在深基坑工程中未進(jìn)行開挖時，此時的土壓力為靜止土壓力，可用下式計算：2.1.2朗肯土壓力計算（1）主動土壓力隨著基坑的開挖，支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移方向與土體移動方向相同。由于土體挖除，原來作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)的靜止土壓力會消失。由于土體移動后位移的相應(yīng)增加，土壓力的作用會越來越小，直至支護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體形成一種自平衡的極限狀態(tài)，此時對應(yīng)的土壓力值即為土體恰好的穩(wěn)定臨界值，叫做主動土壓力。主動土壓力可通過下式計算得到：無粘性土：粘性土：（2）被動土壓力支護(hù)結(jié)構(gòu)在墻后主動土壓力的推動下，墻前坑底以下土體，位移會有所增加，并且移動方向為坑內(nèi)側(cè)，在推力不斷增加時，位移會越來越大，因而墻前坑底以下土體會逐漸失去穩(wěn)定性，在失去穩(wěn)定前將達(dá)到極限平衡狀態(tài)，此時土體作用在擋墻上的反力即為被動土壓力。被動土壓力可通過下式計算得到：無粘性土：粘性土：2.2深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算2.2.1深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計算的主要內(nèi)容（1）基坑周圍環(huán)境受土方開挖的影響；（2）周圍土體受土方開挖的影響，主要是應(yīng)力場改變后穩(wěn)定性的變化；（3）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式多樣，包括擋土墻、支撐立柱及內(nèi)支撐等，不同支護(hù)形式的受力與變形計算；（4）基坑穩(wěn)定性計算是設(shè)計的重點對象，內(nèi)容包括坑底管涌、整體穩(wěn)定及坑底抗隆起等。2.2.2深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析計算支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性時，應(yīng)首先明確其受力及工程地質(zhì)環(huán)境，初步確定支護(hù)結(jié)構(gòu)在土層中的嵌固深度。土體為各向同性的均質(zhì)體；②滑動面通過支護(hù)結(jié)構(gòu)底部，且形狀為圓弧狀；③劃分的各土條間相互作用力大不和位置為己知值；④將土體失穩(wěn)簡化為平面問題；⑤滑動土體為剛體，不考慮其自身變形。（2）抗管涌穩(wěn)定性分析管涌產(chǎn)生的原因是由于土中水的滲透作用，當(dāng)基坑面以下土層比較疏散，孔隙比較大時，在向上的滲透水壓力作用下，當(dāng)動水壓力大于土層極限平衡的抵抗力時，砂石顆粒會隨水流涌出，這種結(jié)構(gòu)性的掏空作用會越來越明顯并最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力急劇降低而引起基坑面整體失穩(wěn)。第三章基坑支護(hù)方案設(shè)計3.1基坑概況擬建項目位于廣州市南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)省道111下橫瀝大橋收費站西北側(cè)，南臨珠江入?？?，地貌屬珠江三角洲沖積平原。場地現(xiàn)狀為農(nóng)田及香蕉種植地，地勢開闊平坦，場地地形起伏不大，鉆孔地面高程4.03~7.99m，最大高差3.96m。擬建項目主要包括高層住宅樓、幼兒園及小學(xué)，其中高層建筑為26棟26層住宅樓，建筑面積約為27萬平方米，樓高H=79.8m，擬采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式，基坑設(shè)1~2層地下室，地下室主要使用功能為地下車庫與設(shè)備用房。地下室的邊線周長約1593m，基坑底標(biāo)高為-4.10~1.70m，基坑頂標(biāo)高為5.30m，基坑開挖深度約3.60~9.40m?；颖泵鏋橐呀ê玫淖≌瑯?，基坑西側(cè)目前分布有低層的民房，基坑北側(cè)局部地下室邊線外約6.2m存在一條埋深約1.0m的電纜管線，基坑外約0.63~12.00m為小區(qū)道路，基坑邊線外約10.5~40.3m為18層高樁基礎(chǔ)塔樓；基坑?xùn)|側(cè)地下室邊線距離用地邊線約64.9~84.3m，邊線外約10.2m為工業(yè)路，基坑邊線外約4.8m存在多種管線；基坑南側(cè)地下室邊線距離用地邊線約7.9m，基坑邊線外約48.4m為工業(yè)路；基坑西南角地下室邊線距離用地邊線約5.50~6.80m，邊線外約12~30m為4~5層供電所及派出所，經(jīng)了解該建筑物為樁基礎(chǔ)；基坑西側(cè)地下室邊線距離用地邊線約5.5m，邊線外約10.3~28.0m為2~4層民房，邊線外約64.5m為大元涌?；又苓吂芫€主要集中于東側(cè)工業(yè)路旁綠化帶區(qū)域，管線類型主要為電力電纜、通信電纜、給水管及雨污水管。3.2工程地質(zhì)條件根據(jù)鉆孔揭露所取得的地質(zhì)資料，經(jīng)綜合整理，可將場地內(nèi)巖土層自上而下劃分為雜填土層（Qml）、耕土層（Qpd）、第四系海陸交互沉積層（Qmc）、第四系殘積層（Qel）、震旦系花崗混合巖（Z）?，F(xiàn)分述如下：(1)、人工填土填土（Qml，層號①1）：主要為素填土及雜填土。素填土主要分布在場地南面，淺灰色~黃褐色，松散狀為主，主要由粉細(xì)砂堆填，部分地段為粉質(zhì)粘土堆填，未完成自重固結(jié)。雜填土主要分布在場地北面，淺灰色~黃褐色，松散狀為主，主要由粉質(zhì)粘土、不等粒砂、砼塊、磚塊等建筑垃圾堆填，未完成自重固結(jié)。據(jù)現(xiàn)場訪問調(diào)查，填土堆填時間約5年左右。層厚為0.50~4.80m，平均1.65m。耕土（Qpd，層號①2）：淺灰色~黃褐色，松散狀，主要物質(zhì)成分為中細(xì)砂，含植物根須，未完成自重固結(jié)。場地分布較廣泛，頂面高程3.26~7.89m，頂面埋深0.00~2.20m，層厚為0.40~1.50m，平均0.84m。（2）、第四系海陸交互沉積層（Qmc，層號②）：普遍分布，按其土性、狀態(tài)及密實度可劃分為5個亞層。淤泥（層號②1）：呈深灰色，飽和，流塑狀，為高壓縮性軟土，局部夾薄層粉細(xì)砂、小貝殼、腐木等。頂面高程0.60~7.19m，頂面埋深0.40~4.10m，層厚0.60~31.20m，平均12.78m。（3）、第四系殘積層（Qel，層號③）：淺灰色、黃褐色，濕，硬塑狀，原巖結(jié)構(gòu)可辨，遇水易軟化、崩解。頂面高程-44.44~-18.84m，頂面埋深24.10~50.00m，層厚0.70~14.60m，平均2.89m。取原狀土樣12件，實驗室定出其中9件為粘性土、3件砂質(zhì)粘性土。（4）、震旦系花崗混合巖（Z，層號④）：場地基底巖石為震旦系花崗混合巖，呈中-細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。按照風(fēng)化程度情況將揭露深度范圍的花崗混合巖劃分為4個巖帶，分別為全風(fēng)化花崗混合巖帶、強(qiáng)風(fēng)化花崗混合巖帶、中風(fēng)化花崗混合巖帶、微風(fēng)化花崗混合巖帶。全風(fēng)化巖帶（層號④1）：呈淺黃色、淺灰色、黃褐色為主，巖芯呈堅硬土狀，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，遇水易軟化崩解。頂面高程-51.44~-19.16m，頂面埋深24.00~57.00m，層厚0.80~19.80m，平均4.06m。場區(qū)鉆孔深度范圍見到的主要為第四系孔隙水及基巖裂隙水。場地淤泥層、粉質(zhì)粘土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層透水性差，屬不透水~微透水層，孔隙水主要賦存于細(xì)砂、中粗砂層中，砂層透水性強(qiáng)、孔隙水豐富；裂隙發(fā)育中風(fēng)化巖或稍發(fā)育的微風(fēng)化巖賦存裂隙水，中、微風(fēng)化巖透水性差，其透水性跟裂隙發(fā)育程度關(guān)系密切，且在對基巖的鉆探時沒有漏水現(xiàn)象出現(xiàn)，顯示基巖內(nèi)部裂隙的連通性比較差，裂隙多呈閉合狀態(tài)，裂隙水貧乏~中等?？偟膩碚f場區(qū)屬地下水量豐富區(qū)域。3.3支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1參數(shù)選取本文進(jìn)行研究的對象為該基坑工程南區(qū)西側(cè)臨近民房的10b-10b′剖面，對該剖面做支護(hù)方案的設(shè)計與計算。擬建場地現(xiàn)狀是空地，基坑的開挖深度7.5m，開挖范圍內(nèi)主要為雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、砂質(zhì)粘性土、風(fēng)化巖，地面超載按條形荷載40.0kPa，作用寬度10m，距坑底2.00m。通過對本工程基坑基本情況的分析及查閱《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012），根據(jù)相關(guān)規(guī)定，本剖面支護(hù)設(shè)計側(cè)壁安全等級為一級，重要性系數(shù)為1.1。據(jù)現(xiàn)場的勘察報告、查閱資料及南沙區(qū)相關(guān)的地區(qū)經(jīng)驗來確定10b-10b′剖面的土層物理力學(xué)參數(shù)，具體取值見表3-1：表3-1基坑土層主要力學(xué)參數(shù)取值表3.3.2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計本剖面附近臨近大量民房，開挖范圍內(nèi)主要為雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、砂質(zhì)粘性土、風(fēng)化巖。綜合考慮地質(zhì)資料、開挖深度、周邊環(huán)境、經(jīng)濟(jì)合理等因素，此剖面擬采用“雙排樁”的支護(hù)方案，基坑止水方案采用攪拌樁止水。由于本基坑坑底主要為淤泥類土及局部少量砂層，應(yīng)對其進(jìn)行加固或硬化等處理，故對坑底被動區(qū)土體采用水泥土攪拌樁加固，進(jìn)行淤泥土的固化，改善土質(zhì)性質(zhì)，以方便后期坑內(nèi)土方開挖、磚胎膜等施工。此剖面開挖深度為7.5m，前、后排支護(hù)樁均采用鉆孔灌注樁，支護(hù)樁嵌固深度為24.5mm，樁徑選取1.20m，樁間距取1.30m，排距取3.60m，前后兩排樁用后厚度為0.80m的通板連接，混凝土強(qiáng)度等級均為C30。因基坑開挖過程中會受到地下水的影響，所以每兩根鉆孔灌注樁之間設(shè)置直徑800mm、間距0.60m的格柵式攪拌樁，樁長為28.0m，其與支護(hù)樁相互咬合形成止水帷幕擋水結(jié)構(gòu)，計算中不考慮其參與受力。圖3-2為基坑支護(hù)設(shè)計剖面圖。圖3-1剖面圖3.4基坑監(jiān)測方案本工程場地周邊臨近大量低矮建筑和主要交通道路，開挖過程中一旦出現(xiàn)異常，其影響重大，因此要采取基坑監(jiān)測措施，以便及時掌握基坑開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形和周邊建筑物、道路、管線等的變形情況。通過對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析，進(jìn)而對基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律及趨勢進(jìn)行預(yù)測，從而優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計，指導(dǎo)現(xiàn)場的施工，確保工程的安全穩(wěn)定，同時也能節(jié)約工程造價。主要監(jiān)測內(nèi)容及布置如表3-2所示，在土方開挖過程中，監(jiān)測與開挖要同時進(jìn)行,基坑位移觀測應(yīng)同時進(jìn)行水平和垂直兩個方向的觀測。表3-2基坑監(jiān)測主要內(nèi)容表3-3基坑監(jiān)測控制值及報警值基坑開挖期間的監(jiān)測頻率為1次/1天；當(dāng)?shù)装鍧仓r間≤7天，監(jiān)測頻率為1次/1天；當(dāng)7天<底板澆筑時間≤14天時,監(jiān)測頻率為1次/2天；當(dāng)14天<底板澆筑時間≤28天時，監(jiān)測頻率為1次/3天；當(dāng)?shù)装鍧仓r間>28天時，監(jiān)測頻率為1次/5天。當(dāng)基坑監(jiān)測指標(biāo)達(dá)到報警值時，及時通知各方人員，討論處理方案，并加密對基坑的觀、監(jiān)測頻率。3.5基坑降水方案根據(jù)施工規(guī)范要求，本工程地下室施工時需進(jìn)行排水降水。由于本地區(qū)地下水極其豐富，且場地周圍臨近大量低矮建筑物和主要道路，坑外降水恐會造成地基沉降、水土流失，對周圍環(huán)境會產(chǎn)生較大的影響，故本項目禁止坑外降水。擬采用深層止水?dāng)嚢铇蹲鳛橹顾∧贿M(jìn)行止水，降水方式采用集水明排，基坑頂、底四周設(shè)置排水溝（300×300mm），坡度1%；坑底集水井離支護(hù)樁邊的距離應(yīng)大于0.5m，沿排水溝每50m左右應(yīng)設(shè)一個集水井（1000×1000mm），井深0.5m，基坑底面不得有其它凹坑。第四章基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法4.1等值梁法4.1.1等值梁法的原理支護(hù)樁打入基坑底部的方式有絞結(jié)和固定兩種形式。多支點樁錨支護(hù)體系一般樁入土較深，固將其視為固定端約束。多支點圍護(hù)樁支護(hù)體系是一個多次的超靜定問題，在應(yīng)用其進(jìn)行支護(hù)計算時，必須首先知道正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點即彎矩零點的位置。等值梁法計算簡圖下圖4-1所示。圖2等值梁法原理示意圖圖4-1等值梁法計算簡圖4.1.2等值梁法的計算步驟等值梁法的計算步驟一般有以下幾步：（1）將基坑計算深度范圍內(nèi)的土層物理力學(xué)參數(shù)加權(quán)平均計算，求得土的土動和被動土壓力系數(shù)；（2）計算坑底到土壓力零點的距離，將此處視為彎矩零點值處；（3）將地面至樁底的受力視為相應(yīng)連續(xù)梁的受力，分段計算梁的彎矩；（4）分段進(jìn)行各支點反力計算；（5）計算樁入土深度（嵌固深度）；（6）根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行樁及錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計。4.2彈性地基梁法4.2.1彈性地基梁法的原理彈性地基梁計算模型見圖4-2。圖4-2彈性地基梁法計算模型根據(jù)Winkle模型，在基坑支護(hù)中土產(chǎn)生的橫向抵抗力P與支護(hù)樁橫向位移成正比例：其中：p為土的橫向抵抗力；kx為地基土的水平抗力系數(shù)；Y為樁的橫向位移；l為樁的計算寬度。根據(jù)地基水平載荷試驗來確定地基土的水平抗力系數(shù)，一般常用的有三種方法：K法、c法和m法。m法是其中最常用的計算方法。本文m的取值依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，結(jié)合經(jīng)驗得出。公式如下：式中：mi第2層土的水平抗力系數(shù)；d：基坑底面處位移量（mm），按地區(qū)經(jīng)驗值取，無經(jīng)驗時可取10；φk：第i層土的快剪內(nèi)摩擦角值（0）；Cik：第i層土的快剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值（KPa）。4.2.2彈性地基梁法的求解方法（1）解析法根據(jù)m法計算原理，支護(hù)樁樁身承受水平荷載作用時（3.13）上式中：k為支護(hù)樁的變形系數(shù)，k=5mlEI，EI為樁身抗彎剛度。采用解析法求解公式3.13橫向變形：樁身側(cè)應(yīng)力：樁身的彎矩：式中：Ho，M0分別為作用在基坑底部樁的水平抗力和彎矩值；Yo，Φ0殘為基坑底部樁的水平位移量和轉(zhuǎn)角值；A1，B1，C1等為無量綱的常數(shù)，可以查表求得。（2）桿系有限單元法計算時，各個單元的剛度矩陣經(jīng)過若干變換得到總的剛度矩陣。根據(jù)支護(hù)系統(tǒng)靜力平衡條件，作用于結(jié)構(gòu)節(jié)點上的外荷載與單元內(nèi)荷載處于平衡狀態(tài)，外荷載主要為土壓力和水壓力。由此，可以求得結(jié)構(gòu)節(jié)點的位移，進(jìn)而求得各單元的內(nèi)力。4.3基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算由于基坑平面面積較大，在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計時采取分段設(shè)計計算，基坑支護(hù)分段設(shè)計示意圖如下圖4-3所示：圖4-3基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分段設(shè)計示意圖本文選擇具有典型意義和代表性的Ⅴ段進(jìn)行計算，其余各段的設(shè)計計算類同，不再一一贅述。剖面1—1位于支護(hù)分段Ⅴ區(qū)：該區(qū)場地開闊，土質(zhì)條件較好，上部人工填土較薄，主體采用鉆孔灌注樁加兩道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)；上部距基坑邊線2m垂直開挖。該區(qū)設(shè)有塔吊施工，支護(hù)設(shè)計計算時應(yīng)考慮地面荷載的作用，計算時簡化為20kpa的均布荷載作用，保證基坑安全。基坑場地計算深度范圍內(nèi)土體物理力學(xué)指標(biāo)取自《長春市巖土工程勘察報告》，具體參數(shù)如下表4-1所示：表4-1土層物理力學(xué)指標(biāo)層號1234567土類名稱雜填土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘粉質(zhì)粘粘土粘土粘土層厚（m）202.502.902.802.902.407.20天然重度（KN/m3）20.1019.2018.9019.3019.8019.7019.90浮重度（KN/m3）————————9.809.709.90粘聚力（KPa）5.0027.9023.0028.4038.6032.8042.30內(nèi)摩擦角（°）15.0017.2016.9017.3018.1017.8018.30壓縮模量（MPa）3.004.504.194.8910.756.5214.12承載力（KPa）——190160210270245290該工程實際施工分6個工況，從地表至－2.0m打樁為工況1，從－2.0m開挖至－5.5m為工況2，－5.0m設(shè)第一道錨桿支撐為工況3，從－5.5m開挖至－7.7m為工況4，－7.2m加第一道錨桿支撐為工況5，－7.7m開挖至基坑底部－9.5m為工況6。有限元計算結(jié)果如下表4-2所示：表4-2有限元計算結(jié)果施工步驟位移（mm）最大彎矩（KN·m）支反力（KN）一2.4————二8.54555三9.28295四9.395107五11.4123118六14.8140130將等值梁法計算結(jié)果與有限單元法求解的彈性法結(jié)果比較，得下表4-3：表4-3計算結(jié)果對比表計算方法樁入土深度/m最大彎矩KN.m第一排錨索軸力/KN第二排錨索軸力/KN位移mm等值梁法4.5181.56105.2520.72——彈性法——140.00154.4450.2521由表的結(jié)果對比，可以看出等值梁法計算的樁身最大彎矩較大，彈性法計算結(jié)果較小。彎矩值是設(shè)計樁長等指標(biāo)的重要參數(shù)。若采用彈性法計算結(jié)果設(shè)計樁長及嵌固深度，結(jié)果較小，樁作用被最大化，但具有一定的風(fēng)險。而等值梁法計算的結(jié)果雖然較大，偏于保守，但比較安全?？紤]到工程實際情況，為保證工程安全，并借鑒該地區(qū)相似工程經(jīng)驗，決定采用等值梁法計算結(jié)果作為基坑支護(hù)設(shè)計依據(jù)。因此，基坑Ⅴ區(qū)支護(hù)樁入土深度取4.5m，樁總長12m，最大彎矩181.56mKN?。同理可對基坑其它各區(qū)段的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算與優(yōu)化，方法同Ⅴ區(qū)。

第五章支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計計算5.1ABEFGHA段混凝土圈梁QL計算1.最大內(nèi)力設(shè)計值選用截面800×1100，砼C30，鋼筋HRB4002.主筋選用鋼筋9Φ25（As=4417.9）3.箍筋，滿足要求實際配置箍筋4肢箍8Ф2005.2BC、DE段混凝土圈梁QL1計算1.最大內(nèi)力設(shè)計值選用截面800×900，砼C30，鋼筋HRB4002.主筋選用鋼筋6Φ25（As=）3.箍筋，滿足要求實際配置箍筋4肢箍φ8@2005.3混凝土主支撐ZC計算選用截面650×750，砼C30，鋼筋HRB400。立柱間距取11.2m。5.3.1最大內(nèi)力設(shè)計值1.考慮溫度變化取2.自重產(chǎn)生的彎矩3.施工荷載產(chǎn)生的彎矩4.施工安裝偏心產(chǎn)生的彎矩5.總的支撐彎矩5.3.2配筋計算1初始偏心距2.偏心距增大系數(shù)3.軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力點的距離4.大小偏心判別<,大偏心計算選用鋼筋6Φ25（As=2945.2）5.4混凝土支撐ZC1計算選用截面550×650，砼C30，鋼筋HRB400。立柱間距取7.9m。5.4.1最大內(nèi)力設(shè)計值1.考慮溫度變化取1)自重產(chǎn)生的彎矩2.施工荷載產(chǎn)生的彎矩3.施工安裝偏心產(chǎn)生的彎矩總的支撐彎矩5.4.2配筋計算1.初始偏心距2.偏心距增大系數(shù)3.軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力點的距離4.大小偏心判別<,大偏心計算選用鋼筋4Φ25（As=1963.5）基坑的開挖深度越大，則基坑的變形越大，基坑開挖完畢時，模擬的水平位移最大值為9.78mm，最大沉降13.20mm，對比計算與實測結(jié)果，模擬比較接近實測，說明模型選擇比較正確。雙排樁支護(hù)結(jié)果的排距對其穩(wěn)定性影響很大，排距設(shè)置太小就相當(dāng)于單排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)；如果排距設(shè)置過大，后排樁就只對前排樁起拉錨的作用，排距的合理排距范圍約為3~5d（d為樁徑）；改變樁距會對樁身位移產(chǎn)生影響，對前后排樁的土壓力分配幾乎不產(chǎn)生影響；改變前排樁樁長比改變后排樁樁長對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定影響大，在其它條件滿足支護(hù)要求前提下，可以減少后排樁樁長節(jié)約造價。通過將計算結(jié)果、模擬結(jié)果與實測結(jié)果對比，雖然三者的結(jié)果有些許差距，但是變化趨勢一致，只是數(shù)值模擬值比理正設(shè)計軟件計算更接近實際，說明設(shè)計方案可行，所建數(shù)值模型合理，可以利用模型來預(yù)測基坑變形。第六章深基坑支護(hù)設(shè)計的優(yōu)化思考與建議6.1控制深基坑支護(hù)抗拔力當(dāng)前土建基礎(chǔ)施工中，深基坑支護(hù)抗拔力容易出現(xiàn)問題，各項工作的開展均受抗拔力影響。深基坑抗拔力，需要做好以下幾個方面工作：第一，將抗拔力控制在某一標(biāo)準(zhǔn)范圍，重視周邊環(huán)境保護(hù)，最大限度降低在土建基礎(chǔ)施工方面影響。土建基礎(chǔ)施工在城市建設(shè)中有廣泛應(yīng)用，必須要在施工中做好安全管理，最大限度降低對土建基礎(chǔ)施工影響；第二，施工中需要注意施工質(zhì)量的提升，深基坑施工質(zhì)量和施工效率以及成本等出現(xiàn)沖突，必須要以施工質(zhì)量控制為主，落實質(zhì)量控制。比如在錨桿選擇方面，必須要注意其質(zhì)量合格，將深基坑支護(hù)抗拔力控制在需求范圍；第三，做好環(huán)境保護(hù)，針對噪音和化學(xué)污染等給予有效處理，在施工現(xiàn)場設(shè)立相應(yīng)屏障，將污染控制在一定范圍。6.2重視施工設(shè)計深基坑支護(hù)施工中問題的出現(xiàn)很多都是由于施工設(shè)計與實際存在差異。為了避免有這方面問題出現(xiàn)，必須足夠重視施工設(shè)計。在具體工作中，首先要科學(xué)制定施工流程，深基坑支護(hù)施工技術(shù)服務(wù)范圍固定，如果超過范圍，必須要輔助其他技術(shù)施工。在施工流程制定方面，需要結(jié)合不同階段合理選擇相對應(yīng)的設(shè)備和方法，最大限度降低對施工的影響。在施工設(shè)計方面，一方面要嚴(yán)格按照施工設(shè)計施工，另外還需要做好施工備案。在備案內(nèi)容方面，需要涉及地質(zhì)災(zāi)害處理以及突發(fā)事故應(yīng)對等，充分發(fā)揮備案作用，最大限度降低自身損失。施工人員需要對自身的職責(zé)負(fù)責(zé)激素人員重視在深基坑支護(hù)技術(shù)方面研究，利用簡單有效的方法，解決各個環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)的問題，更好地滿足土建施工需要。6.3做好深基坑支護(hù)和施工技術(shù)的合理使用當(dāng)前土建基礎(chǔ)施工存在有明顯的復(fù)雜性特點，在指標(biāo)方面要求更為嚴(yán)格，必須要對各項技術(shù)的合理使用有足夠重視。深基坑支護(hù)施工技術(shù)屬于一項關(guān)鍵性施工技術(shù)，要注意對各項內(nèi)容的優(yōu)化，促進(jìn)施工水平的提升，從主觀角度出發(fā)滿足客戶實際需要，在控制安全隱患的基礎(chǔ)上提高使用年限，創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益。深基坑支護(hù)施工技術(shù)的合理使用需要做好以下兩個方面工作：第一，土建基礎(chǔ)施工時深基坑支護(hù)施工在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)建設(shè)方面有嚴(yán)格要求，屬于土建基礎(chǔ)施工的一種臨時性支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠使基坑開挖快速有效開展得到保證，結(jié)合自身在功能方面差異，深基坑支護(hù)施工中包含有支撐系統(tǒng)以及擋土系統(tǒng)等，需要注意對做好深基坑開挖深度的控制，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定完成施工。與土建基礎(chǔ)工程施工特點相互結(jié)合，合理選擇深基坑支護(hù)方式。不同深基坑支護(hù)形式在功能方面存在有明顯差異，土建基礎(chǔ)施工時必須要結(jié)合實際情況合理選擇支護(hù)形式。在土建基礎(chǔ)施工中，深基坑支護(hù)施工屬于一項重要環(huán)節(jié)，其施工成本低廉，可以取得非常好支護(hù)效果，適用范圍廣，不會占用過多的土地資源等。做好深基坑支護(hù)技術(shù)的科學(xué)合理使用，對施工設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和完善，施工人員嚴(yán)格按照施工流程展開施工作業(yè)操作，能夠在提升土建基礎(chǔ)工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上確保施工安全穩(wěn)定，為整個建筑工程項目的順利有效開展打下良好基礎(chǔ)。第七章結(jié)語在進(jìn)行建筑工程的施工中，不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)就會采用不同的支護(hù)技術(shù)，每種支護(hù)技術(shù)都有著屬于自己的特點。因此，在進(jìn)行施工時，無論是采用哪一種深基坑支護(hù)技術(shù)，在進(jìn)行實際操作的情況下都會有一些差異存在。簡單的舉個例子來說，在進(jìn)行選取土釘支護(hù)施工技術(shù)的時候，那就需要相關(guān)的施工人員提前對施工場地進(jìn)行考察，保證其施工場地的長度可以滿足建筑工程施工中支護(hù)技術(shù)的要求以及施工標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，在建筑工程的實際過程中，要提前制定好施工方案，讓相關(guān)的施工人員可以按照要求來進(jìn)行，同時，工程的負(fù)責(zé)人要做好監(jiān)督，確保每一道工序不會出現(xiàn)任何的質(zhì)量問題。除了這些之外，在進(jìn)行建筑工程的施工中，其它地深基坑支護(hù)技術(shù)也需要嚴(yán)格地按照施工標(biāo)準(zhǔn)去執(zhí)行，施工的管理者以及相關(guān)的技術(shù)人員需要積極地進(jìn)行實地的考察，與現(xiàn)場實際情況相結(jié)合采用適合的