深基坑支护结构设计与监测研究?
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发布时间：2023-04-28 10:13
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时间：2023-10-27 17:39
随着科学技术的飞快发展，国民经济不断上升，国家土地资源日渐紧缺。许多高层建筑在设计深基坑时，由于其所处环境比较复杂，多建于密集的建筑群中，基坑四周含有其他复杂结构，如建筑物、道路的地下管线等。在这样复杂的建筑环境下，为更好的便于土方挖掘，且不破坏周围环境，安全合理的设计深基坑支护结构，以及结合实际情况科学合理设计基坑施工成为当下深基坑施工的重要内容。
1工程简要概述
本项目地处某市中心地段，四周环境较为复杂，建筑结构为140m×87m的长方形，占地面积达10894m2，新建面积为51525m2，地上联体高楼建筑面积共有33837m2，高约为4~16层，地下建筑面积为17688m2，共3层。基坑结构深为14.45m，周长为355m，占地面积是5990m2，部分电梯井深度可达16.9m。基坑四周地形复杂，其中南侧距地下室外墙边线为1.74m，含有各类市政管线，如通讯、燃气、监控、污水等管线；东侧距用地红线为1.8m，地处代征城市绿化带范围，含有各类道路市政管线，道路属于城市交通主干道，交通频繁，保护级别非常高；西侧是一幢6~7层砖混、377mm沉管灌注桩为桩基础的内部办公室和一幢7层砖混的住宅楼；东北侧是一幢24层大厦，地下1层是钻孔灌注桩基础；西北侧是一幢4~6层砖混、钻孔灌注桩基础的建筑楼，最近基坑约13m。
2项目施工环境
2.1工程地质概况
本工程主要依据地质土层沉积时间、环境、岩性和物理性质，以及实际勘测情况等，可将地基土层总分为7个层次，每个层次又有其亚层结构。其中本基坑涉及的土层主要包括杂黏土层、填土层、粉质黏土和粘质粉土层、淤泥质和粉质黏土层、淤泥质粉质黏土层、粉砂层等，而基坑底部处于淤泥质粉质黏土层。
2.2水文环境
本工程地下水以孔隙潜水为主，水位很低，测得稳定地下水位约为0.60~1.90m。地下水位变化受大气降水影响，平均年变化幅度控制在1.00~1.50m。由于粘质粉土层的渗水系数很高，为方便挖坑，可在坑内加入适量水。
3深基坑支护结构设计
3.1工程特点和设计原则
3.1.1本项目施工特点1）基坑地基土主要由填土、淤泥质土、粘质粉土、黏土等构成，填土成分非常复杂，粘质粉土的渗透性强、压缩性低、强度高，淤泥质黏土强度低、压缩性强，厚度大，严重影响基坑结构稳定性，故施工过程中要严格控制基坑变形，防止渗水，避免不良因素影响支护施工[1]。2）本工程一共3层，基坑深度达15m，部分电梯井深度更高，属于深基坑，开挖过程影响较大，故在支护过程中要严格注意整体的平衡性，避免开挖时对周围造成影响。3）基坑距道路和用地红线很近，四周环境中含有大量市政管线，且局部位置有浅基础居民楼，故要严格控制基坑变形。4）本工程重要性系数是1.1，为一级基坑工程项目。3.1.2基坑支护设计原则1）确保基坑施工时支护结构和土体的稳定性。2）保障施工环境的安全可靠性。3）经济合理性，施工便捷性，减少工期。
3.2支护方案设计
结合本项目基坑开挖深度、施工环境，最佳的基坑支护结构选用“二墙合一”结构，即地下连续墙兼做地下室外墙。经多方考虑，最终选定支护结构为800mm厚地下连续墙，竖向布设3道钢筋混凝土内支撑结构，选择混凝土内支撑的原因是混凝土支撑可依照基坑结构灵活布设，刚度较大。地下连续墙选用十字钢板进行墙体连接，和主体结构通过底板边梁、楼层梁柱、楼板、混凝土内墙等部件进行连接，借助接驳器将基础底板和楼层梁体有效连接，施工便捷，质量有保障，且防水性很高，可有效确保地下连续墙和主体的完整性。为保障地下室美观整洁、干燥，可在地下连续墙内部一定距离处设置内衬墙，该空间可用作排水和集水的处理。地下连续墙底部需埋入穿透性弱、性质好的淤泥质黏土层。为有效降低地下连体墙沉降对周围预埋件的影响，施工过程中可埋设注浆管于地连墙钢筋笼内部，当地下连体墙施工完毕后，可开始地下连体墙底部的高压注浆[2]，进而减少地下连体墙底部的沉渣，并提升墙底土体的承载能力，增大墙底端上方位置的侧摩阻力，降低地连墙施工沉降，提升整体结构的稳定性和承载力。选择地下连续墙基坑支护的特点有以下几个方面。1）该施工工艺成熟，实用性很高，施工周期短，防水挡土性较高，且刚度大，稳定可靠性极强。2）临时支撑结构灵活性较大，可充分优化支护结构的稳定性，降低结构的变形，可有效降低地连墙钢筋使用量，开挖施工便捷，基坑暴露周期短。3）可有效利用空间。4）施工工艺较成熟。
3.3其他
3.3.1施工监测由于基坑施工周围环境复杂，开挖过程中要严格安排专业人员实时监测基坑和周围环境。主要监测建筑物和道路的稳定性，地下管道线路的完整性等，方便施工人员可及时了解施工环境情况，便于及时调整施工方案。3.3.2开挖土方施工因本工程基坑开挖深度很大，且施工场地受限，基坑开挖难度很大，故基坑出土率严重影响到施工进度。3.3.3本工程需结合几点1）第一道支护结构用以作为施工栈桥。2）基坑内部土方开挖需分层、分块进行，立柱四周土方需对称开挖，有效避免基坑内部土体滑落，避免两侧高度不一引起立柱移位，进而影响支护结构的稳定性，杜绝施工中机械碰撞立柱结构[3]。3）基础施工、支护施工以及基坑开挖施工需同步紧密衔接进行，尽可能降低基坑外露时间。
4支护结构详细参数
4.1参数
本项目以FRWS深基坑支护结构设计软件对支护结构的参数进行分析，地面载荷控制为20kPa，基坑开挖深度控制在12m基坑深度范围内，结合地质报告选取最佳土层土工计算参数，借助朗肯土压力理论开展土体的压力计算，结合土体成层性合算水土。
4.2支护结构部分参数计算
经反复核验，基坑抗倾覆稳定性、整体稳定性、土体抗隆起的安全系数分别为1.31＜1.2、1.38＜1.35、1.92＜1.8，均符合设计规范，详见图1所示。
5基坑施工安全保障措施
5.1降水措施
地下连续墙能够将基坑外部水流有效阻隔，结合基坑地质情况及规模，为方便土方开挖，可在基坑内部设立自流深井疏干。基坑外侧周围设置排水沟可有效降低地面水流入基坑的机率，使得地面水流入排水沟，进而进入最近的下水道[4]，详见图2所示。
5.2加固基坑
由于基坑底端埋设于淤泥质粉质黏土层里，为降低开挖基坑时基底受到过分扰动，对基坑周围环境造成影响，需对基坑开展地基加固施工，加固材料为三轴搅拌桩，详见图3所示。
6基坑支护施工监测
为确保基坑支护施工的有效进行，减少基坑施工对周围环境的破坏，需全程监测施工过程，达到动态信息化施工。本工程施工过程监测主要包括：桩顶水平、垂直位移、围护桩体深层位移、维护体系裂缝、领近建（构）物水平及垂直位移、基坑外地表裂缝等，详见表1所示。
综上所述，本工程基坑施工完成后取得了良好的施工效果。通过对基坑支护结构的设计和监测，可以有效控制整个施工质量。地下连续墙支护结构大大提升了基坑结构的可靠性和稳定性，且各项参数指标均符合设计规范，为类似工程提供了重要的借鉴和参考。
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随着科学技术的飞快发展，国民经济不断上升，国家土地资源日渐紧缺。许多高层建筑在设计深基坑时，由于其所处环境比较复杂，多建于密集的建筑群中，基坑四周含有其他复杂结构，如建筑物、道路的地下管线等。在这样复杂的建筑环境下，为更好的便于土方挖掘，且不破坏周围环境，安全合理的设计深基坑支护结构，以及结合实际情况科学合理设计基坑施工成为当下深基坑施工的重要内容。
1工程简要概述
本项目地处某市中心地段，四周环境较为复杂，建筑结构为140m×87m的长方形，占地面积达10894m2，新建面积为51525m2，地上联体高楼建筑面积共有33837m2，高约为4~16层，地下建筑面积为17688m2，共3层。基坑结构深为14.45m，周长为355m，占地面积是5990m2，部分电梯井深度可达16.9m。基坑四周地形复杂，其中南侧距地下室外墙边线为1.74m，含有各类市政管线，如通讯、燃气、监控、污水等管线；东侧距用地红线为1.8m，地处代征城市绿化带范围，含有各类道路市政管线，道路属于城市交通主干道，交通频繁，保护级别非常高；西侧是一幢6~7层砖混、377mm沉管灌注桩为桩基础的内部办公室和一幢7层砖混的住宅楼；东北侧是一幢24层大厦，地下1层是钻孔灌注桩基础；西北侧是一幢4~6层砖混、钻孔灌注桩基础的建筑楼，最近基坑约13m。
2项目施工环境
2.1工程地质概况
本工程主要依据地质土层沉积时间、环境、岩性和物理性质，以及实际勘测情况等，可将地基土层总分为7个层次，每个层次又有其亚层结构。其中本基坑涉及的土层主要包括杂黏土层、填土层、粉质黏土和粘质粉土层、淤泥质和粉质黏土层、淤泥质粉质黏土层、粉砂层等，而基坑底部处于淤泥质粉质黏土层。
2.2水文环境
本工程地下水以孔隙潜水为主，水位很低，测得稳定地下水位约为0.60~1.90m。地下水位变化受大气降水影响，平均年变化幅度控制在1.00~1.50m。由于粘质粉土层的渗水系数很高，为方便挖坑，可在坑内加入适量水。
3深基坑支护结构设计
3.1工程特点和设计原则
3.1.1本项目施工特点1）基坑地基土主要由填土、淤泥质土、粘质粉土、黏土等构成，填土成分非常复杂，粘质粉土的渗透性强、压缩性低、强度高，淤泥质黏土强度低、压缩性强，厚度大，严重影响基坑结构稳定性，故施工过程中要严格控制基坑变形，防止渗水，避免不良因素影响支护施工[1]。2）本工程一共3层，基坑深度达15m，部分电梯井深度更高，属于深基坑，开挖过程影响较大，故在支护过程中要严格注意整体的平衡性，避免开挖时对周围造成影响。3）基坑距道路和用地红线很近，四周环境中含有大量市政管线，且局部位置有浅基础居民楼，故要严格控制基坑变形。4）本工程重要性系数是1.1，为一级基坑工程项目。3.1.2基坑支护设计原则1）确保基坑施工时支护结构和土体的稳定性。2）保障施工环境的安全可靠性。3）经济合理性，施工便捷性，减少工期。
3.2支护方案设计
结合本项目基坑开挖深度、施工环境，最佳的基坑支护结构选用“二墙合一”结构，即地下连续墙兼做地下室外墙。经多方考虑，最终选定支护结构为800mm厚地下连续墙，竖向布设3道钢筋混凝土内支撑结构，选择混凝土内支撑的原因是混凝土支撑可依照基坑结构灵活布设，刚度较大。地下连续墙选用十字钢板进行墙体连接，和主体结构通过底板边梁、楼层梁柱、楼板、混凝土内墙等部件进行连接，借助接驳器将基础底板和楼层梁体有效连接，施工便捷，质量有保障，且防水性很高，可有效确保地下连续墙和主体的完整性。为保障地下室美观整洁、干燥，可在地下连续墙内部一定距离处设置内衬墙，该空间可用作排水和集水的处理。地下连续墙底部需埋入穿透性弱、性质好的淤泥质黏土层。为有效降低地下连体墙沉降对周围预埋件的影响，施工过程中可埋设注浆管于地连墙钢筋笼内部，当地下连体墙施工完毕后，可开始地下连体墙底部的高压注浆[2]，进而减少地下连体墙底部的沉渣，并提升墙底土体的承载能力，增大墙底端上方位置的侧摩阻力，降低地连墙施工沉降，提升整体结构的稳定性和承载力。选择地下连续墙基坑支护的特点有以下几个方面。1）该施工工艺成熟，实用性很高，施工周期短，防水挡土性较高，且刚度大，稳定可靠性极强。2）临时支撑结构灵活性较大，可充分优化支护结构的稳定性，降低结构的变形，可有效降低地连墙钢筋使用量，开挖施工便捷，基坑暴露周期短。3）可有效利用空间。4）施工工艺较成熟。
3.3其他
3.3.1施工监测由于基坑施工周围环境复杂，开挖过程中要严格安排专业人员实时监测基坑和周围环境。主要监测建筑物和道路的稳定性，地下管道线路的完整性等，方便施工人员可及时了解施工环境情况，便于及时调整施工方案。3.3.2开挖土方施工因本工程基坑开挖深度很大，且施工场地受限，基坑开挖难度很大，故基坑出土率严重影响到施工进度。3.3.3本工程需结合几点1）第一道支护结构用以作为施工栈桥。2）基坑内部土方开挖需分层、分块进行，立柱四周土方需对称开挖，有效避免基坑内部土体滑落，避免两侧高度不一引起立柱移位，进而影响支护结构的稳定性，杜绝施工中机械碰撞立柱结构[3]。3）基础施工、支护施工以及基坑开挖施工需同步紧密衔接进行，尽可能降低基坑外露时间。
4支护结构详细参数
4.1参数
本项目以FRWS深基坑支护结构设计软件对支护结构的参数进行分析，地面载荷控制为20kPa，基坑开挖深度控制在12m基坑深度范围内，结合地质报告选取最佳土层土工计算参数，借助朗肯土压力理论开展土体的压力计算，结合土体成层性合算水土。
4.2支护结构部分参数计算
经反复核验，基坑抗倾覆稳定性、整体稳定性、土体抗隆起的安全系数分别为1.31＜1.2、1.38＜1.35、1.92＜1.8，均符合设计规范，详见图1所示。
5基坑施工安全保障措施
5.1降水措施
地下连续墙能够将基坑外部水流有效阻隔，结合基坑地质情况及规模，为方便土方开挖，可在基坑内部设立自流深井疏干。基坑外侧周围设置排水沟可有效降低地面水流入基坑的机率，使得地面水流入排水沟，进而进入最近的下水道[4]，详见图2所示。
5.2加固基坑
由于基坑底端埋设于淤泥质粉质黏土层里，为降低开挖基坑时基底受到过分扰动，对基坑周围环境造成影响，需对基坑开展地基加固施工，加固材料为三轴搅拌桩，详见图3所示。
6基坑支护施工监测
为确保基坑支护施工的有效进行，减少基坑施工对周围环境的破坏，需全程监测施工过程，达到动态信息化施工。本工程施工过程监测主要包括：桩顶水平、垂直位移、围护桩体深层位移、维护体系裂缝、领近建（构）物水平及垂直位移、基坑外地表裂缝等，详见表1所示。
综上所述，本工程基坑施工完成后取得了良好的施工效果。通过对基坑支护结构的设计和监测，可以有效控制整个施工质量。地下连续墙支护结构大大提升了基坑结构的可靠性和稳定性，且各项参数指标均符合设计规范，为类似工程提供了重要的借鉴和参考。
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