深基坑支护方案优化研究与应用

(整期优先)网络出版时间:2019-03-13
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深基坑支护方案优化研究与应用

王首昊

(沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168)

摘要:在建筑深基坑支护领域,本文就如何选择更加适合现场实际的支护方案展开了研究。以碧水湾项目3号楼工程为实际工程案例,通过对现场实际地质条件和基坑支护安全等级等方面,提出初选支护方案,随后依据定量分析,最终优选出适合碧水湾项目实际工程环境的支护方案;通过观察及分析基坑变形监测结果,验证了支护方案的科学性及合理性;最后针对基坑安全问题,建立了应急预案,并简要介绍了工程实际做法,期望本文的研究,可为其他深基坑支护方案的优选提供值得借鉴的参考。

关键词:深基坑;支护方案;安全等级;优选

在建筑深基坑支护领域,研究的主要成果在安全性、适用性、经济性、耐久性、施工工艺、现场工程环境、施工工期等的关联性上。故而,在深基坑支护研究领域,如何选择更加适合现场实际的支护方案,满足各项工程要求,便成了研究人员研究的主要方向。

1、工程概况

碧水湾项目位于黑龙江省佳木斯市,相对于工程所在地区域而言,其在建的哈佳快速铁路佳木斯站与松花江沿岸等不利条件,是本工程的重点及难点工程。地下水为潜水,且主要分布在中细砂砂层中,其渗透系数为2.88-3.12×10-3厘米/秒;地下水埋藏深度为9.58-14.94米,相当于均对标高为166.87米,场地类型为Ⅱ类场地,基坑侧壁安全等级为一级,所处地下水具有一定的微腐蚀性,建议在工程设计中及施工中,采取加厚混凝土保护层厚度、掺入混凝土外加剂、振捣密实等措施,确保该工程在设计使用年限期间具有安全、可靠的使用寿命。

2、基坑支护方案选择

2.1方案初选

结合《规程》的相关要求、3号楼地质勘查报告、周边建筑物及构筑物布置等条件,即可排除放坡支护方式、地下连续墙支护方式及土钉墙支护方式;而主要以逆作法为主的内支撑支护结构也不符合本工程的要求,因本工程开挖面积较大,深度较深,施工工期较段,且不利于大型施工机械开展工作,故而该支护方式也被排除;由于碧水湾3号楼开挖深度在14.5m左右,根据《规程》的标准属于深基坑工程,所以悬臂式支护结构也被排除。在碧水湾项目3号楼工程项目介绍中提到,该基坑与正在建设的哈佳快速铁路专线佳木斯站距离较近,考虑到地下连续墙支护结构对周边土层受力影响较大,更加容易对临近的高铁车站及相关建筑物构筑物产生影响,故该支护方式也被排除。

综上所述,考虑到碧水湾3号楼的水文地质分布情况及距离高铁出入口较近的特点,特初选出两种支护方案:

方案一:桩锚支护形式;方案二:双排桩+土钉支护形式。

2.2方案参数优选

运用理正深基坑设计软件,得出碧水湾3号楼基坑支护设计方案中内力包络图见图2.1,碧水湾3号楼基坑支护设计方案中地表沉降图见图2.2:

考虑工程所在地的水文地质条件、工期要求、造价要求、施工便利性等因素而优化产生的,如本文所针对的碧水湾3号楼基坑支护工程,由图2.1及图2.2两方案对比可知,双排桩+土钉支护方案在结构位移、结构弯矩、结构剪力及沉降等方面的表现均较桩锚支护结构要优异,故在碧水湾3号楼南侧基坑支护结构方案选择中,最终选择双排桩+土钉支护方案。

3、基坑监测方案制定

3.1基坑监测目的

基坑工程的日常监测结果是有效预防支护结构破坏、周边建筑物倾斜、道路损坏等的主要措施,当出现上述不利情况时,可及时采取补救措施;基坑监测结果的整理与分析是验证基坑支护结构安全性、科学性、合理性的重要依据;将基坑监测结果与模拟计算结果进行分析比较,找出差值的原因,进而将相关措施重新代入模拟计算中,不断修正模拟计算的精度与准确性。

3.2基坑监测内容

(1)支护结构顶端的竖向位移;

(2)支护结构顶端的水平位移;

(3)基坑内地下水及渗漏检测;

(4)基坑周边地表及附近建筑物沉降观测。

3.3基坑监测技术要点

3.3.1支护结构水平位移监测点的确定

支护结构水平位移监测点的布设依据现场场地条件而设,应遵循的原则是瞭望条件较好、距离检测对象较近的平整区域内,鉴于碧水湾3号楼的现场条件,拟定监测点位于支护结构北侧的场区道路上。

进行监测的仪器则采用康比KTS230R型全站仪。检测的条件应以能够准确清晰成像、视觉良好为准。

3.3.2支护结构竖向及水平位移监测点确定

支护结构的水平位移监测点设置在南侧基坑冠梁顶上,该监测点与基坑间距为60cm,水平位移监测也采用康比KTS230R型全站仪,利用全站仪测得两监测点间的距离,间隔一定时间后再次观测该两点间距离,得出的差值便是水平位移值,整理后可将该值编入水平位移值统计表,便于查找与分析。

支护结构竖向位移监测采用索尼TrimbleDiNi型电子水准仪。设专人定期计取监测数据,经整理后计算得出实际高程,从而得出竖向位移值,采用多点反复校核。

3.3.3基坑周边建筑物沉降观测点的确定

在基坑开挖与支护的过程中,周边建筑物及构筑物也会随之发生倾斜、沉降等变化,此种变化往往与荷载作用位置、开挖方式、地下水埋藏条件、土层分布等因素相关,因此其沉降值呈现随机变化,其结果往往是不可预测的。

3.4实例分析

当基坑开挖及支护过程中出现较为危险的情况时,除了要加强监测频率及检测的时长等必要措施,还要做好应急准备工作,为开展施工抢险及补救措施提高及时可靠的保障:

(1)视基坑安全情况,配置多个检测小组,且保证24h不停监测;

(2)为保障监测的及时性与准确性,提供备用检测设备,以备不时之需;

(3)对监测结果及时进行整理及分析,分析结果及时上报,同时建立有效的信息传递系统,确保监测结果的及时传递。

4、结论

(1)提出了经济适用、安全可靠、施工方便、技术成熟等为原则的多方案多系统的模糊优选模型。

(2)运用数学模糊理论方法对佳木斯市碧水湾项目3号楼工程基坑支护方案进行了优选,并优选出了灌注桩+土钉的最优方案。

(3)通过对基坑在施工期间的监测,验证了该优选方案的科学性及合理性。

(4)提出并强调了基坑监测工作的重要性,建立健全应急处理预案是基坑监测工作的重要内容。

参考文献

[1]吉广利.深基坑支护结构的优化与数值模拟[D].湖北:武汉理工大学,2013

[2]杜进禄.高铁软土深基坑设计及实测分析[J].山西建筑,2015,19:63-64

[3]张洁.组合支护结构在基坑中的应用研究[D].吉林:吉林大学,2016

作者简介:王首昊(1985.05-),男,辽宁昌图人,沈阳建筑大学土木工程学院,在读研究生,研究方向:建筑与土木工程(岩土工程)。