基坑工程设计研究

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摘要:本文概述了基坑工程的设计要点，针对基坑支护结构设计，地下水处理，土的抗剪强度取值，土压力计算等问题进行阐述，结合某建筑基坑工程设计作出分析，对基坑工程设计进行探讨。

关键词:基坑工程;设计要点;探讨

1工程概况及设计具备资料

某大跨度体育建筑工程，采用钢网架结构，地下1层为设备层，地上2层为比赛训练馆及观众席。建筑面积约15000m2，建筑高度约30m，抗震设防烈度为7度，结构抗震等级为二级。地基基础设计等级为乙级，桩基础采用预应力混凝土管桩。基本风压值取0.7KN/m2。基坑工程设计包括内容多，地下存在不确定因素，设计时需要的资料:岩土工程勘察报告;建筑物总平面图及用地红线图;建筑物地下结构设计资料及桩基础或地基处理设计资料;基坑周边建(构)筑物，地下管线，地下设施及地下交通工程等的相关资料;基坑开挖深度(局部有加深部位须明确)等，上述设计用资料要求完整准确。本工程地下1层设备层，大面积基坑开挖，且基坑开挖深度较深，因设备要求局部须加深，设计时应进行支护结构的承载力，稳定和变形计算，基坑周围支护结构设计必须保证地下结构施工及基坑周边环境的安全。以下是针对设计过程中的几个要点进行探讨性的简述。

2基坑支护结构设计

基坑支护结构是在建筑物地下工程建造时为确保土方开挖，控制周边环境影响在允许范围内的一种施工措施。基坑支护结构的形式很多，主要有桩，墙式支护结构，如水泥搅拌桩，钢板桩，钻孔灌注桩，地下连续墙等，这些支护结构设计计算较为成熟，且有施工经验，适应性强，安全较为可靠;还有其他支护结构，如水泥土墙，土钉墙等以及其他复合使用的支护结构，还要根据当地经验设计施工。基坑支护结构的功能是为地下结构的施工创造条件，保证施工安全，并保证基坑周围环境得到应有的保护。在进行基坑支护结构设计时，应从稳定，强度和变形三个方面满足设计要求。首先基坑周围土体的稳定问题，不要因渗流的影响，而造成流砂，流土，管涌以及支护结构，支撑体系等的失稳，要有防止失稳的措施;其次强度问题，支护结构本身是主要受力构件，构件要能够满足强度和稳定设计的要求;再次变形问题，在基坑开挖时，地层移动及地下水位变化，会引起地面的变形，其变形值不大于基坑周边建筑物，地下设施的变形允许值，并且不能影响基坑工程基桩的安全及地下结构施工。本工程采用基坑周围连续打钢板桩和外围打水泥搅拌桩复合使用的支护结构，根据基坑开挖深度，工程地质情况，周边建筑物分布，土压力大小等，进行支护结构设计，确定可行的支护结构，从安全，经济，便于施工等方面来考虑，并且设计能够满足稳定，强度和变形三个方面要求。基坑支护结构设计是设计过程重要环节，涉及到工程经济及安全问题，至关重要，应在各方面有所考虑，做好工程设计，创出优质高效工程。

3地下水处理

地下水控制是很重要的，尤其在高地下水位地区，对地下水控制，是基坑工程设计的关键问题，如果地下水控制失效，就会引发基坑工程事故。在地下水控制设计时，地下水位要控制在基坑面以下0.5m－1.5m处;坑底突涌验算及坑底，侧壁抗渗流稳定要满足要求;要控制坑外地面沉降量及沉降差。基坑地下水位控制设计还要与支护结构同时考虑，由降水，排水和支护结构水平位移引起的地层变形和地表沉陷要小于变形允许值。对于处在高水位地区，水文地质条件复杂，基坑周边环境保护要求高，特别对设计等级甲级的基坑工程，地下水控制需要专项设计。从基坑降水设计来说，单井降深计算通常采用解析法所用的公式，使用须注意其适用条件，不能盲目使用，常见的基坑降水计算资料，是一种较粗略的计算，解析法不是精确的;还有是数值法，其计算技术有了发展，应用在重大实际工程中;设计等级甲级的基坑降水设计，采用有限元数值方法。目前较多基坑工程采用井点降水法优点是:可用于不同几何形状的基坑，它有防止流砂，稳定边坡的作用，促使土层固结，土层强度增大，边坡稳定性提高，在含水透水位土层实施的一种行之有效的方法。本工程采用排水法的井点降水，根据基坑开挖深度，工程地质情况，周边建筑物分布等来选择，一方面考虑减少对周边环境的不利影响，另方面尽量减少工程造价，以达到安全，经济，适用效果。基坑施工要采取排水降水措施，采用行之有效的方法对地下水进行处理，特别应注重地下水控制。

4土的抗剪强度取值

土的抗剪强度包括内摩擦角标准值和黏聚力标准值，不同种土，采用不同的试验方法来测定，同种土在不同排水，固结条件下进行试验，抗剪强度也是不同的，试验条件的选取要能反映土的实际工作状态，根据现场土体的排水条件及固结条件来确定。对灵敏度高的土，如软黏土，它受到扰动后强度下降很快，强度降低的现象不能忽视，强度取值时应有所考虑。在室内试验确定土的抗剪强度，会受到很多因素影响，包括土的分层合理性，土样均匀性，操作水平等，如出现变异系数较大时，要分析其原因，增加试验组数，合理取值。土的抗剪强度是计算土压力的重要参数，如果岩土勘察报告中，抗剪强度取值过低，就会导致基坑支护结构造价较高，造成浪费，取值过高支护体就会不安全，要根据基坑内各土层情况采用不同的试验方法，确定土的抗剪强度，使工程设计既安全，又经济。本工程设计等级乙级，结合试验成果进行综合分析，抗剪强度取值较为合理，使土压力值与实际值接近。

5土压力计算

土压力有主动土压力，被动土压力，静止土压力三种，其中主动土压力，被动土压力采用库仑或朗肯土压力理论计算，支护结构水平位移有严格限制，采用静止土压力计算。工程中常用两种土压理论计算，即库仑土压理论和朗肯土压理论计算，这两种计算方法只是近似方法，与实测数存在着差异。作用在支护结构的土压力和水压力，砂性土和黏性土的计算方法是不同的，砂性土采用水土分算计算，黏性土采用水土合算计算，变形控制设计支护结构，采用支护结构与土体的相互作用原理确定。刚性支护结构与相对柔性支护结构的土压力分布情况是不同的，计算土压力值应有区分，刚性支护结构土压力分布，采用库仑和朗肯土压力理论计算土压力值，而相对柔性支护结构土压力分布及位移较为复杂，土压力值一般采用现场实测，反演分析方法得出，所以说支护结构上的土压力分布与支护体的刚度及侧向位移有关。本工程根据勘察报告中土的抗剪强度，支护体刚度及位移，土压力分布，进行土压力的计算，得出土压力值能够符合实际情况，计算值与实际值接近，确保支护结构的安全，同时又不会造成浪费。

6结语

随着现代城市建设加快和经济发展，科学技术的进步，有更多的基坑工程设计面临更高的要求，既要安全可靠，又要造价经济，同时还要满足周边环境影响控制要求，因此基坑工程设计应精心设计，挖掘潜力，力求最大限度地降低工程造价，以达到较好的经济和社会效益。

作者:方建华 单位:福建省漳州市建筑设计院

参考文献:

［1］建筑地基基础设计规范GB50007－2011．

［2］建筑基坑支护技术规程JGJ120－2012．