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高層建筑深基坑支護探析論文
摘 要：對高層建筑深基坑支護的支護系統(tǒng)側(cè)壓力、水壓力測試和深基坑圍護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)等知識進行介紹，并聯(lián)系實際提出深基坑支護結(jié)構(gòu)的選擇，對工程實際有一定借鑒作用。
關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑；支護
1 支護系統(tǒng)側(cè)壓力
1.1 支護系統(tǒng)計算理論
支護系統(tǒng)的側(cè)壓力包括主動土壓力和水壓力，土壓力計算目前國內(nèi)普遍采用擋土墻理論庫侖公式和朗肯公式，這是由于目前尚無完整和成熟的支護系統(tǒng)側(cè)壓力計算理論，但是應(yīng)當(dāng)指出該兩套公式均按平面內(nèi)受力推導(dǎo)，而深基坑支護屬于空間問題，故兩者不一致。其次是擋土墻是先施工后填土，設(shè)計人員對填土可提出一定質(zhì)量要求，因此土的內(nèi)摩擦角ψ和土內(nèi)聚力c值均已知，其值較穩(wěn)定，因此擋土墻計算公式求得較精確，可靠性高。深基坑支護在原地基土上施工，在地表面以下3米左右之內(nèi)均為雜填土，在市鎮(zhèn)地區(qū)雜填土多為磚瓦碎片與城市垃圾，其比例有的高達(dá)70％以上，其成分與埋深也不均勻不穩(wěn)定，勘探單位提供地質(zhì)報告中凡是雜填土均不列出力學(xué)參數(shù)，故內(nèi)摩擦角ψ和土內(nèi)聚力c均無值，然而在應(yīng)用庫侖和朗肯公式計算主動土壓力時要用該兩值，當(dāng)雜填土較厚時，這給深基坑支護系統(tǒng)設(shè)計增加難度，因此其計算結(jié)果可靠性較差。作者認(rèn)為雜填土內(nèi)聚力值c應(yīng)取零，不予考慮。對國內(nèi)外高層建筑深基坑支擴失敗實例分析來看，除支護設(shè)計有誤和施工時技術(shù)措施不妥外，其中有一條是地基土和地表潛水不穩(wěn)定，設(shè)計時選用參數(shù)和實際情況有較大出入，深基坑支護設(shè)計可靠性較差有直接關(guān)系。
從以上分析可知，高層建筑深基坑支護的土壓力目前采用計算理論不能滿足設(shè)計使用的要求，其可靠性差，在一定程度上仍依靠施工技術(shù)人員的經(jīng)驗，這有待于科技工作者通過科研和實踐相結(jié)合基礎(chǔ)上提出較為完整的計算理論。
1.2 地表潛水產(chǎn)生的水側(cè)壓力
擋土墻設(shè)計時一般不考慮水的側(cè)壓力，因為在設(shè)計時擋土墻背后土體采用排水技術(shù)措施，設(shè)置排水盲溝(如砂石盲溝)和排水管，將墻后土體中潛水及時排出，不但大大降低地表潛水產(chǎn)生的水側(cè)壓力，而且墻后土質(zhì)含水量也比較穩(wěn)定，故土的力學(xué)參數(shù)和相應(yīng)土質(zhì)也相應(yīng)較穩(wěn)定。深基坑支護不但要求承載墻后土的主動土壓力，而且要求達(dá)到防滲要求，以免地表潛水流入基坑內(nèi)，故基坑支護系統(tǒng)要承擔(dān)土中水產(chǎn)生的側(cè)壓力，這一點與常規(guī)擋土墻設(shè)計有較大差異，擋土墻施工后其工作條件較穩(wěn)定，而基坑支護條件往往多變而差，如挖土施工順序，地面施工條件等，地面堆積過多施工機具和材料，在支護系統(tǒng)上行駛汽車，施工用水直接滲入地下，挖土機械在挖土?xí)r超挖等，因此深基坑支護系統(tǒng)附近土體水分處不穩(wěn)定狀態(tài)利支擴系統(tǒng)工作狀態(tài)多變。
沿海地區(qū)地下水較豐富，地基土多為淤泥，處于飽和狀態(tài)，深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮地下水產(chǎn)生側(cè)壓力，因此在富水地區(qū)，深基坑支護系統(tǒng)應(yīng)該考慮地下水產(chǎn)生的側(cè)壓力的作用。
水壓力取值大小國內(nèi)文獻(xiàn)尚無具體規(guī)定，若取值過大，基坑支護費用將增加；若取值過小，安全系數(shù)過小容易出各種重大事故。地下水對深基坑支護結(jié)構(gòu)作用的側(cè)壓力大小主要取決于土結(jié)構(gòu)和土中含水量大小、土的密實度、空隙比e、液性指數(shù)Ic等土參數(shù)，也與地下水產(chǎn)生的側(cè)壓力有極大關(guān)系。e和Ic值大，說明土中自由水比例大，土中自然水能直接傳播靜止水壓力；當(dāng)e和Ic值較小時，上中空隙間水多于自由水，空隙水是由于受土中電子吸附作用，附著在土粒間的土粒表面，故空隙水產(chǎn)生的水壓力不直接傳播靜水壓力，這是由于土粒之間空隙水產(chǎn)生水壓力幾乎不隨土層深度增加而增加。目前尚無大量實驗數(shù)據(jù)建立空隙比s和液性指數(shù)Ic與土靜水壓力建立相對函數(shù)關(guān)系，這有待于科研工作者作深入研究。
2 水壓力測試
如何確定土中水壓力大小，尚無比較成熟的計算方法，作者認(rèn)為最好在現(xiàn)場測量土中水壓的大小，本文根據(jù)有關(guān)材料作簡略介紹如下。
2.1 測壓計工作原理
電測式測壓計在孔隙水壓力作用在該儀器的特殊金屬薄膜上，由薄膜產(chǎn)生變形引起電阻值(或電感、電磁值)的變化，這是一種力傳感器。
2.2 測壓計的率定
測壓計在正式使用前應(yīng)采用平衡電阻，對測壓計內(nèi)阻不平衡進行調(diào)整，平衡電阻的阻值應(yīng)經(jīng)過計算確定。每個測壓計出廠時均標(biāo)有率定系數(shù)，可是由于應(yīng)變儀和示波器參數(shù)不完全一樣，所以要對新購買的測壓計進行率定。其方法是利用加壓設(shè)備將測壓計的進水和壓力表并聯(lián)，然后進行分級加壓，根據(jù)精度要求（一般以lOKPa為單位）逐級加壓，繪制率定曲線，為了提高精度，應(yīng)經(jīng)過多次反復(fù)加荷后求出串定系數(shù)K，這需要采用最小二乘法等數(shù)學(xué)方法進行實驗數(shù)據(jù)處理。
2.3 測壓計的安裝和埋設(shè)
在土中安裝和埋設(shè)前必須在測壓計引出線附近進行密封防水處理，為了確保儀器進水口暢通，防止泥漿堵塞進水口，應(yīng)在進水口處用中砂形成一道人工過濾層，用鋼絲網(wǎng)包裹。
埋設(shè)前在埋設(shè)點先進行鉆孔，鉆孔埋沒深度在測點標(biāo)高下100mm以下，在孔底填砂，將測頭迅速放入孔底，再在測頭周圍和上面填砂，并適當(dāng)壓實：最后用粘土將鉆孔嚴(yán)密封好。若在一個鉆孔內(nèi)不同深度埋設(shè)多個測頭，應(yīng)將每個測頭上下填砂，各測頭之間用原土填塞，其密度應(yīng)盡量與原土相同。埋設(shè)時測頭電線不應(yīng)拉得過緊，并應(yīng)注意測頭放置平整，及時調(diào)試儀器，確認(rèn)工作正常后方可填砂。由于測力計在埋設(shè)時需鉆孔和填砂填土，必然會破壞原土孔隙水的水壓力原始平衡狀態(tài)，為此應(yīng)在埋設(shè)側(cè)壓計后停歇10d左右，使其埋設(shè)側(cè)壓計部位水壓力恢復(fù)到原始狀態(tài)，此時測得水壓力才能準(zhǔn)確地反映土中水壓力實際情況。以此為依據(jù)設(shè)計深基坑圍護結(jié)構(gòu)達(dá)到安全可靠的目的，且技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)較好。
3 深基坑圍護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)
3.1 現(xiàn)狀
目前建立一套成熟的設(shè)計計算理論，仍借用擋土墻設(shè)計方法，故設(shè)計人員在設(shè)計時仍采用擋土墻設(shè)計安全系數(shù)，但也有不同意見，有的科技工作者認(rèn)為擋土墻是永久構(gòu)筑物，而基坑圍護是施工時所采用的臨時性技術(shù)措施，故應(yīng)采用較小的安全系數(shù)。從國內(nèi)深基坑圍護大量實例來看，其安全系數(shù)相差較大，有的過大，有的過小，凡是深基坑支護失敗實例來看，往往與其設(shè)計安全系數(shù)過小有直接關(guān)系。
3.2 安全系數(shù)選用
深基坑圍護安全系數(shù)的確定由設(shè)計者自定，作者認(rèn)為安全具體確定應(yīng)與現(xiàn)場具體情況而定，當(dāng)基坑附近有建筑物或煤氣等市政管網(wǎng)。工程地質(zhì)報告中提供土質(zhì)參數(shù)較差時，應(yīng)選用較大的安全系數(shù)。作者認(rèn)為不能盲目套用工程地質(zhì)報告有關(guān)參數(shù)，應(yīng)對現(xiàn)場土質(zhì)情況進行全面了解和分析，合理地選用各種土質(zhì)參數(shù)，特別是土的內(nèi)聚力c值，應(yīng)根據(jù)實際情況進行折減，以提高計算結(jié)果可靠性，提高支護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。
4 深基坑支護結(jié)構(gòu)選擇
深基坑支護結(jié)構(gòu)選擇，一般應(yīng)先考慮本單位現(xiàn)有施工機構(gòu)，優(yōu)先考慮本工程基礎(chǔ)樁相同類型樁作為基坑支護結(jié)構(gòu)，如工程樁采用鋼筋混凝土灌注樁，則基坑支擴結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量選用這種樁型，其直徑可相應(yīng)選用較小直徑，這樣可減少進退場費用。當(dāng)基坑較深圍護樁布置允許時，應(yīng)盡量選用兩排支護樁，這種布置方式力學(xué)性能較好，前后排樁與樁頂圈梁形成剛架結(jié)構(gòu)，樁間土參與協(xié)同工作。改善圍護樁的受力狀況，達(dá)到減少樁的配筋量。當(dāng)圍護樁要求達(dá)到防滲要求，基坑深度小于7m，地表雜填土中磚瓦碎片含量較多時，不宜單獨選用水泥攪拌樁，攪拌樁改為水泥注漿。北方粘土地區(qū)，基坑較深，可選用鋼筋混凝土樁加錨桿支護形式，但南方一般不適用，可選用大直徑鋼筋混凝土灌注樁，樁頂加鋼筋混凝土圈粱，轉(zhuǎn)角處加斜支撐。凡是地基土為淤泥，且基坑又較深時，不宜選用鋼板樁，選用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻。工程造價較高，可選用大直徑兩排鋼筋棍凝土灌樁，中間加水泥攪拌樁(互相重疊150mm以上，以便形成防滲幕墻，且參加灌注樁協(xié)同工作，具有良好力學(xué)性能，當(dāng)條件允許時，用井點降水作為輔助手段)。圍護樁的選用應(yīng)經(jīng)過多方案比較，根據(jù)實際情況，包括周圍環(huán)境和地質(zhì)條件，選用經(jīng)濟效益最佳的支護方式。
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