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锦桥拉森钢板桩——基坑工程设计原则

添加时间:2016-06-14 浏览次数:822

基坑工程的设计是在收集和整理设计依据的基础上,根据设计计算理论,提出支护结构、地基加固、基坑开挖方式、开挖支撑施工、施工监控等各项设计。在进行基坑工程设计时,应考虑以下几个方面。

1.基本原则

在基坑工程设计中,要坚持保证支护体系安全可靠、保护环境、方便施工和经济性的原则。

首先要保证支护体系在基坑土方开挖和地下结构工程施工过程中安全可靠,不产生失稳,变形在控制范围内。与此同时应保证在基坑土方开挖和地下结构工程施工过程中基坑周边市政道路、地下管线、周边 建(构)筑物的变形在允许范围内。基坑工程是系统工程,设计要方便施工,且要坚持经济的原则。支护方案选型、变形控制、安全储备控制的要求均要合理。

在基坑工程设计中,要善于根据场地工程地质和水文地质条件,基坑形状和大小,认真分析该支护结构体系中的主要矛盾,是支护体系的稳定问题,还是需要控制支护体系的变形问题。基坑支护体系产生稳定和变形问题的主要原因是土压力问题,还是地下水控制问题。根据基坑支护结构体系中的主要矛盾,合理选用基坑支护形式。

在基坑工程设计中,要根据基坑周围环境保护要求分加紧采用按稳定控制设计和按变形控制设计。当基坑周围空旷,如市政道路、地下管线、周边建(构)筑物在基坑工程影响范围以外,可以允许基坑周围地基土体产生较大的变形时,基坑支护设计就稳定控制设计;当基坑紧邻市政道路、管线、周边建(构)筑物,而不允许基坑周围地基土体产生较大的变形时,基坑支护设计应按变形控制设计。

在基坑工程设计中,按稳定控制设计基坑支护体系只要求支护体系满足稳定性要求,可以产生较大位移。按变形控制设计基坑支护体系不仅要求支护体系满足稳定性要求,并且支护体系变形要求小于变形控制值。由于作用在支护结构上的压力值与位移有关,在按稳定控制设计和按变形控制设计中,作为荷载的土压力设计取值差别很大。因此,对同一工程,按稳定控制设计比按变形控制设计工程投资要小。

按变形控制设计中变形控制量应战根据基坑周围环境条件因地制宜确定,不是要求基坑支护变形愈小愈好,也不宜简单地规定一个变形允许值,应以基坑变形对周围市政道路、地下管线、建(构)筑物不会产生不良影响,不会影响其正常使用为标准。

2.基坑安全等级

基坑工程可根据支护体系破坏可能产生的后果,包括危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响的严重性,以及对周围环境,如邻近建筑物、地下市政设施、地铁等影响,采用不同安全等级。

不少基坑工程技术规范将基坑工程安全等级分为三级,有的以支护体系破坏可能产生的后果划分,如表1.2所示。

基坑工程安全等级的影响因素主要有下述几方面:基坑周围环境条件,需保护的邻近建(构)筑物、地下市政设施等的复杂性和重要性:工程地质和水文地质条件;基坑开挖深度、形状和大小。
  一个基坑工程的安全等级应综合考虑上述影响因素确定。
3.基坑工程支护体系设计荷载
  基坑工程支护体系设计应考虑以下荷载:
  (1)土压力,水压力;
  (2)地面超载;
  (3)施工荷载;
  (4)邻近建筑物荷载;
  (5)其他不利于基坑工程支护体系稳定的荷载。
  如支护结构作为主体结构一部分时,还应根据具体情况确定设计应考虑的荷载。
  4.设计前基本资料准备
  基坑工程支护体系设计前应具有以下资料:
  (1)地下结构施工图,包括:总平面图、基础平面图和剖面图,地下工程平面和
剖面图等;
  (2)岩土工程勘察报告,内容包括:基坑工程影响范围内土层分布,各土层物理力学
指标,全年地下水变动情况等;
  (3)工程用地红线图和基坑周围环境状况的资料,包括:基坑周边现有和施工期内可
能建设的市政道路、建筑物、地铁、人防工程、各种市政管线等的平面位置、基础类型、埋深及结构图;
相邻地下工程施工情况,包括地下工程支护体系设计和施工组织计划。
 5.基坑支护形式选用
  应根据场地工程地质和水文地质条件、基坑开挖深度和周边环境条件,选用合理的支护形式。
  基坑支护形式很多,****种基坑支护形式都有其优点和缺点,都有一定的适用范围。一定要因地制宜,具体工程具体分析,选用合理的支护形式。
  在支护形式的选用过程中应抓住该基坑支护中的控制性因素。如:该基坑支护的主要矛盾是支护体系的稳定问题,还是控制支护体系的变形问题;该基坑支护体系的不稳定因素主要来自土压力,还是来自地下水控制问题。
  饱和软黏土地基中的基坑需采用排桩墙加内支撑的支护形式以解决土压力引起的稳定和变形问题。若基坑比较深,可采用地下连续墙加内支撑的支护形式。若基坑较浅(一般小于5m),且周边可允许基坑有较大的变形,亦可采用土钉墙或复合土钉墙支护,或采用水泥土重力式挡墙支护。采用土钉或复合土钉支护,基坑深度一定要小于其临界支护高度。土钉支护临界支护高度主要取决于地基土体的抗剪强度。
  对粉砂、粉土地基的基坑支护主要是地下水控制问题。控制地下水有两思路:止水和降水。止水帷幕施工成本较高,有时施工还比较困难,特别当坑内外水位差较大时,止水帷幕的止水效果往往难以保证。有条件降水时应首先考虑采用降水的方法。在降水设计时要合理评估地下水位下降对周围环境的影响。为了减小基坑降水对周围的影响,如需要也可通过回灌提高地下水位。在粉砂、粉土地基地区,有条件采用土钉支护时应首先考虑采用土钉支护。如基坑较深,可采用浅层土钉支护,深部采用排桩墙加锚或加撑支护。如需要采用止水帷幕和排桩加内支撑或锚杆支护也要采取措施尽量降低基坑内外水位差,并且当止水帷幕漏水时,应有应对漏水的对策。
  表1.3给出软黏土地基和砂性土地基中不同开挖深度可供选用的基坑支护形式。表中基坑深度一栏中的具体数字公供参考,具体应用时请根据场地工程地质和水文地质条件、周边环境条件作加减。

基坑支护方案合理选用是基坑支护结构优化设计的****层面,基坑支护结构优化设计的第二层面是指选定基坑支护方案后,对具体设计方案进行优化,因此除应重视基坑支护方案合理选用外,还应重视具体设计方案的优化。

6.地下水控制设计原则

当基坑工程影响范围内存在承压水层,或地基土体渗透性好且地下水位高的情况下,控制地下水往往是基坑支护设计中的主矛盾。已有基坑工程事故原因调查表明,由于未处理好地下水控制问题而造成的工程事故在基坑工程事故中占有很大比例。

止水和降水是控制地下水的主要手段。有时也可以采用止水和降水相结合。通过止水还是降水控制地下水需要综合分析,有条件降水的就尽量不用止水,一定要采用止水措施时也要尽量降低基坑内外的水头差。形成完全不漏水的止水帷幕施工成本较高,而且很难做到。特别当止水帷幕两侧水位差较大时,止水帷幕的止水效果往往难以保证。坑内外高水头差可能造成止水帷幕局部渗水、漏水,处理不当往往会酿成大事故。止水帷幕两侧保持较低的水头差时,既可减小渗水、漏水发生的可能性,也有利于发生局部渗水、漏水现象后的堵漏补救。当基坑深度在18m以上,地下水又比较丰富时,通过坑外降水尽量降低基坑内外的水头差显得十分重要。

基坑止水帷幕外侧降水既有有利的一面也有不利的一面。有利的是可以有效减小作用在支护体系上的水压力和土压力。不利的是降水会引起地面沉降,产生不良环境效应。因此,在降水设计时需要合理评估地下水位下降对周围环境的影响。场地条件不同,降水旨起的地面沉降量可能有较大的差别。新填方区降水可能引起较大的地面沉降量,而在老城区降水引起的地面沉降量就要小得多。特别是降水深度在历史上大旱之年枯水位以上时,降水引起的地面沉降量较小。当基坑外降水可能产生不良环境效应时,也可能过回灌以减小其对周围环境的影响。

当基坑较深时,经常人遇到承压水。使地下水控制问题更加复杂。控制承压水有两种思路:止水帷幕隔断和抽水降压。通过止水帷幕隔断还是抽水降压需要综合分析确定。在分析中应综合考虑承压水层的特性,如土层特性、承压水头、水量及补给情况,还应考虑承压水层上覆不透水土层的厚度及特性,分析止水帷幕隔断的可能性和抽水降压可能产生的环境效应。

另外,基坑周围地下水管的漏水也会酿成工程事故。需要通过详细了解地下管线分布,认真分析基坑变形对地下管线的影响,以及做好监测工作,避免该类事故发生。

在冻土地区,要充分重视冻融对边坡稳定的影响。冻前挖土形成的稳定边坡,在冻土期边坡是稳定的,冻融后边坡发生失稳事故已见多处报道,应予重视。

 

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