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建筑基坑支护如何优化?这几点帮你节约大把成本

386 2020-07-22 08:59:26


建筑基坑支护如何优化



前言


  随着城市化建设的不断发展,越来越多的建筑群朝着地下空间方向发展,基坑支护成了地下空间发展不可或缺的一部分。由于基坑是临时支护结构,业主在前期规划预算中给予基坑支护的比例往往较小,但实际设计施工过程中,由于部分基坑周边情况复杂、甲方缺少岩土专业人士、设计院计算相对保守等原因,造成基坑支护的造价一直居高不下,大多数情况下会超过业主的前期预算,由此,基坑支护优化的重要性越来越明显。


     国腾建筑自2005年成立以来,收集、整理了大量岩土工程勘察资料,积累了丰富的地质参数数据,在基坑支护优化方面能够提供专业的意见,为甲方公司精准补位,让建筑成本在可控范围内实现最优




主要优化方向


  基坑支护优化是在原设计图纸基础上,充分考虑场地情况、建筑规划情况及业主诉求,从整体到细节的一系列综合评估,同时在技术上也要求优化人员对规范及支护计算原理要有更深入的理解。


  基坑支护不仅涵盖民用建筑地下空间支护也包含了公共建筑,如地铁等基坑支护。基坑支护优化方向从大的方面主要涵盖了地质情况、支护系统和止排水系统三大方面。


一、地质情况

  地质情况是决定是否需要基坑支护及基坑支护形式的主要因素。从我国地质情况分布来看,沿海地区地质情况相对较差,有较厚的淤泥质土或淤泥层,给基坑支护带来很高的技术难题。



  基坑支护设计中,土体的好坏性质主要通过土体的参数(如内摩擦角、粘聚力)及地下水等情况反应出来。土体参数是通过数组土工试验得出的结果,由于基坑工程有安全风险,为保证参数在使用中偏于安全,地勘报告编制者往往将土体参数偏保守取值,土质参数又根据不同的土工试验分为固结快剪和直接快剪,两者的区别在于土体是否固结完成,所以固结快剪得出的参数值较直接快剪大,有些设计人员为保证基坑安全选取直接快剪值作为计算参数,导致基坑设计从源头上就偏于保守。


  土体参数的优化,主要依据土层的描述与相同地区地质情况对比,也可进一步补充土工试验,已确保选择合适合理的参数值。



二、基坑支护系统

  基坑支护形式的选择,需依据基坑深度、基坑周边情况及地质情况等综合考虑。

  ① 对于单层地下室可采用土钉墙、重力式挡土墙、搅拌桩挡墙或放坡等支护形式。不同的支护形式造价上有较大差别,而且支护形式还受到场地和地质情况的制约,所以支护的选型是有一定条件限制的。

  土钉墙适用于场地水位较低或不需要考虑止水的地质情况,土钉的长度及间距依计算情况确定,土钉墙造价低廉,工艺简单,工期短,是较为普遍的一种支护形式。

搅拌桩挡墙是软土地区较常使用的一种支护方式,上海、广州等地使用较多,多用于淤泥质土地层,搅拌桩挡墙特点是造价低,工艺单一,具有良好的止水效果。其支护宽度、桩身长度及插筋等已逐渐形成了一种普遍默认模式,如坝宽不得小于坑深0.8倍、插入比至少1:1.2、内插直径48钢管等,形成模式的重力挡墙方案优化内容少或无优化点。



  重力式挡墙多用于永久边坡支护或填方边坡地区,就地取材,施工方便,经济效果好,挡墙的具体尺寸大小主要依据重力挡墙图集给出的参数进行设计,还需满足计算的要求。



  ② 对于两层及其以上地下室可采用桩锚、桩撑、双排桩或smw工法等支护形式。


  桩锚和桩撑的相同之处是均采用灌注桩,不同之处在于桩顶是采用锚索还是支撑梁,对于基坑长宽较大或土层锚索极限侧摩阻力较大地区建议采用桩锚方案,对于基坑宽度较小或土层锚索极限侧摩阻力较小地区建议采用桩撑方案,对于桩锚及桩撑均适合地区需经计算后对比两种方案的造价,从而选取最优的支护方案。


  对于场地支护宽度小且支护构件不能出红线的情况下,建议采用双排桩支护方案,该方案造价较高,优化时一般通过计算调整前后排桩间距、长度,前后排桩桩间距及配筋可分别通过前后排桩受力情况分别考虑。



  smw工法是搅拌桩内插型钢的一种支护形式,其施工工艺简单,具有良好的止水效果,在设计前期,可与灌注桩支护方案进行对比,综合造价、施工、工期等选择最优支护方案。



三、止排水系统


  止排水系统分为延基坑周边的止水措施和基坑坡顶坡底的排水措施,延基坑周边的止水一般采用在支护桩间或桩后施打搅拌桩或高压旋喷桩,搅拌桩较适用于软土地区,高压旋喷桩较适用于砂土地区。由于搅拌桩造价低于高压旋喷桩,所以在搅拌桩和旋喷桩均可采用的地区尽量采用搅拌桩为宜,桩间施打搅拌桩比桩后施打搅拌桩节约一半的工程量,所以在施工允许的情况下尽量采用桩间止水措施。如下图1为止水桩,2为支护桩。



  坡顶坡底的排水主要采用排水沟和盲沟,其造价较低且为基坑不可或缺的一部分,一般不优化。




细部优化点探讨


  在基坑支护方案合理可行且为最优方案的情况,对基坑支护的优化主要集中在单构件的具体设计上,如桩长、桩径、桩间距、桩配筋、锚索长度及间距、锚索道数、土钉间距及长度、支撑梁截面尺寸及间距、冠梁截面尺寸及配筋、内插型钢型号、止水桩桩长等。


  以上优化点具体优化细节均以计算结果为依托,在满足规范及设计的情况下不断调整截面、配筋及长度等,如锚索长度及间距,同一支护断面不同排锚索可采用不同的锚索间距或锚索长度。如下图所示,下图中第一道锚索间距2.8m,第二道锚索间距1.4m。



  工程中大直径桩大间距布置比小直径桩小间距布置造价要高,在优化过程中可根据计算情况将大直径桩大间距调整为小直径桩小间距,其桩身配筋可根据桩身内外侧弯矩的不同区别设置,其桩身钢筋可考虑分段配筋,该种优化模式可大幅降低钢筋用量,同时工程总造价也会有明显的降低。


  对支撑梁的优化,除了对支撑梁的截面、配筋进行校核外,尚应考虑支撑梁水平及竖向间距,计算时可采用三维模型整体计算,以达到设计最优效果。


  对于桩锚或桩撑结构,如条件允许可在桩顶适当采用土钉墙放坡以降低造价。


总结


  目前,基坑支护优化主要考虑文中涉及的优化点及优化方向,对于能够大幅降低工程造价的新型施工工艺、新型材料、新型设计技术,尚有待于读者进一步挖掘与研究。