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基坑工程的设计发展史

383 2021-04-30 09:39:06

基坑工程是一涉及多学科的新兴学科,是随着土力学、计算技术、施工技术和测试技术的进步而不断完善的。基坑工程的实践性强,随着工程实践的不断扩大而逐步提高。

早在40 年代 Peck 和 Terzaghi 等人就对土方开挖的稳定和支撑的内力等进行了研究并提出了计算方法。50年代Eide 和 Bjerrum 等人又分析了基坑坑底的隆起。从此对基坑工程开始进行科学分析和计算方法的研究,此后随着世界各地深基坑工程的增多,引起科学家和工程技术人员的重视,逐步采用仪器进行监测并制定了有关指导基坑土方开挖的规定。

岩土工程

在我国 80 年代以前深基坑工程较少,除去北京在修建地下铁道时有些较深的开挖之外,多不属于深基坑。在上海当时修建的多层和高层建筑的地下室多为一层,深度一般不超过5m,采用常规的方法进行降水和开挖困难不大。至 80 年代末期我国开始出现一些较深的基坑,在北方地区由于土质较好、地下水位低,已有10m 以上的基坑;而在上海一带的软主地区,亦开始出现少量的两层地下室,开挖深度一8m 左右,开始多应用钢板桩支护。但此时的计算方法比较简单,多采用"等值梁法"、"弹性曲线法"等简易方法对支护结构进行计算,对基坑的稳定研究较少。

进入 90 年代,我国的高层和超高层建筑进人一个迅速发展阶段。以上海为例,1991 年只有 862 幢高层建筑,1994 年发展至1304 幢,1996 年为1953 幢,至今已超过2000 幢。其他如北京、天津、广州、深圳、武汉、重庆、大连、青岛等大中城市都发展迅速。随着高层建筑的发展,为了充分利用地下空间,多层地下室逐渐增多,基坑的开挖深度也逐渐增大。工程实践的增多,促进了基坑工程学科的发展,此时支护结构的形式逐渐多样化,水泥土围护结构、钢板桩、钻孔灌注桩、挖孔,桩、地下连续墙等同时加以采用。支撑形式亦得到发展,钢支撑和各种形式钢筋混凝土支撑都有应用。在计算理论和计算技术方面提高更快,有限元方法和计算机的应用日趋普及,大大提高了计算精度。

与此同时,中国土木工程学会和中国建筑学会也召开了一些深基坑工程方面的会议,交流研究成果和工程经验。近几年来,为了总结深基坑工程的设计、施工经验,为了更好地指导工程实践,上海市、深圳市、广东省和武汉市等陆续制订了一些基坑工程方面的地方标准,国家亦制订了国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》IGL120—99,这些深基坑工程方面法规的出现、定能进一步提高基坑工程的设计和施工水平,带来巨大的经济效益和社会效益。

基坑工程设计应该包括勘察、支护结构设计、降水设计(地下水位控制)、十方开挖方案设计,监测和环境保护方案设计等内容。基坑工程设计的特殊性是与施工密不可分,其施工的每一阶段,外荷载、结构体系等都在变化。施工工艺和施工顺序的变化、支撑形成时间的长短。支撑拆除的顺序和方式、基坑尺寸的大小及气温的变化,都影响最后的计算结果。因此,详细了解各个施工工况对正确进行基坑设计十分重要。此外,基坑工程设计虽然有了长足的进步,但其计算理论并非完美无缺,而且诸多影响因素在计算中也难以全面反映,面且施工过程中也可能出现一些意外的情况。因此,目前进行基坑工程设计,要采取理论计算、监测数据和工程经验相结合的办法,以求基坑工程设计更加合理和经济。

基坑工程设计,要服务于土方开挖、地下结构施工和保护环境。因此,在进行基坑工程设计之前应牧集下列资料∶

1.岩土工程的勘察报告;

2.邻近建(构)筑物和地下设施的类型、分布情况和结构质量、管件接头等的资料; 3. 用地退界线及红线范围图、场地周围地下管线图、建筑总平面图、地下结构平面图和剖面图。

上述资料,有的由勘察、设计单位提供,有的向有关的市政管理部门收集,有的还需通过检测和调查才能取得。

基坑工程的设计内容,一般应包括; 

1.支护体系的方案比较和选型; 

2.支护结构的强度和变形计算;

 3.基坑内外土体的稳定性验算;

4.围护墙的抗渗验算; 

5.降水要求和降水方案;

6. 确定挖土的工况以及挖土、运土的主要措施; 

7。确定环境保护的要求及有关措施; 8.监测的内容。

进行基坑工程设计时,应考虑的荷载有; l.土压力、水压力; 2.地面超载;

3. 影响范围内建(构) 筑物产生的侧向荷载;

4. 施工荷载及邻近基础工程施工(如打桩、基坑开挖、降水等)的影响;

5.需要时,宜结合工程经验考虑温度影响和混凝土收缩、徐变引起的作用及挖土和支撑施工的时空效应。