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基坑支护工程的设计原则和一般规定

479 2021-08-27 16:28:44

一、基坑支护工程的设计原则

基坑支护(retaining protecting for foundation excavation),指保证地下结构施工和基坑周边环境安全,对基坑侧壁及周边环境来用的支挡、加固与保护措施。它是工程体系中重要的组成部分,其研究内容也是岩土工程的主要技术问题,即支护结构物与岩土相互作用共同承担上部、周围荷载及自身重量的变形与稳定问题。

基坑支护工程设计的总体原则为∶

要贯彻执行国家的技术经济政策,做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。除应满足工程设计要求外,尚应做到因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源。

基坑支护设计要求安全性、经济性、适用性三方面统筹兼顾、同时满足。安全性包含两个方面,一是支护结构自身强度满足,结构内力必须在材料强度容许范围内。二是支护结构与被支护体之间的作用是稳定的,要求支护结构具有足够的承载力,不产生过量的变形。经济性要求在设计中通过运用先进技术和手段,充分把握支护结构特征,通过多方案比较,寻求最佳设计方案,使支护结构造价最低。

适用性是指方案在施工中采用适当的工艺、工序,可以使设计更经济合理,既满足规范要求,又不过量配置材料,也不影响支护结构的使用功能。

基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。基坑支护结构极限状态可分为下列两类;

(1)承载能力极限状态∶对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏。

(2)正常使用极限状态∶对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。

根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求,基坑支护应进行下列计算。(1)根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算。(2)基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算。

(3)当有锚杆或支撑时,应对其进行承载力计算和稳定性验算。

(4)对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁,还应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。

我国现行行业基坑支护执行的是《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)和《建筑基坑工程技术规范》(YB9258-97)。基坑支护结构设计应根据表1-1选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。

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支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的影响,对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级建筑基坑侧壁,应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。

当场地内有地下水时,应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础形式等因素,确定地下水控制方法。当场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时,应对基坑采取保护措施。

基坑支护设计内容应包括对支护结构计算和验算、质量检测及施工监控的要求。当有条件时,基坑应采用局部或全部放坡开挖,放坡坡度应满足其稳定性要求。基坑支护工程的设计与分析主要考虑的是岩土与支护结构物的共同作用,正是由于环境介质的不确定性,使得基坑支护设计理论和计算方法与地上建筑结构有较大的区别,同时涉及到更加复杂的因素。支护结构的稳定与安全是地下工程施工的前题与保障。因此,对于支护工程的设计和计算都应在下列方面有足够的安全裕度;

(1)支护结构的抗倾覆性,基坑上部边坡不应产生明显变形,造成周围建筑发生裂缝。

(2)支护结构体底部与土体之间的抗滑性,不应出现滑动,使支护结构体失效。

(3)土体的稳定性,被支护土体深部不应出现圆弧滑动,引起支护结构整体失稳。

(4)在地面及附加荷载作用下,锚索的抗拉强度应大于所承受的拉力。

(5)支护结构自身强度应满足抗弯、抗剪及轴向抗张、抗压要求。(6)支护结构的地基强度不能发生沉陷与基坑隆起。二、基坑支护工程设计的一般规定在选择基坑支护方案前,应完成下列工作∶

(1)搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础等资料。

(2)根据工程的设计要求,确定基坑支护的目的、范围和达到的各项技术经济指标。

(3)结合工程情况,了解本地区基坑支护经验和施工条件以及其他地区相似场地上同类工程的基坑支护经验和使用情况等。

设计前应认真分析地质地层条件、周边环境及基坑特征,综合考虑以确定支护结构的平面布置与高度位置。根据地层、荷载、环境、技术和经济条件确定支护结构的类型与截面尺寸,支护结构应与周围环境相协调,应保证支护结构设计符合相应规范、条例的要求。

基坑支护方法的确定按下列步骤进行;

(1)根据荷载大小结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、环境情况和对邻近建筑的影响等因素,初步选定几种可供考虑的基坑支护方案。

(2)对初步选定的基坑支护方案,分别从原理、适用范围、效果、材料来源及耗材、机具条件、施工进度和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比,选择最佳的基坑支护方法,必要时也可选择两种或多种基坑支护措施组成的综合方法。

(3)对已选定的基坑支护方法,宜按建筑物安全等级和场地复杂程度,在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工,并进行必要的测试,以检验设计参数和处理效果,如达不到设计要求时,应查找原因采取措施或修改设计。

基坑支护技术人员应掌握所承担工程的目的、加固原理、技术要求和质量标准等。对重要的建筑基坑,在支护设计中应有位移监测内容。

在设计中应对施工给出指导性意见。设计还要结合在工程施工中的监测资料,对原设计方案做必要的修正,并对可能发生的危害进行预防。

基坑支护的具体做法可以因地制宜,并且还可以创造出一些新的方法。各种基坑支护方法都有其适用范围,在几种方法都适用时,则应根据其他条件来选定。在基坑支护中许多参数的确定以及加固的实际效果,应由现场确定。

基坑支护结构整体是一个各部分有着内在联系的共同作用系统,设计时要综合考虑地层的物理力学性质、上部荷载位置、支护结构的选型、材质、锚索的锚固特征、施工方法、环境影响、造价及工期等多种因素。这些因素各有特点,有密切联系,构成了一个复杂的系统,因而基坑支护结构设计应有系统分析的理念,以安全性、经济性和适用性为目标,以规范为指导,将施工、环境要求综合考虑,对方案优化改进,使系统各方作用协调,保证基坑支护结构设计的目标得以实现。