高層建筑地下車庫基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

第第頁高層建筑地下車庫基坑支護(hù)設(shè)計(jì)【摘要】分析了高層建筑地下車庫基坑支護(hù)合理性設(shè)計(jì)的意義。以某小區(qū)高層建筑為具體案例，分析其基本參數(shù)，并以此為依據(jù)，提出了設(shè)計(jì)方案。最后，進(jìn)行了載荷分布的計(jì)算和穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明，該方案的設(shè)計(jì)較為合理，能夠滿足安全使用的目的。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；地下車庫；基坑支護(hù)

在高層建筑當(dāng)中，車庫通常屬于建筑物的地下結(jié)構(gòu)。在該處展開施工時(shí)，需要挖掘基坑[1]，同時(shí)必須采取支撐措施，即支護(hù)設(shè)計(jì)。這么做的目的，是將基坑的支護(hù)作為一種臨時(shí)的支撐措施，一直到地下車庫的主體結(jié)構(gòu)完工為止。由上述情況可知，臨時(shí)的結(jié)構(gòu)支撐措施，相對(duì)于車庫完工后的長(zhǎng)久安全結(jié)構(gòu)而言，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要稍微低一些，故從安全性來講，該方式比主體支撐結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)要低。因此，如何對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使其在使用期間，能夠滿足強(qiáng)度要求，達(dá)到安全工作的目的，是在地下車庫的施工過程中，必須面對(duì)的一個(gè)問題，它對(duì)于整個(gè)工程的順利完工，具有舉足輕重的意義。由此，本文基于成都市某小區(qū)的一幢高層建筑的地下車庫實(shí)際案例進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體條件參數(shù)因地制宜，選擇了合理的施工方法、并從強(qiáng)度分析的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出了合理的基坑支護(hù)系統(tǒng)。

1.工程基本參數(shù)

1.1工程氣象條件

已知成都地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明。根據(jù)2005―2012年的氣象統(tǒng)計(jì)來看，年平均溫度為16℃。夏季最高氣溫為35℃，冬季極端低溫為-6℃。全市平均年降雨量為1000mm，陰天多，空氣較為潮濕。

1.2工程參數(shù)條件

以成都市的某小區(qū)為研究對(duì)象，已知該小區(qū)處于高新區(qū)西區(qū)大道東面，合計(jì)有20幢，每幢的結(jié)構(gòu)和戶型均一致。為研究方便，本文僅取其中1幢的地下車庫基坑支護(hù)作為設(shè)計(jì)對(duì)象。該幢建筑共有19層，每層面積為358m2，總的建筑面積為6563m2。

1.3工程地質(zhì)條件

整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的施工地質(zhì)條件，即土層構(gòu)成情況包括：（1）人工填土層；（2）新近沉積層；（3）一般第四紀(jì)沖洪積沉積層。鉆孔孔口的地面高程范圍為：3.50m―5.35m。

2.支護(hù)施工方式的選擇

2.1施工類型的確定

地下車庫的基坑支護(hù)施工，最常采用的方式[2]是明挖法、蓋挖法、暗挖法三種。由于本小區(qū)屬于二類民用高層建筑，由已知條件可知位置處于道路東側(cè)。因此，基坑支護(hù)的施工并不影響道路的交通，再充分考慮施工的難度、防水質(zhì)量、工期等要求，車庫的支護(hù)施工方式，宜選用明挖法。其基本工序是：（1）降低地下水位；（2）邊坡的防護(hù)；（3）挖掘土方；（4）整體結(jié)構(gòu)的施工；（5）展開防水工程措施。

2.2施工工藝的選擇

2.2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的方案確定

明挖法的方式包含多種圍護(hù)類型，例如：放孔開挖、鉆孔咬樁、地下連續(xù)墻等。因此，在類型的選擇上，許根據(jù)工地現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和圍護(hù)類型的特點(diǎn)來確定。根據(jù)工程施工的經(jīng)濟(jì)性、對(duì)周邊環(huán)境的影響小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)擬選用鉆孔灌樁法。

2.2.2支撐形式的選擇

在目前的大多數(shù)民用高層建筑地下結(jié)構(gòu)施工中，通常采用的支撐類型有鋼支撐和錨桿支護(hù)兩種。而具體到該案例中，二者均可采用。然而，通過兩種方法的比較可知，雖然施工質(zhì)量都滿足要求，但錨桿支護(hù)的方式較之前者而言，工序更為簡(jiǎn)單，易于操作，且工期更短。故工程的支撐形式選用錨桿支護(hù)。

3.基坑支護(hù)中荷載的計(jì)算

地下車庫的施工方式確定之后，需進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算工作，以保證支護(hù)的性能安全可靠。

3.1基本載荷參數(shù)的給定

在設(shè)計(jì)基坑支護(hù)時(shí)，需預(yù)先估計(jì)部分參數(shù)，以作為后續(xù)強(qiáng)度運(yùn)算的依據(jù)。結(jié)合該小區(qū)建筑的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)[3]，相關(guān)參數(shù)給定如下：

（1）支護(hù)的自重：在設(shè)計(jì)過程中，基坑支護(hù)擬采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，故自重參數(shù)給定為23。

（2）施工載荷：該數(shù)據(jù)取經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

3.2水平載荷的計(jì)算

在該工程中，首先需要對(duì)砂土載荷進(jìn)行計(jì)算[4]，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，計(jì)算區(qū)域取地下水位以上的部分，其表達(dá)式為：

（1）

（2）

式中，-第i層的主動(dòng)土壓力系數(shù)；

-作用于深度處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

-計(jì)算點(diǎn)深度（m）；

-第i層土的內(nèi)摩擦角（0）。

粉土和粘土的水平載荷計(jì)算公式如下所示：

（3）

式中，-三剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值（）。

3.3抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[4]的內(nèi)容可知，基坑內(nèi)側(cè)粘土的水平抗力表達(dá)式為：

（4）

式中，-豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（）。

假設(shè)存在i層粘土，則該層粘土的被動(dòng)壓力系數(shù)取值可按下式計(jì)算：

（5）

式中，-為本層粘土的內(nèi)摩擦角（0）。

因?yàn)槌啥嫉貐^(qū)的降雨豐富，故地下水位通常處于整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)的下方。因此，施工過程中，基本是無水操作。

將已知參數(shù)代入公式（4）―（5），計(jì)算結(jié)果如表1所示：

表1抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算結(jié)果

層數(shù)（m）（kPa）（kPa）

9～106.12.322124.7

3.4計(jì)算支點(diǎn)反力的計(jì)算

計(jì)算支點(diǎn)反力的計(jì)算，首先需要將支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化。故假設(shè)基坑支護(hù)為連續(xù)的梁，則其荷載的類型為：土壓力、地面荷載。假設(shè)土的壓力處于零點(diǎn)坐標(biāo)位置。則距離基坑底部的距離為2.4m。在系統(tǒng)圖中垂直方向上定義A、B、C、D、E、F這5個(gè)計(jì)算點(diǎn)。故由圖1所示，F(xiàn)點(diǎn)處于無彎距狀態(tài)。

基坑支護(hù)系統(tǒng)整體等值梁的土壓力和地面載荷如圖2所示。

由圖1和圖2所示，將公式（1）―（3）代入，分別對(duì)A―F點(diǎn)進(jìn)行載荷計(jì)算。以A點(diǎn)為例，可以得出：

由此可得：

，

故可知B、C、D、E、F土壓力為；

。

4.鋼筋混凝土樁設(shè)計(jì)

由于支護(hù)設(shè)計(jì)中，采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。故在該步驟的操作中，需對(duì)周圍進(jìn)行均勻配筋。根據(jù)文獻(xiàn)[5―6]的數(shù)據(jù)，該工程施工的截面內(nèi)縱向鋼筋數(shù)量，則其抗彎承載力由以下公式得出：

（6）

其中，（7）

（8）

式中，―單樁抗彎承載力；

―混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

―土灌注樁橫截面積；

―圓形截面半徑；

圖1基坑支護(hù)簡(jiǎn)圖

圖2整體等值梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

5.穩(wěn)定性計(jì)算

穩(wěn)定性計(jì)算，是驗(yàn)證支護(hù)系統(tǒng)是否在工作期間，能夠安全運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)，由于工程的實(shí)際情況，無法在完成之后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)試驗(yàn)。故該部分的操作，主要是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真來完成，本文擬采用理正軟件來核算系統(tǒng)的穩(wěn)定性。模型的構(gòu)建中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，如圖3所示。

圖3系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算結(jié)果如表2所示：

表2穩(wěn)定性計(jì)算數(shù)據(jù)

土條寬度（m）安全系數(shù)弧度半徑（m）圓心坐標(biāo)X（m）圓心坐標(biāo)Y（m）

0.391.3620.84.2-7.56

由表2所示，結(jié)合文獻(xiàn)[7―8]數(shù)據(jù)可知，該穩(wěn)定性的計(jì)算滿足要求。

6.結(jié)論

針對(duì)成都市某小區(qū)高層建筑車庫的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，結(jié)合該工程的特點(diǎn)及地質(zhì)條件，選擇了明挖法作為施工方案。其次，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的計(jì)算用圖，進(jìn)行載荷，壓力等參數(shù)的強(qiáng)度核算，使其在理論上滿足使用要求。最后，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真分析，從計(jì)算結(jié)果來看，該車庫的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案，布局合理、工程量小，完全滿足要求。與此同時(shí)，我們也應(yīng)該看到，支護(hù)的設(shè)計(jì)是基于實(shí)際項(xiàng)目的具體情況，提出的特定可行性方案。對(duì)于不同的建筑施工項(xiàng)目，卻不能夠一概而論地盲目套用。因此，在建筑基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)中，必須要做到具體問題具體分析，有針對(duì)性地布局，才能夠設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定的地下車庫基坑支護(hù)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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