第 1 章 绪论
1.1 前言
当今时代下土木工程的主要特征是由城市建设的立体化、交通节奏的高速化和生活环境的改善所体现出来的。而在现代生活中对城市建设的一项重要的内容就是对城市三维空间的开发,其首先表现为如今的建筑结构主要形式多为高层建筑,其次是人们对于地下空间的开发与利用不断增加,诸如大型地下停车场、地下商场、建筑物地下室以及地下人防工程的大量修建,也因此出现了大批量的深基坑工程[1]。 在目前的工程项目中,基坑支护结构多数都采用临时性结构,虽然大多使用期限为一年,但是对于支护结构与施工方式的选择往往都会对项目的工期、经济效益等带来巨大的影响。特别是在一些软土区域进行的施工,成本更高、风险更大,单单是支护的费用就可能达到数千万元。因此深基坑工程已然成为了建设工程中极其重要的一个部分,目前这已经得到了大家的一致认可。 由于早期的基坑都比较浅,因此放坡开挖是早期最主要的基坑开挖的方式,但是随着经济的不断发展,深度与规模大的基坑越来越多,再加之有些工程受到场地的限制等原因,也就随之出现了支护开挖,发展到现在其形式也有几十种之多。但是从机理上来说的话最早的还是放坡开挖,之后才出现悬臂式、拉锚式以及组合型等形式[2]。近些年,特别是在进入新世纪之后,随着我国的经济和现代化建设的高速发展,对基坑工程提出了越来越苛刻的要求,比如大多数基坑都毗邻其它既有建(构)筑物,这就使得基坑的设计和施工变得越来越复杂[3]。安全、经济、合理的利用开发地下空间成为现在工程建设者们面临的一个共同的难题。由此,基坑工程学也就应运而生。
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1.2 深基坑工程的特点及存在问题
深基坑工程在建筑工程中占有举足轻重的作用,是工程重要的组成部分之一,其发展的好坏直接制约着建筑业的发展。根据基坑工程的施工特点,可将其分为无支护开挖工程和有支护开挖工程两种方法。但是,由于我国地少人多,特特别是北方地区人均占地面积较少,这就使得我国建筑业不断的向着地下和空间发展,导致许多高层建筑拔地而起,且城市中高层建筑的基坑一般采用有支护开挖的方法。 随着城市中大量的涌现高层建筑,深基坑工程得到广泛的应用,但是受到周边建筑物等环境的影响,使得一些传统的基坑支护方法受到限制,因而深基坑的开挖与支护受到工程界的广泛关注,特别是进入新世纪以来,深基坑工程中暴露出来越来越多的问题,使其逐渐成为建筑工程领域的热点与难点问题。总体来说,目前我国深基坑的支护与开挖工程拥有如下几个特点:(1)基坑的深度逐渐加深。随着现代化建设的不断发展,大量的人口不断涌向城市,然而城市人口迅速增加造成的后果就是土地资源日益紧张,为了适应更多的人口,更为了经济利益的最大化,许多开发商不得不向空间发展。在上世纪八、九十年代,即使是在大城市中高层建筑也是屈指可数的,地下也不过 1-2 层而已。而在如今,即使是在二、三线城市之中,高层建筑也是鳞次栉比,有的地下大型停车场已经建到了 3-4 层,部分基坑深度甚至达到几十米[4]。(2)基坑的支护方法逐渐增多。随着现代科技的进步,基坑的理论知识不断加强,施工经验的不断积累,各式各样新的基坑支护方法不断增多。(3)工程的施工场地、环境以及地质条件越来越严峻。改革开放后伴随着经济建设的发展,高层建筑、超高层建筑的数量急剧增加且不断刷新着纪录。并且无一例外的集中在城市中最繁华地带。然而繁华地带也正是人口最为集中,建筑物最为密集的地区,就造成交通拥挤且可选施工区域小,在此种情况之下,基坑工程不仅仅要保证本工程的安全施工还要保证周边建筑物、道路、管线的正常使用。因此,地质条件和施工环境差也成为当今世界深基坑工程领域的一大特点。
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第 2 章 双排桩支护结构体系主要分析方法
2.1 双排桩支护结构简介及特点
双排桩支护技术作为一种新型的支护技术,在工程中的应用日趋广泛,前景可观。其结构可以理解为是由原来密集的单排桩中部分桩向后移动了一定的距离,形成两排平相桩,并与桩顶的连梁和冠梁共同组成门式框架支护结构[38]。在这种支护结构中,刚性较大的冠梁将桩顶连接在一起,有效地控制了结构的变形,是结构的侧向刚度大大提高。在严格控制变形、环境多样性的工程中,双排桩支护技术是一种应用比较客观的支护技术。 双排桩支护结构特点可以综述为:(1)桩和土共同作用从而改变土本身的侧压力分布形式,这使得整体结构应力分布更加均匀,土体所承受的支护效果更佳。(2)此种支护技术能够提升门式框架结构整体性的刚度和稳定性。(3)前排桩主要承担土压力对于土体的作用,与此同时后排桩起到了支档与拉锚的稳固性双重作用,从而分担了主动土压力对于土体的作用效果。
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2.2 双排桩支护结构的布置形式及优缺点
双排桩支护技术在我国的应用非常广泛,其研究前景也异常广阔[38],尤其对于基坑周边环境复杂,变形控制要求高的工程都取得了良好的效果。如前文所述,双排桩支护结构体系是由原来密集的单排桩中部分桩向后移动了一定的距离,形成两排平相桩,并与桩顶的连梁和冠梁共同组成门式框架支护结构,因此双排桩支护结构的布桩形式就较为灵活,其主要的布桩形式有:矩形格构式、梅花式、以及连拱式、折线式、丁字式、双三角式等[39],其组合形式如图 2-1 所示。单排悬臂桩是通过桩身嵌入基坑底部足够深度的土体内,来获得基坑土体足够的反向作用力来平衡桩后土体的侧向压力,其结构的整体稳定性便以此来维持,但桩顶的内力与位移的变形仍然较大;但是在双排桩支护体系中,由于其前后排桩与桩顶的刚性连梁形成了一个空间的超静定结构,使其整体的刚度得到了大大的提升,再加上由于前后排桩之间的作用形成与侧压力反向作用的力偶,抵消了倾覆力矩的原因,使得双排桩结构的内力与位移得到了明显的降低。悬臂式双排支护桩是一种超静定结构,能够在复杂的环境下根据荷载的不同调整自身的内力,使之适应复杂而又难以预计到的荷载条件;而单排悬臂桩为静定结构,往往不具备此功能。
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第 3 章 工程实例设计与分析 ......... 25
3.1 工程概况 ......... 25
3.1.1 总述 ........ 25
3.1.2 本工程的施工目标 ............. 25
3.2 工程地质概况 ........... 26
3.2.1 地形地貌 .......... 26
3.2.2 地层土质 .......... 26
3.2.3 场地地下水 ..... 27
3.3 双排桩支护部位的方案优化 ..... 28
3.3.1 编制依据的规范规程 ......... 29
3.3.2 基本参数选取与确定 ......... 29
3.3.3 支护方案的优化 ....... 30
3.4 双排桩支护方案设计与计算结果 ....... 34
3.5 本章小结 ......... 46
第 4 章 基坑支护工程的监测设计 ........... 47
4.1 基坑监测内容及目的 ........ 47
4.2 基坑监测的设计原则 ........ 47
4.3 基坑监测频率 ........... 48
4.4 基坑变形报警值及应急措施 ..... 49
4.5 本工程监测方案 ...... 51
4.6 基坑的监测结果 ...... 53
4.7 本章小结 ......... 54
第 4 章 基坑支护工程的监测设计
4.1 基坑监测内容及目的
监测工作主要内容是对基坑边坡的水平方向和竖直方向位移进行监测,为了保证基坑工程在施工期间的安全,因此对基坑工程边坡的具体监测方案如下: (1)支护结构水平方向和垂直方向的位移进行监测; (2)定期对地表的开裂程度(开裂的位置与裂缝的宽度)进行观察; (3)按规定对周边建筑物的水平方向和垂直方向的位移进行监测; (4)采用沿基坑周边布置监测点的方法对基坑的水平方向进行监测,观察点宜在变形较大或者受力较大以及地质条件不利的地段设置。 在实际的基坑工程中,往往都会对基坑进行监测,其目的主要是:(1)能够真实准确客观的反映出工程的实际质量,能够使参建单位把握工程质量掌握住工程中关键部分的各项指标,切实保证工程的安全。(2)通过施工过程中测得的真实数据与工程设计采用的假设与参数作比较,来检验其假设与参数的正确性,如发现问题能够及时的采取措施,通过改进施工技术或调整设计参数和方法,以使工程求得更加良好的效果。 (3)基坑在开挖过程中可能会对四周临近建筑物及周围地下管线带来安全隐患,因此对基坑监测能够及时准确的预报在开挖过程中对基坑本体或周围环境可能带来的安全隐患,从而更好地确保基坑与周围环境的安全。(4)通过监测来累积类似的工作经验,且为日后的基坑工程提供实测数据基础,为提高工程的整体施工水平提供支持。
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结论
双排桩支护结构是近些年新兴起的一种深基坑支护形式,在这种支护结构中,刚性较大的冠梁将桩顶连接在一起,有效地控制了结构的变形,使结构的侧向刚度大大提高。目前,双排桩支护结构在我国很多深基坑工程中已经得到了广泛的运用,尤其对于基坑周边环境复杂,变形控制要求高的工程都取得了良好的效果。 本文总结了双排桩支护结构体系的国内外现状及其工作特点,阐述了双排桩支护结构的主要计算方法、计算模型及各自的优缺点和适用条件;并在此基础上,结合工程实例,运用北京理正 7.0 软件对实例中双排桩支护部分进行了计算分析,得出了以下结论:
(1)根据深基坑的发展现状,工程特点以及主要支护形式等问题,对双排桩的特点、布桩形式以及其结构形式的优缺点进行了分析,并归纳了目前双排桩支护结构体系主要的计算方法。
(2)在其他条件完全相同的情况下,分别对不同的桩长、桩径及桩间距的不同取值进行了分析,通过对结构自身的安全系数、桩身的内力、弯矩、变形以及对地表沉降的影响等数据对比,再结合经济合理、施工便利的原则,得出本工程中桩长选取 20m、桩径选取 800mm、桩间距选取 1.7m 的方案为最优方案。对于深基坑双排桩支护工程而言,减小桩长、桩径或者桩间距增加均会使结构的位移、剪力及弯矩等方面产生明显的增加。因此,减小桩间距或者增大桩长、桩径均能有效的控制基坑的变形。
(3)对于选定的最优方案进行了分析计算,分别得出了该方案下的结构的位移、剪力、弯矩及地表沉降数据,并对其整体稳定性、抗隆起稳定性、抗倾覆稳定性、抗承压水以及嵌固深度进行了验算,均符合相关规范的要求。
(4)深基坑工程的支护过程是一个动态的过程,因此监测就显得十分重要,本文通过监测结果与计算结果的对比分析,得出的各项数据均达到预期的效果,验证了最优方案的可行性。
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参考文献(略)