柳州某超高层地下连续墙基坑支护的设计与分析

2023-05-23熊英明

中国建筑金属结构 2023年4期

熊英明

（柳州市建筑设计科学研究院有限公司，广西柳州 545001）

0 引言

随着经济社会的不断发展和城市化进程的不断推进，超高层建筑不断涌现，深基础项目也不断增多，对深基坑技术及其设计要点的要求越来越高，有必要对深基坑技术和设计要点进行更深入、详细的分析和研究。曹慧课题组研究了高层建筑深基坑支护设计和施工管理控制措施分析的深基坑设计，提出了支护工作是最关键的环节[1]。赵阳团队针对天津市和畅园项目深基坑工程支护设计与施工分析做出的研究可知，深基坑工程支护设计与施工不当不仅会影响施工质量和性能，还会危及施工安全，甚至造成人员伤亡和财产损失，安全生产必须保障[2]。迟延飞和他的团队合作者就岩土工程中的深基坑支护设计问题展开分析，详细阐述了深基坑支护设计的参数设计[3]。因此，必须科学控制深基坑支护设计，以取得良好的支护效果，最大限度地保证深基坑结构的稳定性和安全性。为此，本文分析深基坑支护的设计要点和对策，为其在实践中不断完善和优化深基坑支护技术提供参考。

1 工程概况

本项目位于高楼林立的城区，占地面积约24 590.5m2，四周高层建筑居多，同时面临城市道路的车流动荷载的影响，为保证基坑周边地面和建筑物的安全，需要采用严格的支撑措施。经过不断的方案优化和论证，最终采用地下连续墙基坑支护方案，图1 是本项目所在位置。

图1 本项目所在位置

2 深基坑支护工程的主要内容和施工特征

2.1 主要内容

深基坑工程是一项复杂的系统工程，为了达到设定的效果，必须认真做好相关工作。（1）对场区进行岩土工程勘察和工程调查，确定场区内的岩土参数、地下水参数等，并分析周边建筑物、地下埋设物、城市道路管网等随地层移动的限值，这些数据对于支护结构方案的设计至关重要；（2）根据勘察结果和基坑环境的具体情况，设计合理的安全支护方案，并制定可行的支护结构方案；（3）进行基坑支护与开挖施工，包括支护工程、降水工程、土方工程等的施工组织设计与实施，在施工过程中，必须严格按照设计方案进行施工，并根据实际情况及时调整。（4）进行有效的基坑监控，制定合适的监测方案，根据监测数据和信息及时指导下一步的施工。每个环节都需要认真负责，做好详细的施工计划和安排，避免出现重复率过高的问题[4]。此外，还需要加强施工过程中的交流和协作，加强沟通，统筹管理，才能做到科学规划、科学管理和优质施工，确保深基坑工程的安全稳定、高质量、高效率完成。深基坑支护咬合桩锚索施工方案如图2 所示。

图2 深基坑支护咬合桩锚索施工方案

2.2 施工特征

2.2.1 城市超高层建筑工程深基坑支护影响因素众多

地质工程中的条件非常复杂，如果这种情况下的荷载结构制作不当，将对荷载技术的应用效果产生负面影响，危及整个工程的质量和安全。因此，在岩土工程深基坑支护的具体设计中，设计者必须考虑各种因素，特别是必须充分考虑和充分理解土壤和岩石结构的变化，避免各种因素对结构安全性的不利影响，确保整个工程的质量和安全见表1。在深基坑支护的设计过程中，需要考虑到不同的地质和地形条件，比如土壤的类型、岩石的坚硬程度、地下水位和地面沉降等因素。如何在这样的条件下进行荷载结构的制作，确保其质量和安全性，是设计者必须面对的难题。

表1 岩土工程深基坑支护设计中的主要问题以及解决方法

2.2.2 深基坑支护工程的主要内容和施工特征

与整体深基坑支护相比，岩土条件下的基坑支护技术难度更大，在此基础上，进行深基坑支护的设计时，需要进行详细的勘探和分析，以便对地质和地形条件有更为准确的了解。同时，还需要进行充分的计算和模拟，以便确定荷载结构的制作方案。在设计过程中，需要考虑到不同的荷载情况，比如静荷载、动荷载和地震荷载等，根据不同的荷载情况，选择合适的荷载结构，以确保其能够承受不同的荷载作用。在进行荷载结构的制作时，需要选择合适的材料和工艺，以确保其质量和安全性[5]。同时，还需要进行充分的质量控制和安全监测，以便及时发现和解决问题。综上所述，在进行岩土工程深基坑支护的具体设计时，需要考虑到各种不同的因素，特别是地质和地形条件的特殊性和施工工程的困难性。在取样过程中，一些研究人员没有充分关注岩土条件下支撑深基坑的结构，因此没有遵循严格正确的取样方法。一些土壤取样方法甚至缺失，在这种情况下，很难有效保证土壤搜索数据的真实性[6]。目前，我国土壤勘探的相关标准和要求非常明确和严格。流程的任何缺失或修改都将导致无法估量的后果。由于缺乏专业知识和经验，一些研究人员没有充分了解相关标准和要求，无法严格按照标准的规定对各种土壤参数进行详细测量，这也容易造成许多问题，从而对基坑的支撑造成明显的不利影响。

3 岩土工程深基坑支护设计中的主要问题

3.1 力学参数的选择缺乏科学性

为了降低深基坑工程设计和施工过程中的重复率，必须严格遵守科学规范，确保力学参数的正确选取和使用。在地质工程中，设计深基坑支护需要综合考虑多个因素，包括被动土压力、主动土压力等参数的影响。此外，岩土内摩擦是研究地质工程中土壤破坏程度的主要力学指标，在深基坑的支护设计中也具有重要的作用[7]。因此，在进行深基坑支护设计时，必须严格选取和使用这些参数，以确保设计方案能够满足实际施工要求，避免结构变形等问题的发生。在设计过程中，需要充分利用现代设计软件，引入适当的参数，并结合实际情况进行调整和优化，以确保深基坑支护结构的稳定性和可靠性。最终，只有全面落实科学规范和标准，合理选取和使用力学参数，才能确保深基坑施工的安全性和高效性。这将导致土壤塌陷和其他问题，甚至严重的安全事故，内力取值见表2。

3.2 支护设计和实际施工偏差较大

目前，设计计算理论与实际工程的地质情况具有一定的差异：（1）计算理论不是很完善，一些参数选取具有经验的因素，而地下土质情况千变万化；（2）土力学计算理论是在基本假条件下成立，而假定条件与实际不一定吻合；（3）实际施工工程中，遇到的一些地质变化情况会与原设计图纸不符；（4）基坑的施工是一个动态过程，而设计一般是在静力学情况下的计算，设计因素考虑不周就会造成施工过程中危险的存在。

4 岩土工程深基坑支护设计管理的优化策略

4.1 注重力学参数的科学性

为了提高深基坑支撑的设计质量，在岩土条件下进行深基坑支撑设计时，设计单位需要进行全面分析施工现场的地质和水文条件，并根据这些数据结合现有的现场数据，使用先进的技术和软件对最重要的力学参数，特别是土壤凝聚力进行科学的计算和评估，为深基坑的设计提供充分科学合理的数据支持。在采取新的设计方法和形式前，设计人员需要对机械参数进行科学选择，并在充分了解施工现场的情况和需求的基础上，结合现有的技术和经验进行方案制定见表3。在方案制定的过程中，设计单位应注意规范结构设计，确保施工效果的稳定和可靠，同时也应充分利用现代设计软件进行合理的设计和生产，以确保深基坑施工的安全性和高效性。在深基坑支撑设计的过程中，设计单位需要全面考虑各项因素，注重创新和实践，不断提高设计水平和应用技术，以确保深基坑施工的安全性和高效性。通过这样的努力，可以有效降低重复率，提高深基坑支撑设计的质量和效率。

表3 岩土工程深基坑支护设计问题的主要解决策略分析的表

4.2 注重土体取样流程的规范性

在设计深基坑以保护适当的土壤质量指数时，设计单位应在采样的早期做好工作，以确保数据的完全准确性。设计单位和相关研究人员需要在设计深基坑支护方案时注重施工现场土壤的不同力学指标，以确保设计方案的科学性和可行性。由于深基坑支撑方案是科学制定的基础，力学指标是设计方的保证，因此土壤取样和数据收集必须准确无误，为深基坑的后期保护提供有效的数据支持，为其设计质量提供良好的保证。在实际设计中，设计单位和相关研究人员应注重土壤力学参数的测试和分析。通过科学的土壤取样方法和准确的数据收集，可以获取准确的土壤力学参数，如土壤密度、黏聚力、内摩擦角等，这些参数对深基坑施工过程中的支撑措施和施工安全至关重要。在进行土壤测试时，要根据具体情况选择合适的测试设备和方法，例如三轴试验、钢筋套筒法、动力触探法等。同时，设计单位和相关研究人员也应该结合工程实践和经验，对测试结果进行科学分析和评估，以确定土壤的力学特性和实际情况。通过科学准确的土壤取样和数据收集，可以为深基坑支撑的设计提供有效依据，确保支撑方案的科学性、可行性和高效性，从而保障施工过程中的安全和稳定性。

4.3 注重深基坑支护设计理念和技术的创新性

针对岩土工程条件下深基坑支护领域存在的重复率问题，设计单位和相关设计人员需要在保证标准的基础上，注重深基坑支撑理念和技术的进一步创新。随着建筑业的快速发展，越来越多的新技术已被引入并应用于建筑项目的规划和施工，同时在具体应用中也取得了非常令人满意的结果，特别是在岩土条件下的深基坑支撑领域。

近年来，技术含量不断提高，越来越多的新技术和新材料被用于设计和建造深基坑支撑，例如，人工冻结法、大直径桩法、悬臂支护法、预制箱形钢支护等都被广泛应用。因此，在具体深基坑支撑设计过程中，设计单位和相关设计人员应引入适当的新技术和新材料，充分利用现代设计软件进行合理的设计和生产，以确保深基坑施工的安全性和高效性。并在其设计方案中对深基坑支护结构合理应用新的防护材料，只有提高深基坑支撑结构的设计质量，确保岩土条件下深沟结构的最大安全性，为所有结构的质量和安全奠定坚实基础。