建筑施工论文范文浅析基坑支护及基础设计
发布时间：2013-07-27
摘要：基坑工程采用桩式支护;为减小主裙楼连体建筑差异沉降，基础采用变刚度调平设计。
关键词：桩式支护,变刚度调平设计
本文对某高层的基坑支护及基础设计中所选用的桩式支护及基础变刚度调平设计这两项作大概介绍，并与其他方案作对比，并提出笔者自己的建议。
一、 工程资料
本工程地上12层，地下一层，地上高度43.78米，地下室高度4.5米。占地面积1400平方米，其中纯地下室部分700平方米。
建筑物背面距围墙仅2.6米，且围墙高4.5米，围墙内属重要管辖区，所以围墙属重要建筑，在施工过程中严禁对此围墙造成损坏，故无法实现开挖放坡。
场地内土(岩)层性质和分布情况上部为第四系中的杂填土和粘性土组成;下部为白垩系中的强风化、中风化和微风化泥质岩组成。其中杂填土平均厚度为2.3米;粘性土层平均厚度为1.6米，地基承载力的特征值fak=214Kpa;强风化泥质岩平均厚度为1.7米;地基承载力的特征值fak=420Kpa;中风化泥质岩平均厚度2.3米，标准值为frk=2411Kpa;微风化泥质岩，标准值为frk=3912Kpa.
二、基坑支护设计
1、支护结构选型
根据现场实际情况，地下室边缘(建筑物背部)距围墙仅2.6米，且围墙高4.5米，围墙内属重要管辖区，所以围墙属于重要建筑，严禁在基坑施工过程中对此有丝毫的损坏。根据《建筑地基基坑支护技术规程》(JGJ120-99)3.1.3规定：此基坑侧壁安全等级为一级，即支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重。按照3.3.1规定，支护结构选型应为排桩或地下连续墙。
根据施工现场场地条件，选用排桩作为支护结构。
根据地质勘察报告，场地范围内允许采用人工挖孔桩，结合施工进度及经济效益要求，选用人工挖孔灌注桩。
2、基坑支护结构设计
(1)设计资料
土容重r=19.0kN/m3，
杂填土：内摩擦角φ=5.4°,粘聚力c=14.15kpa，土层高h=2.3米;
粘土：内摩擦角φ=12.5°,粘聚力c=25.98kpa;土层高h=1.6米;
强风化泥岩：特征承载力420kpa，岩层高度1.7米;
中风化泥岩：抗压强度标准值2411kpa，岩层高度2.3米;
微风化泥岩：抗压强度标准值3912kpa。
地面超载q=20kN/㎡
地下水埋深：现有地面(标高-1.2米)以下1.5米，本工程采用的支护方案不能封水，故不考虑水压力。
基坑深度3.6米(施工场地地面以下)，虽然承台位基坑深度为4.6米，但考虑到此深度已经到达强风化岩层0.7米，且承台只是局部存在，故以3.6米深度设计。
场地侧有约1米高土坡，此土坡在此之前已经是稳定状态，考虑到施工对其会有所扰动故在抗倾覆验算时把土层高度按4.6米设计，且1米土坡按杂填土设计。
本工程采用桩径1.2米人工钻孔桩支护，桩长9.5米间距2.4米，C25混凝土，桩顶加设冠梁。分段开挖后于桩间放置挡土木板。
(2)受力计算
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)6.6.3-1计算(分为主动土压力系数、主动土压力、被动泥岩压力、合力计算)
主动土压力系数计算：
Ka1=tan2(45-φ/2)=0.83
Ka2=tan2(45-φ/2)=0.64
主动土压力：
被动泥岩压力
(3)抗倾覆稳定性验算：
满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)6.6.5-2公式规定的大于1.6的要求.
(4)配筋验算
桩身配筋如下图(纵筋通长，每隔2米加设加劲箍)
三、 基础变刚度调平设计
1、设计思路
本工程主体部分柱底应力为4000~8000kN，而纯地下室部分柱底应力仅为500~1000kN。为减小沉降差异和承台内力，采用强化与弱化结合，减沉与增沉相结合，做到局部平衡，整体协调，形成与荷载分布相匹配的桩土支承刚度体系。考虑采用基础刚度调平设计。根据地质资料，强风化泥质岩埋深约为4.0米，而地下室标高为-4.3米，可将强风化强风化泥质岩作为纯地下室部分的天然基础持力层。
2、基础设计
(1)主体部分
采用人工挖孔灌注桩，桩径为1.5米，扩大头部分为2.0~3.0米，以微风化泥质岩为持力层 ，入岩深度为1.5米。
单桩承载力按照《广东省建筑地基基础设计规范》(DBJ 15-31-2003)10.2.4规定：桩端进入中风化、微风化岩的嵌岩桩，单桩竖向承载力按下式计算，当桩端扩大时，C2=0，故：
扩大头为2.0米：
Ra=Rsa+Rra+Rpa= u∑qsiali+up C2 frs hr + C1 frp AP
= 3.14x1.5x0.04x4000x1.5+0.32x4000x3.14x22/4
=5149 kN
扩大头为3.0米：
Ra=Rsa+Rra+Rpa= u∑qsiali+up C2 frs hr + C1 frp AP
= 3.14x1.5x0.04x4000x1.5+0.32x4000x3.14x32/4
=10173 kN
桩身强度验算：
桩身混凝土强度等级为C25，故
0.7x11.9x3.14x7502=142712 kN
综上：
取扩大头为2.0米的桩单桩竖向承载力特征值Ra=5000kN.
取扩大头为3.0米的桩单桩竖向承载力特征值Ra=10000kN.
(2)纯地下室部分采用天然地基基础，以强风化泥质岩为持力层，基础平面尺寸最大为2.0×2.0米，基础高度为0.6米。
3、经济方面比较
纯地下室部分采用桩基础，共25根桩，造价约为20万，工期约为50天;
纯地下室部分采用天然地基基础，造价约为3万，工期约为10天。
两者比较后者节省17万元，节省40天工期。
四、结束语
1、基坑支护设计
基坑施工过程中边坡没有出现下滑，土体没有出现超规范变形，对围墙没有任何的损坏。
2、基础设计
现此高层已经竣工，沉降观测数据表明：主体与纯地下室部分几乎没有沉降差，满足规范要求。证明基础刚度调平设计是可行的，经济效益是明显的，既为业主节省了造价，又为施工单位大大缩短了工期。
参考文献:
[1]JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》 北京：中国建筑工业出版社
[2]GB5007-2002《建筑地基基础设计规范》北京：中国建筑工业出版社
[3]GB5010-2002《混凝土结构设计规范》北京：中国建筑工业出版社
