高层建筑地下车库基坑支护设计

第第页高层建筑地下车库基坑支护设计【摘要】分析了高层建筑地下车库基坑支护合理性设计的意义。以某小区高层建筑为具体案例，分析其基本参数，并以此为依据，提出了设计方案。最后，进行了载荷分布的计算和稳定性分析。结果表明，该方案的设计较为合理，能够满足安全使用的目的。

【关键词】高层建筑；地下车库；基坑支护

在高层建筑当中，车库通常属于建筑物的地下结构。在该处展开施工时，需要挖掘基坑[1]，同时必须采取支撑措施，即支护设计。这么做的目的，是将基坑的支护作为一种临时的支撑措施，一直到地下车库的主体结构完工为止。由上述情况可知，临时的结构支撑措施，相对于车库完工后的长久安全结构而言，其设计标准要稍微低一些，故从安全性来讲，该方式比主体支撑结构的安全系数要低。因此，如何对基坑支护进行合理的设计，使其在使用期间，能够满足强度要求，达到安全工作的目的，是在地下车库的施工过程中，必须面对的一个问题，它对于整个工程的顺利完工，具有举足轻重的意义。由此，本文基于成都市某小区的一幢高层建筑的地下车库实际案例进行分析，根据现场的具体条件参数因地制宜，选择了合理的施工方法、并从强度分析的角度出发，设计出了合理的基坑支护系统。

1.工程基本参数

1.1工程气象条件

已知成都地区属于亚热带季风气候，四季分明。根据2005―2012年的气象统计来看，年平均温度为16℃。夏季最高气温为35℃，冬季极端低温为-6℃。全市平均年降雨量为1000mm，阴天多，空气较为潮湿。

1.2工程参数条件

以成都市的某小区为研究对象，已知该小区处于高新区西区大道东面，合计有20幢，每幢的结构和户型均一致。为研究方便，本文仅取其中1幢的地下车库基坑支护作为设计对象。该幢建筑共有19层，每层面积为358m2，总的建筑面积为6563m2。

1.3工程地质条件

整个现场的施工地质条件，即土层构成情况包括：（1）人工填土层；（2）新近沉积层；（3）一般第四纪冲洪积沉积层。钻孔孔口的地面高程范围为：3.50m―5.35m。

2.支护施工方式的选择

2.1施工类型的确定

地下车库的基坑支护施工，最常采用的方式[2]是明挖法、盖挖法、暗挖法三种。由于本小区属于二类民用高层建筑，由已知条件可知位置处于道路东侧。因此，基坑支护的施工并不影响道路的交通，再充分考虑施工的难度、防水质量、工期等要求，车库的支护施工方式，宜选用明挖法。其基本工序是：（1）降低地下水位；（2）边坡的防护；（3）挖掘土方；（4）整体结构的施工；（5）展开防水工程措施。

2.2施工工艺的选择

2.2.1围护结构的方案确定

明挖法的方式包含多种围护类型，例如：放孔开挖、钻孔咬桩、地下连续墙等。因此，在类型的选择上，许根据工地现场的实际情况和围护类型的特点来确定。根据工程施工的经济性、对周边环境的影响小、结构简化的特点，围护结构拟选用钻孔灌桩法。

2.2.2支撑形式的选择

在目前的大多数民用高层建筑地下结构施工中，通常采用的支撑类型有钢支撑和锚杆支护两种。而具体到该案例中，二者均可采用。然而，通过两种方法的比较可知，虽然施工质量都满足要求，但锚杆支护的方式较之前者而言，工序更为简单，易于操作，且工期更短。故工程的支撑形式选用锚杆支护。

3.基坑支护中荷载的计算

地下车库的施工方式确定之后，需进行强度的计算工作，以保证支护的性能安全可靠。

3.1基本载荷参数的给定

在设计基坑支护时，需预先估计部分参数，以作为后续强度运算的依据。结合该小区建筑的特点和经验数据[3]，相关参数给定如下：

（1）支护的自重：在设计过程中，基坑支护拟采用钢筋混凝土结构，故自重参数给定为23。

（2）施工载荷：该数据取经验参数。

3.2水平载荷的计算

在该工程中，首先需要对砂土载荷进行计算[4]，根据现场实际情况，计算区域取地下水位以上的部分，其表达式为：

（1）

（2）

式中，-第i层的主动土压力系数；

-作用于深度处的竖向应力标准值（kPa）；

-计算点深度（m）；

-第i层土的内摩擦角（0）。

粉土和粘土的水平载荷计算公式如下所示：

（3）

式中，-三剪粘聚力标准值（）。

3.3抗力标准值计算

根据文献[4]的内容可知，基坑内侧粘土的水平抗力表达式为：

（4）

式中，-竖向应力标准值（）。

假设存在i层粘土，则该层粘土的被动压力系数取值可按下式计算：

（5）

式中，-为本层粘土的内摩擦角（0）。

因为成都地区的降雨丰富，故地下水位通常处于整个支撑结构的下方。因此，施工过程中，基本是无水操作。

将已知参数代入公式（4）―（5），计算结果如表1所示：

表1抗力标准值计算结果

层数（m）（kPa）（kPa）

9～106.12.322124.7

3.4计算支点反力的计算

计算支点反力的计算，首先需要将支护系统进行简化。故假设基坑支护为连续的梁，则其荷载的类型为：土压力、地面荷载。假设土的压力处于零点坐标位置。则距离基坑底部的距离为2.4m。在系统图中垂直方向上定义A、B、C、D、E、F这5个计算点。故由图1所示，F点处于无弯距状态。

基坑支护系统整体等值梁的土压力和地面载荷如图2所示。

由图1和图2所示，将公式（1）―（3）代入，分别对A―F点进行载荷计算。以A点为例，可以得出：

由此可得：

，

故可知B、C、D、E、F土压力为；

。

4.钢筋混凝土桩设计

由于支护设计中，采用的是钢筋混凝土结构。故在该步骤的操作中，需对周围进行均匀配筋。根据文献[5―6]的数据，该工程施工的截面内纵向钢筋数量，则其抗弯承载力由以下公式得出：

（6）

其中，（7）

（8）

式中，―单桩抗弯承载力；

―混凝土轴心抗压强度设计值；

―土灌注桩横截面积；

―圆形截面半径；

图1基坑支护简图

图2整体等值梁计算简图

5.稳定性计算

稳定性计算，是验证支护系统是否在工作期间，能够安全运行的一个重要指标，由于工程的实际情况，无法在完成之后，再进行现场数据试验。故该部分的操作，主要是在计算机上进行仿真来完成，本文拟采用理正软件来核算系统的稳定性。模型的构建中，对系统进行了一定的简化，如图3所示。

图3系统稳定性计算简图

计算结果如表2所示：

表2稳定性计算数据

土条宽度（m）安全系数弧度半径（m）圆心坐标X（m）圆心坐标Y（m）

0.391.3620.84.2-7.56

由表2所示，结合文献[7―8]数据可知，该稳定性的计算满足要求。

6.结论

针对成都市某小区高层建筑车库的基坑支护设计中，结合该工程的特点及地质条件，选择了明挖法作为施工方案。其次，简化系统的计算用图，进行载荷，压力等参数的强度核算，使其在理论上满足使用要求。最后，对系统的稳定性进行了仿真分析，从计算结果来看，该车库的基坑支护设计方案，布局合理、工程量小，完全满足要求。与此同时，我们也应该看到，支护的设计是基于实际项目的具体情况，提出的特定可行性方案。对于不同的建筑施工项目，却不能够一概而论地盲目套用。因此，在建筑基坑支护的设计中，必须要做到具体问题具体分析，有针对性地布局，才能够设计出经济、安全、稳定的地下车库基坑支护系统。

参考文献：

[1]王树理.地下建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]江正荣.基坑工程便携手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]刘长俊.混凝土配合比设计计算手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2010.

[4]陈仲颐，周景星.土力学[M].北京：清华大学出版社，1994.