刍议深基础工程施工技术探析

'刍议深基础工程施工技术探析　　摘要：在软土地基中进行基础或地下工程施工是一个传统的施工问题，但随着基础深度的不断增加，地下工程体量的不断变大，这个问题又成为综合性很强的施工难题。它既有土的强度、变形和稳定问题，土与支护结构的共同作用问题，又有支护结构与基础施工工艺的配合问题，支护结构与为施工目的而构筑的栈桥等，同时还必须考虑施工过程中对周围环境的保护。关键词：软土地基；深基础工程；施工技术中图分类号：TU74文献标识码：A1软土地基深基础施工结构的设计必须做到深基础构筑的施工空间要求、作业条件要求与环境保护要求的有机统一在设计过程中，深基础结构的几何尺寸是确定的，因此，施工空间的大小也就确定了。但是在具体的形成过程中，是一边形成空间，一边构筑结构(逆作法)，还是全部形成空间，然后再做结构(顺作法)，是可以选择的。不同的选择会带来不同的作业条件，也会产生不同的环境保护效果，所以，深基础施工结构设计工作一开始，就需要在施工技术方案的指导下，选择形成施工空间的最有利方法。然后，在施工空间的形成方法确定之后，如何来保证施工结构的刚度，从而达到保护环境的目的呢?7 当然我们不能简单地增加结构，增大杆件截面，使结构刚度增大变形减小，因为单纯的增加杆件会使现场空间的作业条件变坏，对挖土运输、施工作业和材料运输就位都会带来很多困难，同时，单纯地增加杆件、增大断面也会使费用增加，技术经济指标升高。所以，应该在保证施工结构的刚度问题上从优化结构布置、选择杆件形式着手，以最合理经济的结构选型(充分考虑深基础结构施工的作业条件并留有宽敞的施工空间)来达到结构的最优刚度，以满足控制变形、保护环境的要求。总而言之，施工空间、作业条件、环境保护这三个方面的要求是有可能协调起来、统一起来的，这已被我们的研究工作和工程实践所证明，同时这步工作是深基础施工设计工作的关键所在。2宽敞有利的施工空间可以通过合理地布置施工结构的支撑体系来加以实现7 在具体进行施工结构优化、结合施工工艺、创造宽敞便捷的施工空间的工作时，我们主要可以通过对施工结构中的支撑体系进行平面上的杆件优化布置和高程上的支撑位置选择来加以实现。平面上的杆件布置可以依据基坑的平面尺寸、形状和深基础结构构筑要求，从优化杆系的角度出发，尽可能地创造最经济的杆件体系，使它既有宽敞平面上的无杆区域，又保持足够的平面刚架的刚度，用以控制周边围护壁的变形。在平面支撑体系的设计中，需要认真处理杆件间的节点，保证整个杆件的几何不变性，同时要考虑它在受荷情况下可能产生塑性铰(钢筋混凝土支撑)和其他可能改变杆与杆连接假定的部位。对整个支撑体系进行工作状态下的最不利情况验算，使整个结构体系在工作中做到万无一失，确保施工环境安全。另外，在高程布置上，支撑系统要满足挖土机械在支撑层间的作业要求和深基础结构的层高布置要求，在这里深基础结构的层高是确定的，支撑系统高程应让开结构层位置，但有时结构层是叉层布置的，留给支撑的布置空间很窄，这就需要在很小范围内准确选择支撑位置，以创造挖土机械工作的空间，并努力使围护壁在土压力作用下的弯矩、剪力因支撑位置的合理而变得较小且均匀。因此，结合施工部署的施工结构支撑体系布置优化可以实现，以争取整个结构有一个理想的施工空间的设计目标。3深基础施工结构的布置形式、空间大小应依据施工工艺选择和施工机械的配备要求以及满足使用要求和良好的技术经济指标为目标进行确定我们希望有较大的施工空间，但并不是施工空间越大就越方便，太大的空间会产生垂直运输机械覆盖面不够、施工用材料传递不便等问题。另外，大的施工空间(平面中有很大的无杆区域)7 客观上总会削弱平面刚架的刚度，要保证刚度只有加强区域周围的杆件，由此会产生技术经济指标的变化。因此，我们在施工结构设计中必须以满足使用要求和有好的技术经济指标两个目标兼顾为原则。在某大厦项目施工中，我们进行了大直径曲线刚架支撑的施工实践，在90m左右直径范围内，支撑的技术经济指标优秀，其混凝土总用量4039.8m3，钢材787.7t，折合到基坑周边每延米支撑造价为14510.6元，基坑内每平方米为575.59元，每立方米土方为53.13元。但如果空间再大，由于周边杆件断面增加，密度增加，则技术指标不理想，空间变小，汽车开不下去，杆件往单位长度和面积上分摊也不经济，所以施工结构的支撑系统设计中平面区域的选择要满足深基础施工的使用要求，但满足了就不要一味追求大，太大的无杆区域要保持足够的刚度会使结构变得不经济，对于这个问题的两个侧面，我们必须引起足够的重视。4深基础施工结构的设计必须考虑挖土施工工艺过程和结构的形成过程，使结构的分析计算结果与结构的实际受力情况吻合7 深基础施工结构设计的特点是要考虑结构在不断形成过程中荷载是逐渐连续地施加于结构，不同的施工工艺和挖土顺序会影响结构所受荷载的大小和时间，一般的结构计算都是对一个完整的结构体系进行受荷状态下的力学分析，而施工结构不可能是这样的一种理想状态。因此，我们从某大厦深基础施工结构开始，对设计中的结构分析加入了施工工艺和顺序影响的因素，逐个分析其在不完整结构情况下不同工况的结构受力情况，获得了比较理想的分析结果。在某大厦的大直径曲线刚架设计分析中，实测值与理论值都十分接近，在这里特别要强调对于结构没有完全形成而荷载(土压力)在不断变化的最不利情况必须在结构设计中充分考虑到，如果疏忽了这个重点，则有可能导致施工中的结构整体失稳和破坏，这是施工结构设计必须遵循的原则。5周围土体环境的保护取决于深基础施工结构的变形控制，施工结构在环境条件要求下的设计常常是刚度条件控制的目前施工结构的设计除施工空间、作业条件的要求外，土工环境的保护是一项十分重要的内容。按有关规定，基坑侧向变形、侧向位移控制、对管线的沉降控制都有严格的环境要求，只有加强深基础施工结构的刚度和缩短施工结构形成的时间，缩短时间可以减小早期的变形，而后期的长时间的变形则完全由结构自身的刚度来承担。因此，在目前的施工结构设计中，刚度条件常会变成控制条件，对于钢筋混凝土结构，杠杆断面在强度条件验算时常会有些富裕，这是我们进一步优化利用施工结构的客观基础，在设计中，要恰当地使用这部分结构的潜力，以获得较优的技术经济指标。6深基础施工结构要为各类施工机械的作业创造条件，用于施工作业的平台栈桥等辅助结构，应与施工结构形成有机统一7 在大型基坑的施工实践中，我们发现深基础施工结构必须为施工机械的作业提供便利条件。在前述项目中，由于城市施工场地狭窄，施工机械无法在构筑物周围展开施工作业，必须为施工机械设计栈桥、工作平台和上下坡道，这些结构能不能和施工结构做在一起，是研究的一个主要内容。实践证明，利用施工结构的潜力是可以做在一起的，做得好可以增强整体结构的刚度，但如选择不当可能会削弱甚至破坏支护结构。所以，我们要在结构布置中恰当地选择这些辅助结构的位置和形式，对机械作业的影响有准确的分析，使得整个施工结构的设计为项目施工技术方案提供良好的施工作业条件。7施工机械动力荷载的随机性分析7 为了对施工机械给施工结构的动力影响有一个准确的分析，我们需要对各类施工机械的工作性能和工作条件作详细的了解，对施工结构本身的刚度和支承条件作系统的分析，在某大厦的分析中，我们看到了起重机动力效应的主要因素和次要因素，看到了起重机、轨道梁和水平支撑结构组成的是一个综合的多自由度的动力体系，看到了起重机工作过程中移动荷载、起吊运行、机械制动、轨面颠簸所造成的结构振动都是随机因素，于是对水平支撑结构选择了比较接近实际工作状态的计算模型，由此得到的分析结果与实测值相当接近，取得了满意的设计效果。这种分析方法的思路可以成为深基础施工结构在动力荷载作用下结构分析的一种选择，我们在其后的工程项目设计也都采用了类似的方法，在华美达广场栈桥设计中，效果也很理想。8结语由于现代化建筑物的规模和使用上的要求，使得深基础施工技术要求越来越高，在建筑施工领域里，深基础施工结构的研究还有许多需要我们解决的问题，相信在施工结构设计领域，随着大量的工程实践和总结，一定会形成更完善系统的设计方法，应用于祖国伟大的建筑事业.参考文献[1]龚晓南．深基坑工程设计施工手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998．[2]徐伟．高层建筑施工[M]．武汉：武汉理工大学出版社，2003．7'