機械工程師是指在機械工程行業(yè)從事工作，并且具備一定經(jīng)驗和水平的人。機械工程師資格認證(ICME)是由機械工程師學會(IME)開展的專業(yè)工程師資格認證，國際注冊機械工程師資格認證體系通過統(tǒng)一資格考試、面試、專業(yè)能力評估、業(yè)績考核、行業(yè)權(quán)威人士推薦和同行評議相結(jié)合等多種方式對專業(yè)技術人員進行評價。屬于國際同行認可的技術(或從業(yè))資格認證。本文是選自核心級期刊《中國機械工程》中關于工業(yè)設計的高級職稱論文范文：淺析大直徑鋼筋混凝土圓環(huán)桁架支撐系統(tǒng)的應用。

　　摘要：對于超大面積和深度的基坑采用大直徑鋼筋混凝土圓環(huán)桁架水平支撐系統(tǒng)，可以充分利用圓環(huán)桁架系統(tǒng)整體剛度大、結(jié)構(gòu)變形小的特點，在均勻土壓力的作用下，環(huán)梁桁架結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為軸力，彎矩很小，極大的發(fā)揮了混凝土的抗壓性能，可減少支撐梁配筋及截面尺寸，與傳統(tǒng)的滿堂對撐相比可以大量節(jié)約工程造價，且環(huán)梁支撐方便挖土，利于施工，可以明顯縮短工期。

　　關鍵詞：大直徑,鋼筋混凝土圓環(huán)桁架,水平支撐,土方開挖,監(jiān)測,造價,工期

　　一、前言

　　近年來，隨著城市建設的發(fā)展，高層建筑的迅速崛起，地下空間的開發(fā)利用已成為城市建設的重要內(nèi)容，由此促進了深基坑支護技術的發(fā)展，各地在深基坑開挖和支護技術方面積累了豐富的設計和施工經(jīng)驗，新技術、新結(jié)構(gòu)、新工藝不斷涌現(xiàn)，但是，現(xiàn)在的城市建筑間距很小，有的基坑邊緣距已有建筑僅十幾米、甚至幾米，給基礎工程施工帶來很大的難度，給周圍環(huán)境帶來極大威脅，也相應地增加了施工工期和施工費用。部分原有的深基坑支護結(jié)構(gòu)的設計理論、設計原則、運算公式、施工工藝等，已不符合深基坑開挖與支護結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有實際情況。

　　因此，合理的基坑支護技術是保障建筑物安全施工的關鍵，在軟土地基和城市密集地區(qū)的條件下，面臨超大面積和深度的地下建筑施工中，必須開發(fā)和創(chuàng)新新的圍護結(jié)構(gòu)形式和施工方法。

　　1、工程概況

　　南京新城科技園國際研發(fā)總部園工程，位于河西泰山路以東、奧體大街以北，該工程由3棟24層、1棟16層(局部5層)、1棟20層(局部5層)、1棟3層的創(chuàng)意廊組成，總建筑面積392352m2，其中地下二層102352m2，本工程基坑總面積約53980m2，總延長米約935m，基坑為邊長近240m左右的方形，環(huán)形支撐梁內(nèi)徑202m，普遍區(qū)域挖深分別為8.5m、9.0m，1號、2號、3號樓主樓下挖深分別為10.00m、11.10m、11.80m、14.50m等，4號樓主樓下挖深分別為10.80m、11.30m、11.80m、12.05m、13.60m等，5號樓主樓下挖深分別為10.00m、10.70m、11.60m、12.80m等。

　　2、工程地質(zhì)狀況

　　本工程±0.000相當于絕對標高±7.700m，自然地坪相對標高約為-0.950、-0.450二種。場地巖土層分布如下：①～1雜填土、①～2素填土、①～2a淤泥質(zhì)填土、②～1粉質(zhì)粘土、粘土、②～2粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②～3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、②～4粉細砂、②～4a淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②～5粉細砂、②～5a淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土夾粉土、⑤～1強風化泥巖、⑤～2中風化泥巖。

　　長江漫灘是南京地下水最為豐富的地段，勘探深度范圍內(nèi)所揭示的地層均為含水層。地下水的水理特征絕大部分屬于潛水性質(zhì)，但由于場地含水層中上部①層填土、②～1、②～2、②～3層粘性土和下部②～4、②～5層砂性土滲透性差異大，呈典型的二元結(jié)構(gòu)特征，下部砂性土中的地下水具弱承壓性。

　　3、基坑支護方案

　　本基坑工程重要性等級為一級，根據(jù)場地土層性質(zhì)以及基坑基坑周邊環(huán)境保護要求，圍護體采用Ф900@1100、Ф1100@1300以及Ф1200@1400鉆孔灌注樁，結(jié)合外側(cè)采用單排雙軸深攪樁擋土止水，深攪樁葉片直徑Ф700，間距@500，鉆孔灌注樁混凝土設計強度等級為C30，水平方向設計兩道鋼筋混凝土支撐，采用圓環(huán)支撐體系，支撐的中心標高分別為-2.05、-5.75m，設計水平支撐混凝土強度為C35。

　　兩道水平支撐上各設置兩道支撐封板，支撐封板板厚300mm，混凝土強度為C35，配筋為雙層雙向C18@150,支撐封板中心標高與水平支撐中心標高相同。

　　第一道支撐梁上再設置一道鋼筋混凝土棧橋板，棧橋板厚為300mm，混凝土強度為C35，配筋為雙層雙向C18@150，棧橋板面標高同水平支撐標高。

　　混凝土澆筑采用跳倉法施工，具體施工順序為：第二施工段→第五施工段→第八施工段→第三施工段→第六施工段→第一施工段→第四施工段→第七施工段，共劃分八個施工段(詳見下圖)：

　　二、工程特點、技術關鍵以及創(chuàng)新

　　本工程基坑面積53980m2，項目占地面積大，總體體量大，周邊場地狹窄，周圍環(huán)境復雜，地下管線多，單體工程多，施工交叉工序多，周期長是該基坑工程的特點。

　　對于邊長近240m的方形基坑，整個施工過程如采用常規(guī)支撐圍護方案和施工手段，勢必導致造價高，工期長，鑒于基坑支護工程施工技術要求高，其主要施工技術關鍵是：

　　1、基坑面積超大，如何研究采用經(jīng)濟合理的基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐方案是本次基坑工程成敗的關鍵。

　　2、該基坑工程不僅面積大，且單體工種多，施工面廣，交叉施工復雜，因此選用合理新穎的基坑支護，同時解決垂直運輸、基坑降水，主體交叉流水作業(yè)、組織合理的土方開挖是該大型基坑工程安全、文明施工和加快施工進度，降低工程成本的重要問題。

　　3、基坑開挖體量大，土方開挖量近50萬m3，由于周邊是居民小區(qū)，交通干道，施工過程中對環(huán)境保護是重點環(huán)節(jié)。因此，除采用合理的開挖方式和技術措施外，應采用信息化手段做好基坑內(nèi)以及周邊環(huán)境監(jiān)測工作。

　　4、合理劃分施工區(qū)、段，充分利用環(huán)撐內(nèi)的施工工作面，對各施工區(qū)、段勞動力、材料、設備組織進行周密策劃和部署，采用合理的土方開挖、基坑降水施工方案。

　　5、加強施工工藝、施工質(zhì)量的控制，在實施過程中，應確保圓環(huán)的圓度，使圓環(huán)四周受力盡量均勻，確保水平支撐的垂直支撐施工質(zhì)量，將水平支撐垂直變形和相鄰垂直支撐變形差的尺寸控制在較小范圍，進而防止水平支撐平面外失穩(wěn)，也是施工中的重要內(nèi)容和技術關鍵。

　　鑒于以上實際情況，本工程選擇圓環(huán)桁架支撐結(jié)構(gòu)體系作為一種基坑支護創(chuàng)新手段，圓環(huán)桁架支撐在均勻土壓力的作用下，支撐梁結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為軸力，彎矩很小，因此極大的利用了鋼筋混凝土支撐的抗壓性能。

　　由于圓環(huán)桁架水平支撐的內(nèi)環(huán)直徑以內(nèi)留置出很大的空間，在超大體積的地下空間基坑的土方施工中，發(fā)揮了重要作用，創(chuàng)造出至少占整個基坑2/3面積投影的深基坑土方大開挖，有利于大規(guī)模土方挖掘、外運，與采用傳統(tǒng)基坑支護工程土方開挖相比工期至少提前3個月。

　　三、基坑監(jiān)測

　　為了發(fā)揮鋼筋混凝土圓環(huán)桁架水平支撐能正常有效的發(fā)揮作用，避免平面外失穩(wěn)等異常情況發(fā)生，確保特大深基坑的施工安全以及施工過程中周圍道路和地下管線的正常營運，采用嚴密的信息化全方位監(jiān)測手段管理必不可少，本工程制定以下監(jiān)測內(nèi)容：1、圈梁頂部水平位移監(jiān)測;2、圈梁頂部垂直位移監(jiān)測;3、圍護樁墻測斜監(jiān)測;4、支撐結(jié)構(gòu)鋼立柱沉降觀測;5、環(huán)梁水平支撐軸力監(jiān)測;6、環(huán)梁支撐變形監(jiān)測;7、坑內(nèi)外地下水位觀測;8、周邊道路沉降觀測;9、周圍地下管線監(jiān)測;10、鄰近重要建筑物監(jiān)測。

　　應確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和及時性，對采集到的數(shù)據(jù)及時進行歸納、整理并按技術要求進行數(shù)值分析，加強對監(jiān)測點的保護工作，增強數(shù)據(jù)的可靠性，真實反映基坑支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境變化情況，并根據(jù)工況變化調(diào)整監(jiān)測頻率，結(jié)合工況分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，速率變化是監(jiān)測單位報警的重要依據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，立即采取加密監(jiān)測頻率，如果變化速率有超常規(guī)現(xiàn)象，應立即報警，報告各有關單位，組織專家對情況進行分析，以確保基坑施工安全。

　　四、經(jīng)濟評價、社會評價與環(huán)境評價

　　由于參建各方的共同參與探索，內(nèi)徑近202m的大直徑鋼筋混凝土圓環(huán)支撐系統(tǒng)在本基坑工程成功得到了應用，在施工過程中，總結(jié)了適應于大型基坑工程施工成套地下空間降水及開挖技術經(jīng)驗，取得較好的經(jīng)濟效益、社會效益及環(huán)境效益。

　　1、與傳統(tǒng)滿堂對撐或局部留置空間+對撐相比，節(jié)約鋼筋混凝土約22000m3，由此產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益達2600萬元，極大的節(jié)約了基坑支護臨時性工程的造價。

　　2、在土方開挖過程中，采用將平面分塊、分段、對稱、均衡的開挖，立面分層分次，先四周后中間，由棧橋出土的方法，不僅保證了圓環(huán)桁架支撐系統(tǒng)受土壓力荷載均勻，使得支撐安全有效，更由于環(huán)梁內(nèi)徑提供了較大的施工空間，采用連續(xù)的土方開挖技術，使其與同類工程相比，提前工期3個月。

　　3、成套的地下空間降水與土方開挖技術，使得每個施工段土方開挖任務明確，出土路線清楚，采用全封閉式渣土車裝土外運，建筑材料的水平運輸和垂直運輸路線明確，混凝土泵車泵管定址設置，材料定點堆放，施工道路通暢，整個施工現(xiàn)場路清、氣清，體現(xiàn)了有條不紊的文明施工場面，得到了有關主管部門的好評。

　　五、結(jié)束語

　　深基坑支護工程雖屬臨時性工程，但其施工方案的可靠性及施工質(zhì)量將直接影響地下室主體施工的結(jié)構(gòu)和作業(yè)工人人生安全，且其施工的技術復雜性，有的卻遠甚于永久性的基礎結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)，稍有不慎，不僅將危及基坑本身安全，還會殃及臨近的構(gòu)筑物和各種地下設施，造成巨大損失。建筑基坑的開挖與支護結(jié)構(gòu)是一個系統(tǒng)工程，涉及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料、施工工藝和施工管理等多方面。它是集土力學、水力學、材料才學和結(jié)構(gòu)力學等于一體的綜合性學科。支護結(jié)構(gòu)又是由若干具有獨立功能的體系組成的整體。正因如此，無論是結(jié)構(gòu)設計還是施工組織都應當從整體功能出發(fā)，將各組成部分協(xié)調(diào)好，才能確保它的安全可靠、經(jīng)濟合理。

　　通過大直徑鋼筋混凝土圓環(huán)桁架支撐體系在本工程的再次成功應用，使我們認識到在特大深基坑中應用鉆孔樁或SMW工法、地下連續(xù)墻的圍護結(jié)構(gòu)，選用鋼筋混凝土大直徑圓環(huán)桁架支撐作為基坑的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，方案可行，經(jīng)濟效益明顯。

　　參考文獻:

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　　《中國機械工程》以反映中國機械工程領域的重大學術進展、報道中國機械工程學會系統(tǒng)的最新學術信息、傳播重大機械科技成果、不斷跟蹤世界機械工程最新動向、注重完善機械科技人員的知識結(jié)構(gòu)為主要內(nèi)容;以探詢學科發(fā)展趨勢、促進學術成果交流、提高科技人員素質(zhì)、推動企業(yè)科技進步為宗旨;以深內(nèi)涵、廣視野、強應變、高品味、厚基礎為辦刊特色。

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