泵站深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究

李娜

[摘 要]近年來，泵站建設(shè)事業(yè)飛速發(fā)展，對其深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求，因此研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了泵站深基坑支護(hù)工程的多方面特點(diǎn)，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路兩個(gè)角度，就深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開了探討。

[關(guān)鍵詞]泵站；深基坑；支護(hù)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0128-01

一、前言

作為泵站方面的一項(xiàng)重要工作，其深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)占據(jù)著至關(guān)重要的地位。該項(xiàng)課題的研究，將會更好地提升泵站深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐水平，從而對該項(xiàng)工作的整體效果提供可靠保障。

二、概述

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水資源的戰(zhàn)略地位愈來愈重要，水資源的高效利用和有效管理越來越得到國家政府的高度重視。各級政府先后出臺了水資源調(diào)度及綜合利用、水土保持、按用途優(yōu)化用水及海水淡化等方針政策，并以此來解決日益嚴(yán)重的水危機(jī)問題。而泵站是水的唯一人工動力來源，作為重要的工程措施，它在水資源的合理調(diào)度和管理中起著不可替代的作用。同時(shí)，泵站在防洪、排澇和抗旱減災(zāi)以及工農(nóng)業(yè)用水和城鄉(xiāng)居民生活用水等方面發(fā)揮著重要作用。因此，泵站是解決洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水環(huán)境惡化這三大水資源問題的有效工程措施之一。

泵站與其他水利建筑物不同，它無需修建擋水和引水建筑物，對資源和環(huán)境無影響，受水源、地形、地質(zhì)等條件的影響較小，且具有投資省、成本低、工期短、見效快、靈活機(jī)動等優(yōu)點(diǎn)。國家把泵站工程建設(shè)列為優(yōu)先考慮的重點(diǎn)，特別是大型泵站的建設(shè)工程。然而大型泵站地基處理方案很多，選用合適的地基處理方案對泵站的工期、經(jīng)濟(jì)性更為重要。泵站由于開挖比較深，常常采用沉井、基坑大開挖等方式來處理。泵站深基坑的支護(hù)方案已成為泵站設(shè)計(jì)時(shí)不可忽視的重要環(huán)節(jié)，尤其當(dāng)與其他建筑物相鄰時(shí)，為確保相鄰建筑物的安全，更應(yīng)采取切實(shí)可靠的支護(hù)措施。在此重點(diǎn)探討大型泵站深基坑支護(hù)工程的特點(diǎn)、方案選擇及注意問題。

三、泵站深基坑支護(hù)工程的特點(diǎn)

泵站深基坑工程是巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、環(huán)境工程等相互交叉、多種復(fù)雜因素相互影響的系統(tǒng)工程，是理論與實(shí)踐都有待發(fā)展的綜合技術(shù)科學(xué)。區(qū)域性明顯，工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件不同，其深基坑工程的區(qū)域差異性更為突出。

泵站深基坑工程施工周期較長，而且從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程，常常會遇到降雨、周邊堆載、振動等諸多不利影響，安全保障度的隨機(jī)性大，技術(shù)復(fù)雜性遠(yuǎn)甚于永久性的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)?；颖旧淼纳疃取⑵矫嫘螤铍S著時(shí)間的推移及外界條件的變換，對穩(wěn)定性和變化會有較大的影響。因此，對深基坑工程的時(shí)空效應(yīng)問題應(yīng)保持高度的重視。

泵站深基坑支護(hù)系統(tǒng)的選型影響因素眾多，無論采用何種形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)，對支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、嵌入深度、支護(hù)受力及構(gòu)造都應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和詳細(xì)的驗(yàn)算，并且對施工過程實(shí)施跟蹤監(jiān)測，將信息及時(shí)反饋。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)應(yīng)滿足安全可行、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境保護(hù)、施工便捷這四個(gè)基本要求，在詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)對這四個(gè)基本要求選擇各種具體的評價(jià)指標(biāo)來評價(jià)深基坑支護(hù)系統(tǒng)方案的優(yōu)劣。

在深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)分析中，主要有兩類，一是支擋型，二是加固型。其中支擋型包括放坡開挖與擋土支護(hù)開挖兩種。放坡開挖是一種最經(jīng)濟(jì)、簡單且速度快的支護(hù)類型，在滿足條件的基坑施工中，應(yīng)優(yōu)先采用；擋土支護(hù)開挖，主要是保證基坑周圍的建筑物，能夠保證施工設(shè)備的安全，而設(shè)置的能夠承受基坑土壓力及其他施工荷載的支檔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)也被稱為支護(hù)結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置并進(jìn)行土方開挖，控制地下水位，需要掌握其對主體結(jié)構(gòu)的影響，避免支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大變形或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致支護(hù)體系崩潰。

在加固型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要使用土工材料或其他加筋體，水泥土擋墻等，將基坑以外土體加固形成強(qiáng)度更高的整體，通過分析實(shí)際情況選用合適的加固方法，綜合考慮挖土面的深度、水文地質(zhì)條件等，達(dá)到最好的支護(hù)效果，使其更加合理和規(guī)范。

四、深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

1.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

（一）靜力平衡法與等值梁法

利用墻前后土壓力的極限平衡條件，求出支護(hù)結(jié)構(gòu)的插入深度和結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，從理論上說，首先支護(hù)結(jié)構(gòu)前后土壓力是否達(dá)到極限狀態(tài)是很難確定的，尤其是被動土壓力情況有很大的推測性，實(shí)際工程測試已證明了這一點(diǎn)；其次該類方法并未考慮結(jié)構(gòu)與土體變形，而變形對土壓力重分布及結(jié)構(gòu)內(nèi)力有很大影響，故該類方法正逐漸失去它原有的地位，但對于簡單基坑開挖，靜力平衡法中一些簡化使計(jì)算變得簡單，可以憑經(jīng)驗(yàn)使用。

（二）彈性地基梁的m法及彈塑有限元法

m法的優(yōu)點(diǎn)是考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形，但也有一些問題有待解決，如計(jì)算時(shí)一般工程的參數(shù)m難以通過試驗(yàn)確定，現(xiàn)有文獻(xiàn)提供的取值范圍各地區(qū)差別較大，該參數(shù)雖按彈性體來計(jì)算變形，物理意義明確，但實(shí)際參數(shù)m則是一個(gè)反映彈性的綜合指標(biāo)。工程實(shí)踐表明，在軟土中的懸臂樁支護(hù)采用m法計(jì)算位移與實(shí)測位移有很大差異，實(shí)測位移值可達(dá)計(jì)算值的幾倍，這說明樁后土體變形已不再屬于彈性范圍。

有限單元法作為今后基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算的發(fā)展方向，其優(yōu)點(diǎn)是不但考慮了土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，而且可得出塑性區(qū)的分布，從而判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。但選取合理的本構(gòu)模型與計(jì)算參數(shù)，以及塑性區(qū)范圍與穩(wěn)定性之間的定量關(guān)系均缺乏經(jīng)驗(yàn)。在結(jié)構(gòu)計(jì)算方面，建立了能考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土壓力的空間非線性共同作用理論及其計(jì)算方法，并編成程序方便高效地完成基坑維護(hù)工程的計(jì)算。

2.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路

對于一個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先要根據(jù)擬建工程的自然地形、地質(zhì)條件、當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)及技術(shù)條件，綜合考慮來選擇一個(gè)最適合的設(shè)計(jì)方案。因此設(shè)計(jì)首先應(yīng)是概念設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于可行性方案的篩選與優(yōu)化，對支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇和優(yōu)化可按以下步驟進(jìn)行：

（一）對于深度不大的基坑支護(hù)工程，應(yīng)首先考慮懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要利用基坑地面以下土體提供的土壓力來維持支護(hù)體系平衡，主要結(jié)構(gòu)形式為樁排支護(hù)結(jié)構(gòu)和地下連續(xù)墻兩類，當(dāng)邊坡土質(zhì)較好，地下水位較低時(shí)可利用樁排支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（二）地下連續(xù)墻因具有良好的抗彎性、防滲性和整體性，且對周圍環(huán)境影響較小，對地層條件適應(yīng)性強(qiáng)，墻體長度可任意調(diào)節(jié)，適用于各種深度基坑的開挖，同時(shí)還可采用逆作法施工，因此被廣泛采用。

（三）懸臂式板樁支擋的優(yōu)點(diǎn)是不需構(gòu)筑與拆除支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)為土方作業(yè)和基礎(chǔ)施工提供較自由的操作空間。

（四）當(dāng)基坑較淺或被動區(qū)土層性質(zhì)較好時(shí)，懸臂式板樁支護(hù)方案較為經(jīng)濟(jì)合理；而當(dāng)基坑較深或被動區(qū)土層性質(zhì)較差時(shí)，樁插入深度較大，樁徑與配筋量也相對較大，該方案就相對不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)懸臂式支擋的側(cè)向位移一般稍大，這也是需要注意的。

（五）在基坑開挖深度相對較大，且對邊坡變形要求較高時(shí)，就應(yīng)考慮對懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)增加內(nèi)支撐的方法，使之形成混合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，支撐形式常采用錨桿拉接或內(nèi)支撐形式。

五、結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)對泵站深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究分析，對于其良好整體效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的實(shí)踐中，應(yīng)該加強(qiáng)對泵站深基坑支出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素的重視，并注重具體設(shè)計(jì)實(shí)施方案切實(shí)可行。

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