分析深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)用計(jì)算方法及其應(yīng)用

曾宣源（核工業(yè)柳州工程勘察院，廣西柳州545005）

分析深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)用計(jì)算方法及其應(yīng)用

曾宣源（核工業(yè)柳州工程勘察院，廣西柳州545005）

建筑業(yè)的快速發(fā)展，使得坑基開挖深度不斷增加，再加上工程事故的普遍發(fā)生，工程界才開始關(guān)注深基坑工程問題，目前，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了相對(duì)規(guī)模的基坑工程熱潮。對(duì)此，本文分析了一套實(shí)用的計(jì)算方法，可使得基坑設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵性與主要的技術(shù)問題得以有效的解決，從而確?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)的安全性、經(jīng)濟(jì)性與合理性。

深基坑工程；支護(hù)結(jié)構(gòu)；計(jì)算方法；應(yīng)用

前言

通常情況下，大規(guī)模的基坑開挖與支護(hù)的綜合性較強(qiáng)，且往往涉及工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)與土力學(xué)等學(xué)科，同時(shí)，在其具體施工中，還會(huì)受到例如天氣、施工季節(jié)與工程場地環(huán)境等因素的影響。在相同的施工工程中，設(shè)計(jì)工作人員有可能會(huì)采用不同的基坑支護(hù)方法，即便選用了同一種支護(hù)方法，其具體計(jì)算過程與結(jié)果也可能存在一定的差異，所以，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)用計(jì)算方法與應(yīng)用是基坑支護(hù)工程的重點(diǎn)。本文以工程實(shí)例為案例，編制計(jì)算程序，并分析了基坑工程實(shí)例中各工況支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力與變形。由計(jì)算結(jié)果可知，按照提出的分析方法計(jì)算的圍護(hù)墻體位移比按照現(xiàn)行規(guī)程設(shè)計(jì)方法計(jì)算的更加接近實(shí)測(cè)結(jié)果，且計(jì)算參數(shù)的確定更加便利。

1 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概述

本文研究的深基坑支護(hù)主要指用于支護(hù)垂直巖土坡的樁、墻與支撐，或是錨桿等組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如圖1。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)

大多數(shù)情況下，對(duì)于深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)，可將其簡化為一個(gè)受側(cè)向土壓力作用的受力結(jié)構(gòu)。就當(dāng)前情況來看，此種結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算方可通過以下方式進(jìn)行。

1.1 經(jīng)典方法

經(jīng)典方法的主要考慮對(duì)象為力的平衡，一般選取單位寬度受側(cè)向荷載作用的梁系，例如經(jīng)典的1/2分割法、剛性支承連續(xù)梁法等，見圖2～4。土壓力不僅包含Terzaghi-Peck的經(jīng)驗(yàn)表觀土壓力，還涉及經(jīng)典的理論土壓力方法，例如朗肯土壓力法等。此類方法的優(yōu)勢(shì)在于可手算，計(jì)算十分簡單，但也存在無法計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的缺陷。同時(shí)，相比于實(shí)際情況，通過計(jì)算得到的支點(diǎn)力存在較大的差距，支點(diǎn)一般是邊開挖邊支撐的，所以，支點(diǎn)力與施工過程之間存在一定的關(guān)聯(lián)，如果采用經(jīng)典方法計(jì)算，往往無法對(duì)施工過程的影響進(jìn)行較好的考慮。

圖2 1/2分割法

圖3 剛性支點(diǎn)連續(xù)梁法

圖4 等值梁法

1.2 彈性地基梁法

彈性地基梁法是一種將支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)豎放的彈性地基梁，一般會(huì)受到側(cè)向土壓力的作用。土壓力通常采用經(jīng)典的土壓力理論，例如朗肯土壓力理論或庫侖土壓力理論。基坑面以上的支撐可作為一個(gè)彈性支點(diǎn)，基坑之下的土層可采用一系列的土彈簧作用代替，如圖5。通過此種方法，便可將支護(hù)結(jié)果作為一種彈性支承的地基梁。較為常用的方法。對(duì)于彈性法與彈塑性法，主要是在一定程度上簡化基坑面以上的支撐力，例如下道支撐設(shè)置完成之后，上道支撐軸力不變等，以便于簡化。針對(duì)入土段，也可假設(shè)已經(jīng)達(dá)到極限被動(dòng)土壓力，便可采用用力的平衡條件進(jìn)行求解。當(dāng)然，也可假設(shè)入土段的土坑力與變形之間存在一定的關(guān)聯(lián)，之后需分別建立入土段以上與入土段的彈性地基梁微分方程，再根據(jù)兩段的微分方程的解，在考慮兩段墻在基坑底面部位的連續(xù)條件的情況下進(jìn)行求解。此種方法對(duì)于如果入土段是多層土，還需要根據(jù)每一層土再分段，所以，對(duì)多層土較為復(fù)雜。對(duì)于分層土，由于每一層土的m值均不同，所以，分段微分方程也更加復(fù)雜，所以，通常采用桿系有限元數(shù)值解法求解。

圖5 彈性地基梁法

2 工程案例

2.1 工程概況

某商業(yè)廣場處于鬧市區(qū)，主樓部分主要包括地上38層，地上4層則為裙房部分，且主樓與裙房均包括地下3層。主樓基坑開挖深度達(dá)14.50m。該項(xiàng)目的基坑主要采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)。地下連續(xù)墻厚度達(dá)800mm，深度為29.3m，3道支撐均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，支撐的最大間距為10m，最大長度達(dá)40m，支撐橫截面尺寸為900mm×800mm?；又ёo(hù)方案如圖6。

圖6 基坑平面圖

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析

因考慮到該工程的實(shí)際開挖過程，按照以下6中工況進(jìn)行分析，工況劃分如下：①開挖至地面以下1.5m部位，進(jìn)行地下連續(xù)墻施工，并設(shè)置第一道支撐，然后挖土至6.5m處（第二道支撐）。②設(shè)置第二道支撐，然后挖土至11.5m處（第三道支撐）。③設(shè)置第三道支撐，然后挖土至14.5m處（第四道支撐）。④進(jìn)行底板施工，然后將第三道支撐拆除。⑤進(jìn)行第二層樓板施工，然后將第二道支撐拆除。⑥進(jìn)行第一層樓板施工，然后將第一道支撐拆除。此項(xiàng)工程主要采用上述分析法對(duì)相應(yīng)的計(jì)算程度進(jìn)行編制，并且分析6種工況的支護(hù)體系，以獲得圍護(hù)墻彎矩，如圖7所示。

圖7 圍護(hù)墻彎矩計(jì)算值

圖8 圍護(hù)墻計(jì)算及實(shí)測(cè)位移

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及其計(jì)算方法

由圖8可知，各工況在地表部位的位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的差距不大，主要原因在于該工程采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)墻，且支撐剛度較大。在開挖面以上部位，將實(shí)測(cè)位移值與規(guī)程方法計(jì)算的位移值進(jìn)行一定的比較，差距略大，采用該文中的方法進(jìn)行位移值的計(jì)算，與實(shí)測(cè)值之間較為接近。在開挖面以下部位，采用該文中的方法進(jìn)行位移值的計(jì)算，其與實(shí)測(cè)位移值之間的差距略微小，但與采用規(guī)程方法計(jì)算的位移值，與實(shí)測(cè)值之間的差距更加小。由此可知，在開挖面以上，規(guī)程方法的主動(dòng)壓力計(jì)算模式偏大；但在開挖面以下部位，規(guī)程方法的主動(dòng)壓力計(jì)算模式則偏小。所以，如果按照土-支護(hù)結(jié)構(gòu)非線性共同作用確定的土壓力與實(shí)際情況更加接近。由以上結(jié)算結(jié)果可知，采用該文方法計(jì)算的各工況圍護(hù)墻位移與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的差距略小，并且還能夠計(jì)算圍護(hù)墻隨基坑開挖產(chǎn)生的內(nèi)力與變形，計(jì)算結(jié)果也十分可靠。

4 結(jié)束語

綜上所述，深基坑支護(hù)工程具有綜合性與系統(tǒng)性特征，且往往涉及諸多學(xué)科，施工工序也十分復(fù)雜，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)由若干獨(dú)立體組成的整體。深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目的整體情況，對(duì)于局部與整體之間的關(guān)系，也需要進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)。近年來，隨著科技的迅速發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)水平的不斷提高，應(yīng)有的放矢地對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)法進(jìn)行計(jì)算，選用適宜的支撐方法，以保證基坑支護(hù)工程的安全。

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為了對(duì)上述計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)，將工況1與工況3的圍護(hù)墻實(shí)測(cè)位移按照 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）中規(guī)定的彈性支點(diǎn)法計(jì)算的位移與該文的計(jì)算位移分別繪制在圖8中。

TU753

A

2095-2066（2016）35-0126-02

2016-12-3