復(fù)雜條件下多梯度基坑施工力學(xué)效應(yīng)分析

劉曉楠

摘 要：在進(jìn)行多梯度的基坑施工時(shí)往往有多種制約因素，施工條件復(fù)雜。其護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐力的不同對(duì)基坑的位移變形也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，根據(jù)不同的情況進(jìn)行力學(xué)效應(yīng)的對(duì)比分析，得出相對(duì)應(yīng)的結(jié)論和數(shù)據(jù)，這對(duì)于安全系數(shù)也存在著一定的影響。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜條件；多梯度基坑；施工；力學(xué)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升，城市施工建筑工程也越來(lái)越多，尤其是地鐵工程在近年來(lái)增長(zhǎng)速度極快，在地下施工過(guò)程中需要依賴多梯度基坑施工技術(shù)，其工程量較大、施工環(huán)境復(fù)雜、施工難度也較大，并且對(duì)工程的安全性有一定的標(biāo)準(zhǔn)和要求，在這些因素的影響下，多梯度基坑施工需要借助力學(xué)效應(yīng)，在其科學(xué)的理論下進(jìn)行模擬施工，從而得出精確的數(shù)值以供參考。

2 對(duì)多梯度基坑施工中豎向位移及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

基坑坑底隆起和豎向荷載可以直接影響立柱的豎向位移，在施工的過(guò)程中不可避免地要進(jìn)行土方開(kāi)挖，當(dāng)土方開(kāi)挖完成后會(huì)造成挖面以下的土層變得疏松，這樣在一些外力的影響下就很容易發(fā)生隆起變形的情況[1]。引起這種土層變形的誘因很多，例如施工地的土質(zhì)、基坑的深度、基坑的寬度、基坑開(kāi)挖的工期、以及施工方式等因素都會(huì)引起一定程度的變形隆起。弄清楚了引起挖面變形隆起的原因就能對(duì)癥下藥，通過(guò)對(duì)這些因素的分析，從找到可行的措施來(lái)減小立柱的豎向位移?？拥茁∑饘?duì)立柱抬升的影響很大，減小基坑隆起能起到一定的抑制作用，能將這種不利影響降到最低。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)和精密計(jì)算，主要有以下三種方法：第一，在已經(jīng)挖好的基坑內(nèi)增加支撐，并且對(duì)支撐的剛度也要有一定的要求，要在原有的基礎(chǔ)上將支撐的剛度加大，通過(guò)施加預(yù)支力的方法來(lái)?yè)瓮型翆?，減小基坑隆起變形的程度。第二，在進(jìn)行土方開(kāi)挖前，要經(jīng)過(guò)一系列的研究計(jì)算，合理地確定地下連續(xù)墻的剛度和入土的深度，只有對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)有了科學(xué)規(guī)劃和精準(zhǔn)定位才能更好地去施工，在施工的過(guò)程中才能有據(jù)可依，才能更好地去保護(hù)土方，這對(duì)于減小基坑隆起變形能起到一定的控制作用[2]。第三，可以使用科學(xué)的手段進(jìn)行外力的牽引，對(duì)采取一定的措施對(duì)坑內(nèi)外的地基進(jìn)行加固。

3 對(duì)多梯度基坑施工中水平位移及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

在深基坑的施工過(guò)程中，出現(xiàn)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的現(xiàn)象是比較常見(jiàn)的，在深基坑的開(kāi)挖過(guò)程中如果出現(xiàn)變形，會(huì)產(chǎn)生許多許多嚴(yán)重的后果，深基坑是建筑物的基礎(chǔ)和支撐，一旦變形嚴(yán)重，將會(huì)對(duì)建筑物的安全產(chǎn)生重大影響[3]。一般基坑工程的第一道支撐是以混凝土為主的，所以有較多地支撐力，使得支撐結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，因此在這樣的情況下，測(cè)點(diǎn)的頂部將不容易發(fā)生變形，在施工技術(shù)掌握的較好的情況下，頂部變形的概率是極小的，但是隨著基坑深度的增加，在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些其他的不可抗力的影響，慢慢就會(huì)開(kāi)始出現(xiàn)位移和變形，變形的程度和基坑的深度是呈正比的，基坑深度越深，產(chǎn)生的位移就越大，一直到基坑的底部，變形的程度將達(dá)到最大化，甚至出現(xiàn)一定范圍地偏移。面對(duì)這種情況，需要有一定的應(yīng)對(duì)措施，借助力學(xué)效應(yīng)的分析，在進(jìn)行施工前要做好測(cè)繪工作，在經(jīng)過(guò)計(jì)算和模擬得出精確地?cái)?shù)值，在施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照分析結(jié)果，在科學(xué)合理的數(shù)值范圍內(nèi)進(jìn)行土方開(kāi)挖，以此來(lái)減少變形位移的情況出現(xiàn)。例如，基坑水平位移的左側(cè)是在距離坑邊10米的位置，基坑水平位移的右側(cè)是在距離坑邊12米的位置，那么通過(guò)計(jì)算可以得出，基坑左右兩側(cè)水平位移的最大值將是27毫米和40毫米，所以，有了這些數(shù)據(jù)的支撐，在進(jìn)行施工的時(shí)候就有一定的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，避免了盲目施工帶來(lái)的消極影響。

4 對(duì)多梯度基坑施工中支撐軸力的受力分析

在一些較為復(fù)雜的地層條件下，深坑工程的內(nèi)機(jī)構(gòu)體系會(huì)出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱(chēng)的情況，所以對(duì)其支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)有一定的難度，其計(jì)算方法也較為復(fù)雜，所以需要采用更加科學(xué)的手段來(lái)進(jìn)行分析，在此過(guò)程中，應(yīng)該重點(diǎn)分析在進(jìn)行施工的過(guò)程中，地下連續(xù)墻的側(cè)向位移、彎矩和鋼管的支撐軸力等，尤其是對(duì)支撐軸力的分析和計(jì)算，精確的計(jì)算數(shù)據(jù)是進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和安全施工的重要保障。深基坑施工工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為兩層，每一層的支撐軸力都是不同的，要分別進(jìn)行計(jì)算。例如：一般第一層的支撐軸力表現(xiàn)為拉力，其最大值是1451kN，第二層的支撐軸力則表現(xiàn)為壓力，其最大值是2047 kN，根據(jù)兩層不同的支撐軸力的分析研究，在結(jié)合檢測(cè)報(bào)告顯示的結(jié)果進(jìn)行綜合考慮，可以精確計(jì)算出其他軸力的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)這些數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算平均值，在上述一系列綜合數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃和施工，則能有效保障建筑物的質(zhì)量和安全。

5 利用強(qiáng)度折減法對(duì)M匝道的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)分析

所謂的強(qiáng)度折減法，是指在保證外荷載數(shù)值不變的情況下，邊坡內(nèi)部的土方所能提供的最大抗剪強(qiáng)度和和外荷載在邊坡內(nèi)所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力之比?；趶?qiáng)度折減原理的有限元法不但滿足力的平衡條件，而且考慮了材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，使得計(jì)算結(jié)果更加精確合理[4]。在一般情況下，在深基坑施工過(guò)程中，在邊坡的上方會(huì)設(shè)立專(zhuān)門(mén)的場(chǎng)所以便停放機(jī)械設(shè)備，由于施工場(chǎng)地的機(jī)器設(shè)備較多，而且體積較大，另外由于施工的需要，有許多車(chē)輛會(huì)在施工場(chǎng)所和深基坑周邊來(lái)回穿梭，因此，在這種施工前提下，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究顯得格外重要。在有限元的強(qiáng)度折減法的基礎(chǔ)上來(lái)分析深基坑邊坡的穩(wěn)定性會(huì)使結(jié)果更加準(zhǔn)確，是目前最合理的計(jì)算方式，也是在深基坑的施工過(guò)程中最常用的一種方法，其計(jì)算結(jié)果對(duì)于提升邊坡的穩(wěn)定性具有重大的參考價(jià)值。

6 對(duì)多梯度基坑施工中塑性應(yīng)變量和位移的計(jì)算分析

在實(shí)際的深基坑施工過(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)另外一種常見(jiàn)的現(xiàn)象，當(dāng)深基坑有支撐并且有一定的支護(hù)結(jié)構(gòu)的情況下，支撐會(huì)將支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用傳遞到坑邊土上，這樣一來(lái)，基坑左側(cè)的土體就會(huì)發(fā)生非常明顯的塑性應(yīng)變，與之相反，在深基坑沒(méi)有支撐但是有一定的支護(hù)結(jié)構(gòu)的情況下，基坑右側(cè)的土體變形將由支撐結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行承擔(dān)，在這種情況下會(huì)導(dǎo)致基層底部發(fā)生明顯的塑性應(yīng)變，還有一種情況就是，深基坑既沒(méi)有支撐也沒(méi)有支撐結(jié)構(gòu)，面對(duì)這種現(xiàn)象，塑性應(yīng)變?cè)跊](méi)有完全充分開(kāi)展就由于計(jì)算的不收斂而停止了。所以，不同的基坑施工方法會(huì)對(duì)其塑性應(yīng)變呈現(xiàn)不同的影響，在施工過(guò)程中應(yīng)該考慮到實(shí)際的環(huán)境因素和基坑的支撐及支撐結(jié)構(gòu)的情況，再進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算，這樣才能得出塑性變量的精確數(shù)值。對(duì)于有支護(hù)有支撐的情況，由于支撐的頂錐作用，基坑北側(cè)邊坡的剪出口位于第一級(jí)臺(tái)階的坡面上；對(duì)于有支護(hù)結(jié)構(gòu)但是無(wú)支撐的情況，基坑邊坡的剪出口到達(dá)了基坑的坑邊，并不斷地向坑底進(jìn)行延展；對(duì)于既無(wú)支護(hù)也無(wú)支撐的情況，則會(huì)出現(xiàn)兩條剪出口，第一段是從基坑頂?shù)降谝粭l邊坡的坡腳處，第二條是從第一條滑動(dòng)面的結(jié)束位置開(kāi)始，穿過(guò)基坑的底部而到達(dá)基坑的另外一側(cè)。

7 結(jié)束語(yǔ)

力學(xué)效應(yīng)在復(fù)雜條件下的多梯度基坑施工中是十分常見(jiàn)的，基于不同的施工方式和基坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的分析和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能更好地對(duì)工程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，在實(shí)際的施工中有重要的數(shù)據(jù)作為依托，對(duì)于提升建筑物的質(zhì)量有積極地促進(jìn)作用，同時(shí)科學(xué)地施工也能保證工期，節(jié)省消耗。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 郭家昌.深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)挖力學(xué)效應(yīng)及穩(wěn)定性影響因素研究[D].重慶大學(xué)，2014.

[4] 王鵬.大型多梯度深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)[J].城市建筑，2017（3）：70～71.