基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的影響因素及計(jì)算方法

王禹

遼寧省有色地質(zhì)一〇五隊(duì)有限責(zé)任公司 遼寧葫蘆島 125000

基坑支護(hù)的主要作用是保證在安全的情況下進(jìn)行巖土開挖施工以及確保地下結(jié)構(gòu)在巖土開挖施工過程中的安全，同時(shí)還要保證在開挖施工中周圍環(huán)境沒有受到破壞?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)不僅要滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性、強(qiáng)度以及變形要求，而且還要能夠控制周圍土體的位移在容許范圍內(nèi)，使基坑周邊的建筑物和構(gòu)筑物不至于受到損壞，同時(shí)滿足基坑施工處于干作業(yè)狀態(tài)，確?；庸こ桃约爸苓叚h(huán)境的安全。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)還應(yīng)充分考慮施工中的便利性，確保人員、機(jī)械等方便施工，減少工作時(shí)間，縮短工程工期，以保證所設(shè)計(jì)出來的施工方案具有很好的經(jīng)濟(jì)性和良好的環(huán)境效益[1]。

1 影響因素

1.1 基坑規(guī)模

基坑的平面尺寸、開挖深度以及主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式都會(huì)影響基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇。弄清擬建工程的總平面布置、主體工程的地下結(jié)構(gòu)等才可以確定基坑的開挖深度及形狀。在確定基坑形狀和尺寸后可以進(jìn)行合理的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而基坑深度的確定對(duì)擋土結(jié)構(gòu)形式的選擇具有一定的影響。

1.2 土質(zhì)條件

基坑事故發(fā)生的主要原因多為土質(zhì)條件引發(fā)的，并且不同的土質(zhì)條件適應(yīng)不同的施工工藝，所以基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要重點(diǎn)分析土質(zhì)條件。設(shè)計(jì)前要熟知工程地質(zhì)資料，以便合理的選擇基坑支護(hù)形式?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是依據(jù)勘察資料所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，勘察資料的詳細(xì)程度、準(zhǔn)確程度將直接影響基坑工程的安全。

1.3 水文條件

地下水是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的又一重要影響因素。地下水的平衡狀態(tài)因基坑內(nèi)土體開挖而被打破，地下水及地表含水會(huì)隨著基坑開挖而向基坑內(nèi)滲流，基坑側(cè)壁的部分土體甚至整個(gè)土體由于地下水的帶動(dòng)而向基坑內(nèi)涌入，使得土壓力變?yōu)橹鲃?dòng)，嚴(yán)重影響基坑的安全穩(wěn)定。一般采用止水、降水、明排及回灌等形式處理地下水。

1.4 周邊環(huán)境

在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，已有建筑、城市道路、地下管線等是基坑周圍主要的考慮因素。已有建筑的年代、層數(shù)、用途、地基形式等存在差異，導(dǎo)致對(duì)基坑的影響程度也不同。城市道路往往車流量較大，不能造成路面過大沉降?；娱_挖及降水很容易導(dǎo)致地下管線變形過大而破壞。因此基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須進(jìn)行實(shí)地踏勘，了解附近環(huán)境的真實(shí)情況[2]。

1.5 工程造價(jià)

評(píng)價(jià)基坑支護(hù)方案的優(yōu)劣主要分析其經(jīng)濟(jì)的合理程度。在保證基坑具有正常使用功能的前提下，將多種支護(hù)方案的工程造價(jià)進(jìn)行分析對(duì)比，確定最佳的支護(hù)方案。

2 計(jì)算方法

2.1 朗金土壓力計(jì)算公式

以上公式中：r—土的天然重度（KN/m3）；H—計(jì)算土體深度（m）；φ—土的內(nèi)摩擦角（度）；c—土的內(nèi)聚力（kPa）。

2.2 彈性地基梁法計(jì)算公式

以上公式中：kx—土體的水平方向抗力系數(shù)；y—支護(hù)樁體水平方向的位移；l—支護(hù)樁體的計(jì)算寬度。d—基坑底部產(chǎn)生的位移值，可取當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取10 毫米；k—排樁支護(hù)的變形系數(shù)；EI—排樁樁體的抗彎剛度；H0、M0—發(fā)生在基坑底部樁體的橫向抗力和彎矩；0φ 、y0—基坑底面支護(hù)樁體的轉(zhuǎn)角值和水平位移量；A1、B1、C1、D1—常數(shù)，通過查表可知。

2.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算公式

公式中： qM 、kM —分別為基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算的滑動(dòng)和抗滑動(dòng)力矩（KN·m）。

2.4 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算公式

以上公式中：EaM —基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力在排樁底部產(chǎn)生的彎矩（KN·m）；EpM —基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力和錨索拉力在排樁底部產(chǎn)生的抵抗彎矩（KN·m）；is 、id —第i 個(gè)錨拉支點(diǎn)水平間距（m）和距排樁根部的垂直距離（m）； kγ 、 mγ —錨索材料所需抗力和錨固力的調(diào)整系數(shù)；sA —錨索需要配制鋼絞線的面積（mm2）；fyk—實(shí)配鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）；qsjk—地基土與錨索桿體之間的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（KPa）。

2.5 注意事項(xiàng)

（1）土層參數(shù)選取。土層參數(shù)選取直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果，這就需要提供與工程相符的地質(zhì)條件，同時(shí)也需要設(shè)計(jì)人員提高自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以便選取準(zhǔn)確的土層參數(shù)。

（2）樁身配筋選擇。樁身配筋首要考慮的就是樁身的受力情況。支護(hù)樁設(shè)計(jì)大多采用圓斷面內(nèi)均勻且通長(zhǎng)配筋，雖然保證樁身的穩(wěn)定性，但耗費(fèi)鋼筋過多，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。支護(hù)樁是在地面荷載、土壓力作用下的受彎構(gòu)件，其主筋設(shè)置的數(shù)量、長(zhǎng)度和位置應(yīng)根據(jù)單跨或多跨連梁計(jì)算結(jié)果的彎矩值配筋，將主筋設(shè)置于受拉力的一側(cè)，長(zhǎng)度也根據(jù)彎矩大小適當(dāng)截?cái)?。如此，則在保證樁身堅(jiān)固的同時(shí)，減少了鋼筋的使用量，降低了成本造價(jià)。

（3）錨桿位置確定。采用樁錨支護(hù)體系時(shí)，應(yīng)充分利用樁身強(qiáng)度，避免應(yīng)力集中，錨桿應(yīng)設(shè)置在錨桿支座處的樁身負(fù)彎矩與樁下端支座處的負(fù)彎矩及跨中正彎矩基本相同的位置。如這三個(gè)部位彎矩相差過大，應(yīng)調(diào)整錨桿位置反復(fù)試算后確定[3]。

（4）降排水措施。基坑施工中遇到地下水和自然降水可使土體含水量增加、土質(zhì)變軟，給周邊建筑物造成沉降不均和基坑側(cè)壁變形的危害，對(duì)基坑支護(hù)也會(huì)帶來比較大的影響。因此，采取降排水和止水措施十分必要。

3 結(jié)語

基坑工程不僅包含支護(hù)結(jié)構(gòu)體系和擋土之間的相互影響，而且還包含土力學(xué)中的變形及強(qiáng)度計(jì)算，同時(shí)又要進(jìn)行地下水處理，并且在支護(hù)設(shè)計(jì)及施工時(shí)要因地制宜，根據(jù)各自特點(diǎn)進(jìn)行具體分析，所以基坑工程是既復(fù)雜又系統(tǒng)的巖土問題。