城市地下空間工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

高 歡

(陜西省宏安建筑工程有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，建筑工程已經(jīng)成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，逐漸將建筑工程拓展到地下空間，由于在發(fā)展過程中存在著諸多問題，因此必須根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，切實(shí)提高城市地下空間工程質(zhì)量和水平。

1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)在城市地下空間工程中的重要性

在進(jìn)行城市地下空間工程建設(shè)過程中，由于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和質(zhì)量對(duì)施工進(jìn)度、安全具有較大影響，所以必須要加大對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的重視力度。第一，基坑支護(hù)自身具有良好的保護(hù)性能，能夠保證基坑四周的土體始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)還能夠進(jìn)一步滿足地下環(huán)境施工保留充足的活動(dòng)空間，換句話說，其也是地下空間施工的必要條件[1]；第二，基坑支護(hù)還能夠保障四周相鄰建筑物、地下管線等多種地下設(shè)施在施工期間不受損害，其中包括基坑坑壁土體變形、地表面及地下土體出現(xiàn)垂直或水平位移等情況，能夠?qū)⒁陨锨闆r控制在可接受范圍內(nèi)；第三，基坑支護(hù)能夠通過截水、降水和排水等措施，保證基坑工程施工作業(yè)面保持在地下水位以上，能夠有效避免水量過多對(duì)地下施工造成消極影響。因此，必須在原有基礎(chǔ)上對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)還要對(duì)諸多影響因素進(jìn)行綜合考量，比如建筑施工場(chǎng)地的周邊環(huán)境、地質(zhì)水文情況、人流密集程度等，切實(shí)突出基坑支護(hù)設(shè)計(jì)在城市地下工程中的重要意義。

2 城市地下空間工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值

在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工前期，必須對(duì)施工位置周圍環(huán)境進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求的分析探究，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。在基坑開始挖掘之前或是進(jìn)行支護(hù)之后，需要在設(shè)計(jì)過程中考慮到可能由于外界因素導(dǎo)致支護(hù)變形的情況，因此需要不斷融入相應(yīng)的變形設(shè)計(jì)，才能最大程度避免對(duì)周圍建筑物、地下管線等設(shè)施造成破壞。當(dāng)土體發(fā)生變形時(shí)很難對(duì)其進(jìn)行有效控制，因此，必須要注重對(duì)基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值的精準(zhǔn)測(cè)算。

在進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)材料選擇時(shí)，必須以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為主要依據(jù)，選擇強(qiáng)度高、剛度優(yōu)質(zhì)、耐腐蝕等特點(diǎn)的材料，一般情況下，與其他材料相比，鋼管混凝土樁比較符合支護(hù)應(yīng)用的特性，不僅能夠提高支護(hù)體系的整體剛度，還能對(duì)多種因素導(dǎo)致的土體變形具有良好的控制作用，其中包括地下線路損壞、基坑開挖操作不慎等。在實(shí)際操作過程中，為了減少基坑變形情況，可以在基坑開挖之前將預(yù)應(yīng)力分別施加在施工各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成的整體體系上，體系內(nèi)容主要包括錨梁、水泥石粉樁、木樁以及鋼管抗滑樹根樁等，有利于避免施工地表發(fā)生沉降現(xiàn)象，同時(shí)還能對(duì)周圍建筑物、地下管線等設(shè)施起到保護(hù)作用。在完成基坑施工后，相應(yīng)的地表、狀體都會(huì)發(fā)生一定程度的變化，通常情況下，狀體頂部會(huì)出現(xiàn)位移現(xiàn)象，且最大距離應(yīng)為20mm，相應(yīng)的最大變形度則為40mm。如果地表出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，由于其基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值的有效確定，則其最大限度一般都不會(huì)超過25mm。在此基礎(chǔ)上，如果基坑外側(cè)豎向坑壁會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象，想要保證其始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，則必須對(duì)土體的滑動(dòng)力、阻滑力和護(hù)壁結(jié)構(gòu)的抗滑力等影響因素進(jìn)行充分考慮[2]。

比如：設(shè)定滑體容重是20kN/m3，土體滑動(dòng)角度為30°，其中還存在著10°的內(nèi)摩擦角，由此能夠進(jìn)一步測(cè)算出深基坑預(yù)應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，相應(yīng)的，其極限嵌固深度的安全系數(shù)>11，而錨索復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)整體抗滑的安全系數(shù)>1.3。

2.2 基坑側(cè)壁安全等級(jí)及系數(shù)

在進(jìn)行地下空間工程建設(shè)過程中，必須加強(qiáng)對(duì)安全的重視力度，最主要的就是保證基坑基槽挖掘，以及人工挖孔樁等帶有基礎(chǔ)性施工操作的正確性、規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性。在基坑施工前期，需要對(duì)基坑側(cè)壁的安全等級(jí)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，保證評(píng)估結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，并與實(shí)際情況相結(jié)合，根據(jù)基坑的特點(diǎn)對(duì)支護(hù)方法進(jìn)行針對(duì)性選擇。

想要對(duì)基坑側(cè)壁安全等級(jí)進(jìn)行有效確定，首先必須嚴(yán)格以相關(guān)技術(shù)規(guī)范為主要依據(jù)，同時(shí)還要根據(jù)其對(duì)周邊環(huán)境和地下結(jié)構(gòu)的破壞程度，以及產(chǎn)生的消極影響進(jìn)行總體評(píng)判，相應(yīng)的還要考慮產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失、安全威脅、社會(huì)影響等。在支護(hù)結(jié)構(gòu)遭到破壞之后，土體失去了固有的穩(wěn)定性，繼而會(huì)使原有土體發(fā)生較大程度的變形，因此可將對(duì)周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響程度從嚴(yán)重到輕微可分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)，其系數(shù)分別為1.10，1.00和0.90。

想要對(duì)基坑側(cè)壁安全等級(jí)進(jìn)一步確定，除了以對(duì)周邊及地下結(jié)構(gòu)破壞程度為依據(jù)，還應(yīng)該對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的水文環(huán)境、地質(zhì)條件等多種因素進(jìn)行充分考量，除此之外，還要對(duì)工程自身所具備的特殊性質(zhì)進(jìn)行深入分析探討。在進(jìn)行安全等級(jí)劃分時(shí)，可從基坑的開挖深度、基坑挖掘規(guī)模及角度等多方面，劃分為低級(jí)、中級(jí)和高級(jí)三種等級(jí)，在此基礎(chǔ)上，以工程建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境、水文條件為參考依據(jù)，根據(jù)基坑的各項(xiàng)指標(biāo)和產(chǎn)生的消極后果來進(jìn)行安全等級(jí)的劃分，可大致分為三個(gè)等級(jí)。對(duì)于一級(jí)和二級(jí)而言，工程所在地的地質(zhì)條件都較為復(fù)雜，前者更為惡劣，相應(yīng)的地下水位也較高，一級(jí)的基坑深度>12m，二級(jí)的基坑深度>6且<12m，在這種較為復(fù)雜的自然環(huán)境中施工，極易對(duì)基坑產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。對(duì)于三級(jí)而言，工程所在地的地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，且地下水位始終屬于較低水平，基坑深度<6m，由于施工的自然環(huán)境較為簡(jiǎn)單，其產(chǎn)生的破壞效果大幅度降低[3]。

按照以上方法能夠?qū)觽?cè)壁的安全等級(jí)進(jìn)行有效確定，同時(shí)還能對(duì)基坑的支護(hù)方法進(jìn)行精細(xì)化選擇，有利于保證工程的基礎(chǔ)性建設(shè)，以及整體施工的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 水平荷載和抗力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值

對(duì)于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)來說，必須加強(qiáng)對(duì)基坑支護(hù)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值、水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值的重視力度，確保二者數(shù)值計(jì)算的科學(xué)性、穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性。一般情況下是通過擋土墻內(nèi)側(cè)所產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力進(jìn)行有效引用，大多數(shù)都會(huì)采用彈性抗力的方法對(duì)擋土墻的位移情況進(jìn)行有效控制，但是可能由于擋墻內(nèi)側(cè)與彈性抗力仍存在連接關(guān)系，因此不能夠完全達(dá)到被動(dòng)狀態(tài)，從而進(jìn)一步體現(xiàn)出水平荷載樁的水平抗力數(shù)值的重要性。

通常情況下，外側(cè)主動(dòng)土壓力主要指的是施加在墻體上的水平荷載力，在實(shí)際水平荷載標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值計(jì)算過程中，首先就是要對(duì)基床系數(shù)進(jìn)行有效選取，由于其對(duì)計(jì)算結(jié)果具有重要影響，因此必須保證系數(shù)數(shù)值選取的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，確保符合基坑支護(hù)的實(shí)際情況。一般來說，深度比例與基床系數(shù)始終處于正比狀態(tài)，隨著深度比例的增長(zhǎng)，基床系數(shù)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化。在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的計(jì)算過程中，需要根據(jù)應(yīng)用方法進(jìn)行適當(dāng)改變，以土抗力法為例，此種方法促使土體處于前后的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，那么就可以將其看做是由水平方向的彈簧組成的計(jì)算模型，進(jìn)一步突出其彈性特點(diǎn)，與此同時(shí)，在進(jìn)行擋土結(jié)構(gòu)墻體的彎矩、剪力和變形值計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)撓曲線的特點(diǎn)，采用與其類似的方程式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值計(jì)算，以此為依據(jù)可以進(jìn)一步得出相應(yīng)的有效結(jié)論，同時(shí)還能保證其具有精準(zhǔn)性、真實(shí)性特點(diǎn)，換句話說，就是如果在進(jìn)行計(jì)算時(shí)出現(xiàn)了彈性變形，就可以證明其點(diǎn)的水平方向的反力與彈性變形呈正比狀態(tài)，促使基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在原有基礎(chǔ)上得到優(yōu)化提升，推進(jìn)地下建筑工程的積極發(fā)展。

3 結(jié) 論

綜上所述，不斷優(yōu)化基坑支護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容是滿足現(xiàn)代化地下空間工程建設(shè)的重要內(nèi)容，在實(shí)際施工過程中，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行針對(duì)性的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，同時(shí)還要選擇高質(zhì)量的應(yīng)用材料加以支撐，確保支護(hù)方案具有多樣性特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。