基坑支护结构设计与施工关键技术研究

来源:用户上传      作者:

　　摘    要：随着我国经济建设的高速发展，工程建设的数量和规模越来越大，各种基坑工程越来越多。在当前的基坑支护结构设计当中，往往带有较多的假设条件和经验性参数，不同的设计软件在计算结果上往往有比较大的差异，需要对计算软件和计算方法进行合理选择，进一步加大对有限元法分析软件的应用。此外，很多基坑工程在市区进行，周边建筑和管网比较密集，施工过程中对环境的影响影响较大，对施工技术往往有较高的要求。为此，我将要在本文中对基坑支护结构设计与施工关键技术进行研究，希望对促进我国工程技术的发展，可以起到有利的作用。
　　关键词：基坑支护结构设计;施工关键技术;研究
　　1  引言
　　基坑工程是一项非常系统的工程，其中包括岩土工程、环境工程、结构工程等，需要进行结构设计、降水处理、土方开挖和回填等，是支护结构基坑自身安全的重要保障。在传统基坑结构的设计过程中，不仅需要考虑传统土力学中的强度、变形和稳定性问题，还必须考虑土和支护结构共存问题，是一个非常复杂的问题。随着城市化的高速发展，基坑的开挖深度越来越深，这给基坑结构设计带来了更高的难度。为了有效降低设计的难度，提高设计的合理性，可以将设计软件有效应用在工程设计当中，特别是采用有限元法，可以得到更加详细、丰富、准确的力学分析结果。
　　2  基坑设计的特点
　　基坑工程的区域性强，同一般的建筑工程相比，深基坑工程的区域性更强。由于各地区的地质差别较大，例如各地区的黄土、砂土、软粘土等条件往往有着较大的区别，这都会对工程设计和施工造成较大的影响【1】。根据工程勘察结果显示，一个地区的水文地质条件都会存在较大的区别，这需要在施工的过程中，根据实际情况，采取不同的施工策略，真正做到因地制宜。
　　个性化。很多基坑工程在市中心进行建设，这些地区的环境条件往往差别较大，周围的建筑分布和管网分布差别较大，这些都对基坑的变形抵御能力存在非常密切的联系。
　　基坑工程的综合性。基坑工程是一个综合性的工程，会涉及土压力理论、土体变形理论、地下水渗流理论等三个问题，这些问题都不能进行孤立考虑，它们之间存在着比较强烈的耦合关系，一旦其中任何一个环节没有处理好，都会对工程质量造成非常大的影响。
　　时空效应。在基坑工程施工过程中，经常会遇到蠕变性的土体，随着时间的延长，这些土体的强度会变低，严重影响到土体的稳定性【2】。
　　環境效应。在基坑工程对周围环境的影响往往是比较直接的。例如在基坑开挖的过程中，如果对土体当中的应力进行释放，就会影响到土体应力的分布。此外，在基坑开挖过程中，还会进行抽水，这会导致周边地下水位的下降，对地下渗流造成影响。在这些因素的作用下，很容易对周围土体造成较大的影响，进而造成周围土体下沉现象的出现，如果处理不当，很容易造成事故的发生【3】。
　　工程量大、工期比较紧。随着基坑工程规模的不断增加，土方的开挖量往往会比较大，然而留给的工期往往比较紧张，对工程管理往往有比较高的要求，不仅要保证工程的质量和经济效益，还应该保证工程按期完工。
　　3  基坑工程设计的计算方法和相关设计软件
　　极限平衡法是是当前应用最多的工程计算方法，由于求解的超静定问题，且求解相对比较简单，工程应用最多，特别是简单的悬臂和单点支护结构，非常适合采用这种分析方法。
　　等值梁法是通过假设铰来求解支挡结构内力，因此该方法也称作假想铰法。具体来说，首先假设假想铰的位置，即挡土结构变形曲线的反弯点。通常是先假设反弯点为土压力为零的那一点或是挡土结构入土面的那点，也有方法是假定反弯点距离入土面深度为y，该y值可根据地质条件和结构特性确定，一般为0.1～0.2倍开挖深度【4】。由于铰结点处弯矩为0，因此可以按照连续梁假设来求解挡土结构的弯矩、剪力和支撑轴力。
　　挡土结构的内力分析内力分析还可采用解析方法和数值方法。常用解析方法有山肩邦男法、弹性法和弹塑性法等。这些方法的基本理论是首先将挡土结构划分成数个子区间，在此基础上，分析和建立微分方程，然后引入连续性条件和边界条件，并求解微分方程，从而可以得到内力和支撑轴力。
　　随着软件技术的高速发展，在基坑工程设计中的应用越来越多，在工程设计过程中，主要采用的是如下几款软件：一、天汉软件。由桩锚CAD、喷锚CAD、简称挡墙、撑杆CAD、降水CAD 5个独立的工具软件组成。其中桩锚CAD功能非常强大，其支持对墙锚结构的受力分析，主要支持的结构类型有悬臂连续墙、单排支挡结构、复合支挡结构等，可以对桩身和冠梁配筋计算，输出相应的支护桩大样图，以及桩身和冠梁截面的配筋图。该软件的使用也非常简单 ，只需要建立相关的模型，并点击计算按钮，软件可以自动完成工程计算，操作十分便利，是一款非常有潜力的软件。二、理正深基坑软件。其支持单元计算和整体计算功能。在单元计算过程中，可以对经典法和弹性法进行选择，用户可以自由设置参数，如支护结构参数、冠量参数、水平集中力等。通过点击计算按钮，软件可以自动计算出结构刚度信息和受力信息。如果需要进行整体计算，需要首先建立基坑的三维有限元模型，合理设置结构的尺寸和参数，软件可以自动完成计算，其计算结果往往较慢，但计算结果比较详细，还能对基坑整体稳定性、内办、变形和安全性进行评价。三、PLAXIS软件。其是一款功能非常强大的有限元计算程序，内部模型库非常丰富，提供了土体、板、锚杆、土工格栅、隧道等材料模型，此外还提供了土体结构模型，如软土蠕变模型、双曲线塑性模型、节理岩体模型等。此外，该软件还提供了比价强大的施工模拟功能，对开挖过程和施工状况进行模拟，及时发现施工过程中可能出现的问题，更加及时采取措施，提供工程施工的效率和质量。上述的提到的分析计算方法和软件都有各自的适用范围，需要根据实际情况进行选择。
　　4  基坑施工的关键技术
　　支护桩的施工。通常在支护的施工过程中，可以采用人工挖孔桩和钢筋混凝土护壁的形式。如果土方开挖的形式，则应该使用电葫芦和掉筒进行运输。在这个过程中，一定要做好对成孔、清孔，钢筋的制作和安放，混凝土的配置、灌注等工序的质量，这样才能保证成桩的质量。
　　锚杆的施工。锚杆固定技术属于一种新型的施工技术，其一端和结构或者土墙进行固定，另一端固定在岩石地基当中，利用岩石的稳固性，来提高支护结构的稳固性。在基坑挖到标高后，进行施工土层锚杆，进行钻孔、锚头的制作、穿锚索、注浆。在注浆完成后，再安装钢腰梁、钢台座、钢垫板，穿外锚具，最后对锚固进行张紧。在完成施工后，还要对锚杆的进行力学实验，保证其满足力学试验要求。
　　做好土方的开挖。在土方的实际开挖过程中，往往开挖量非常大，这些尘土会严重影响到周围居民的生命健康。因此，因该采用分层开挖的形式，一边进行土方的开挖，一边进行土方的清理。在挖土的过程中，一定要做好对挖土速度的控制，根据维护监测结果的变化，对挖土速度进行调整，如果发现有异常情况，应该立即停止挖土，查找出异常产生的原因，然后立即采取相关的措施，这样才能保证施工的正常进行。
　　5  结束语
　　随着我国经济的高速发展，各种基坑工程越来越多，对工程设计和施工提出了更高的要求，需要我们在立足工程实际的基础上，合理对工程设计方法和施工方法进行选择，不断创新工程设计和施工工艺技术，同时做好施工管理工作。
　　参考文献：
　　[1] 王诚东. 工程深基坑支护存在的问题以及控制措施[J].建设科技，2015（6）：11～12.
　　[2] 陈黄来.深基坑支护设计分析与施工要点[J].中国城市经济，2010（5）：19～20.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14756469.htm