深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)分析

1、深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)分析隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市的土地資源越來(lái)越有限，人們紛紛把目光投向地下空間。高層、超高層建筑以及地下工程層出不窮，伴隨 而來(lái)的深基坑穩(wěn)定性也成了需要重視的問(wèn)題。近些年來(lái)，由基坑失穩(wěn) 引起的工程事故屢見(jiàn)不鮮，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工有待進(jìn)一步發(fā)展。鑒于深基坑工程自身的復(fù)雜性，加上沒(méi)有一套科學(xué)完備的基坑支護(hù)設(shè) 計(jì)理論體系來(lái)指導(dǎo)，現(xiàn)如今工程上普遍采用的仍是半理論半經(jīng)驗(yàn)的計(jì) 算模式，這也必然會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際情況往往出入較大?？茖W(xué)合理的 支護(hù)設(shè)計(jì)無(wú)疑會(huì)對(duì)基坑工程的安全起到有效的控制，這也是當(dāng)前學(xué)術(shù) 界和工程界迫切需要解決的課題。1土壓力計(jì)算方法1. 1經(jīng)典土壓力理論朗肯土壓力法和庫(kù)倫土壓力法

2、是經(jīng)典土壓力算法。1857年，朗肯提出了朗肯土壓力理論，他在擋土墻周圍土中取一點(diǎn)，假設(shè)其處于 極限平衡狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，從而計(jì)算出作用在擋土墻上的 主、被動(dòng)土壓力的分布與大小1 。朗肯土壓力理論假設(shè)墻頂土面水平、墻背豎直，且墻與土體之間的接觸面光滑。而實(shí)際上擋土墻背 與土體之間是存在摩擦的，這就會(huì)導(dǎo)致剪應(yīng)力的出現(xiàn)，這種情況下會(huì) 導(dǎo)致得出較大的主動(dòng)土壓力和較小的被動(dòng)土壓力，總的來(lái)說(shuō)是偏于安 全的。庫(kù)倫從擋土墻后一滑動(dòng)楔形體入手，假設(shè)其處于極限平衡狀態(tài) 并加以研究，從而提出了庫(kù)倫土壓力理論。庫(kù)倫土壓力假設(shè)土體均質(zhì) 且各向同性，土體的破壞滑動(dòng)面為一平面，楔形體為剛體，只發(fā)生平 移或轉(zhuǎn)動(dòng)，而實(shí)

3、際上破壞面是曲面，破壞的土楔形也會(huì)發(fā)生變形等。大量實(shí)測(cè)資料表明，經(jīng)典土壓力理論所計(jì)算出的土壓力與實(shí)際土壓力 存在著一定偏差。1 . 2經(jīng)典土壓力上的改進(jìn) 朗肯土壓力計(jì)算方法和庫(kù)倫土壓力計(jì)算方法都是在極限平衡條 件下得出的，但實(shí)際上，由于深基坑周圍的 高層建筑對(duì)支護(hù)位移有著 嚴(yán)格的要求，現(xiàn)實(shí)中的位移往往達(dá)不到經(jīng)典 土壓力理論所需的位移，這時(shí)就需要考慮支護(hù)位移對(duì)土壓力計(jì)算的影 響。針對(duì)位移對(duì)土壓力計(jì) 算的影響，也有研究者進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與研究， 姚國(guó)圣2基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，在原有的土壓力計(jì)算模型上， 引入了支護(hù)上某點(diǎn)和土中某 點(diǎn)的兩個(gè)位移量，并在工程實(shí)例中印證了新的計(jì)算模型的可靠性 永新等3引入主動(dòng)土壓

4、力折減系數(shù)來(lái)考慮土體位移對(duì)土壓力計(jì)算 的影響，并與基坑實(shí)例對(duì)比分析；曹凈等4充分考慮到支護(hù)變形與 土的變形協(xié)調(diào)條件，針對(duì)支撐式擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)提出了新的土壓力計(jì)算 方法;王文杰等5從有限土體的土壓力計(jì)算入手，研究相鄰基坑之 間土的土壓力，簡(jiǎn)單地推導(dǎo)出計(jì)算方式并進(jìn)行了分析論證；吳剛等6認(rèn)為坑壁之間的夾角對(duì)土壓力的計(jì)算會(huì)產(chǎn)生一定影響，但具體的影響 機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。由于土這種材料的特殊性，已經(jīng)有 很多學(xué)者從時(shí)空效應(yīng)的角度來(lái)考慮土壓力的計(jì)算。張燕凱等7考 慮到土的 蠕變性和次固結(jié)，在原本的土壓力計(jì)算方法上做出了改善，；楊2支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法對(duì)于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前常用的有三類計(jì)算方

5、法：極限平衡法、彈性抗力法及有限元法。極限平衡法雖然存在著諸多局限，但目 前仍是我國(guó)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)人員最熟悉的計(jì)算方法。 極限平衡法假設(shè)支 撐點(diǎn)為不動(dòng)點(diǎn)，通過(guò)一些假設(shè)將超靜定問(wèn)題簡(jiǎn)化成靜定問(wèn)題， 這無(wú)疑 會(huì)使計(jì)算變得簡(jiǎn)單很多，但卻與實(shí)際情況存在著明顯差異。彈性抗力 法把支護(hù)周邊的土體看成是水平向的彈簧體，通過(guò)撓曲線近似方程來(lái) 算出支護(hù)的剪力、彎矩及變形等門。其與實(shí)際情況是否相符通 常由基床系數(shù)的選取有關(guān)，目前常用的是m法來(lái)計(jì)算，m為基床系 數(shù)隨深度增長(zhǎng)的比例系數(shù)。近些年來(lái)，有限元法也被廣泛應(yīng)用，它能 考慮一些較為復(fù)雜的問(wèn)題，如土的分層分布、分層開(kāi)挖及支護(hù)的逐次 架設(shè)等，甚至連支護(hù)兩側(cè)土體對(duì)稱與否

6、也能模擬。從原理上來(lái)看，前 兩種方法存在的問(wèn)題用有限元法可以得到解決，但土的本構(gòu)模型及相 關(guān)系數(shù)不易準(zhǔn)確確定，所以現(xiàn)在有限元法一般用來(lái)輔助常規(guī)設(shè)計(jì)。2.2支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇支護(hù)體系由擋土結(jié)構(gòu)和支撐拉結(jié)結(jié)構(gòu)兩部分組成，其中擋土結(jié)構(gòu)又可以分為止水結(jié)構(gòu)和透水結(jié)構(gòu)12,止水擋土墻在基坑內(nèi)設(shè)降 水井，透水擋土墻則在基坑內(nèi)外都設(shè)排水降水井，支撐拉結(jié)結(jié)構(gòu)包括 各式錨桿、鋼管并能有效地運(yùn)用到實(shí)際工程中。鄭祝融等8分別考慮時(shí)間和空間對(duì)土壓力計(jì)算的影響模式，然后進(jìn)行耦合，得出新的土壓力計(jì)算模型，并和實(shí)際工程對(duì)比分析。陳子文9主要研究了土壓力計(jì)算受時(shí)空效應(yīng)影響的主要區(qū)域以及地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的水平變形。高文華等10 編寫了

7、一個(gè)簡(jiǎn)單程序來(lái)修正時(shí)空效應(yīng)對(duì)土壓力的影響，為土的流變模型相關(guān)參數(shù)的選取提供了指導(dǎo)意義。鋼板水平撐以及斜撐等。支護(hù)結(jié)構(gòu)類型的選擇要考慮 很多因素，主要受基坑的開(kāi)挖深度、地下水位高度、邊坡的設(shè)計(jì)坡度 以及支護(hù)允許變形的影響，當(dāng)然還需要考慮到周邊環(huán)境和施工因素。不同類型的支護(hù)有著各自的作用，鋼板樁適宜在開(kāi)挖不是很深的軟 土、淤泥質(zhì)土，具有一定擋水，且可重復(fù)使用，但鋼板本身是柔性材 料，在復(fù)雜的地下條件下容易變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移難以控制。H型鋼 適用于開(kāi)挖深度在25m內(nèi)的黏土、砂土，其施工簡(jiǎn)單，型鋼可重復(fù) 使 用，但其止水性較差，且價(jià)格較高。地下連續(xù)墻具有眾多優(yōu)點(diǎn)，如 止 水性好，變形小，可作為永久結(jié)構(gòu)

8、，在目前基坑支護(hù)中被廣泛使用， 但其也具有造價(jià)高，遇到巖層施工困難等缺點(diǎn)13。還有很多其 他類型的支護(hù)，比如灌注樁排樁支護(hù)、內(nèi)撐式樁墻支護(hù)、組合式支護(hù) 結(jié)構(gòu)等。支護(hù)結(jié)構(gòu)的種類很多，要在滿足施工要求的前提下，盡量從 保護(hù)環(huán)境、節(jié)約成本、方便施工等方面考慮，選擇最優(yōu)的支護(hù)類型1 4 O趙壽剛等15 把各種影響支護(hù)選擇的因素按工程要求賦予不 同的權(quán)，然后經(jīng)過(guò)橫向比對(duì)之后得分最高的即為最佳方案。何 滿潮等16通過(guò)神經(jīng)元處理函數(shù)來(lái)對(duì)影響因素進(jìn)行映射分析，通過(guò) 大量的訓(xùn)練樣本，來(lái)尋找到最優(yōu)的支護(hù)方案。肖武權(quán)等17利用Matl ab軟件求得各影響因素所賦的最小值，然后根據(jù)優(yōu)化算法找尋到最經(jīng)濟(jì)合理的方案。王翠英等18提出了信息化施工監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān) 控各項(xiàng)數(shù)據(jù)并反復(fù)計(jì)各參數(shù)，不斷調(diào)整，以達(dá)到優(yōu)化的目的展望目前國(guó)內(nèi)深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)算和選取仍沒(méi)有較為科學(xué)完善的導(dǎo)，如何在滿足工程需要的前提下盡量節(jié)約成本也是實(shí)際工程中所注的重點(diǎn)，避免偏于保守設(shè)計(jì)而造成的浪費(fèi)等都是我們現(xiàn)在需要解限元軟件也被更多地運(yùn)用到如今的