深基坑支護設計分析

1、深基坑支護設計分析隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市的土地資源越來越有限，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 而來的深基坑穩(wěn)定性也成了需要重視的問題。近些年來，由基坑失穩(wěn) 引起的工程事故屢見不鮮，支護結構的設計與施工有待進一步發(fā)展。鑒于深基坑工程自身的復雜性，加上沒有一套科學完備的基坑支護設 計理論體系來指導，現(xiàn)如今工程上普遍采用的仍是半理論半經(jīng)驗的計 算模式，這也必然會導致設計與實際情況往往出入較大?？茖W合理的 支護設計無疑會對基坑工程的安全起到有效的控制，這也是當前學術 界和工程界迫切需要解決的課題。1土壓力計算方法1. 1經(jīng)典土壓力理論朗肯土壓力法和庫倫土壓力法

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，假設其處于 極限平衡狀態(tài)，并對其進行應力分析，從而計算出作用在擋土墻上的 主、被動土壓力的分布與大小1 。朗肯土壓力理論假設墻頂土面水平、墻背豎直，且墻與土體之間的接觸面光滑。而實際上擋土墻背 與土體之間是存在摩擦的，這就會導致剪應力的出現(xiàn)，這種情況下會 導致得出較大的主動土壓力和較小的被動土壓力，總的來說是偏于安 全的。庫倫從擋土墻后一滑動楔形體入手，假設其處于極限平衡狀態(tài) 并加以研究，從而提出了庫倫土壓力理論。庫倫土壓力假設土體均質 且各向同性，土體的破壞滑動面為一平面，楔形體為剛體，只發(fā)生平 移或轉動，而實

3、際上破壞面是曲面，破壞的土楔形也會發(fā)生變形等。大量實測資料表明，經(jīng)典土壓力理論所計算出的土壓力與實際土壓力 存在著一定偏差。1 . 2經(jīng)典土壓力上的改進 朗肯土壓力計算方法和庫倫土壓力計算方法都是在極限平衡條 件下得出的，但實際上，由于深基坑周圍的 高層建筑對支護位移有著 嚴格的要求，現(xiàn)實中的位移往往達不到經(jīng)典 土壓力理論所需的位移，這時就需要考慮支護位移對土壓力計算的影 響。針對位移對土壓力計 算的影響，也有研究者進行了監(jiān)測與研究， 姚國圣2基于現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)，在原有的土壓力計算模型上， 引入了支護上某點和土中某 點的兩個位移量，并在工程實例中印證了新的計算模型的可靠性 永新等3引入主動土壓

4、力折減系數(shù)來考慮土體位移對土壓力計算 的影響，并與基坑實例對比分析；曹凈等4充分考慮到支護變形與 土的變形協(xié)調條件，針對支撐式擋土支護結構提出了新的土壓力計算 方法;王文杰等5從有限土體的土壓力計算入手，研究相鄰基坑之 間土的土壓力，簡單地推導出計算方式并進行了分析論證；吳剛等6認為坑壁之間的夾角對土壓力的計算會產(chǎn)生一定影響，但具體的影響 機理還需要進一步研究。由于土這種材料的特殊性，已經(jīng)有 很多學者從時空效應的角度來考慮土壓力的計算。張燕凱等7考 慮到土的 蠕變性和次固結，在原本的土壓力計算方法上做出了改善，；楊2支護結構設計2.1支護結構計算方法對于基坑支護結構設計，目前常用的有三類計算方

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 前仍是我國基坑支護設計人員最熟悉的計算方法。 極限平衡法假設支 撐點為不動點，通過一些假設將超靜定問題簡化成靜定問題， 這無疑 會使計算變得簡單很多，但卻與實際情況存在著明顯差異。彈性抗力 法把支護周邊的土體看成是水平向的彈簧體，通過撓曲線近似方程來 算出支護的剪力、彎矩及變形等門。其與實際情況是否相符通 常由基床系數(shù)的選取有關，目前常用的是m法來計算，m為基床系 數(shù)隨深度增長的比例系數(shù)。近些年來，有限元法也被廣泛應用，它能 考慮一些較為復雜的問題，如土的分層分布、分層開挖及支護的逐次 架設等，甚至連支護兩側土體對稱與否

6、也能模擬。從原理上來看，前 兩種方法存在的問題用有限元法可以得到解決，但土的本構模型及相 關系數(shù)不易準確確定，所以現(xiàn)在有限元法一般用來輔助常規(guī)設計。2.2支護結構的選擇支護體系由擋土結構和支撐拉結結構兩部分組成，其中擋土結構又可以分為止水結構和透水結構12,止水擋土墻在基坑內設降 水井，透水擋土墻則在基坑內外都設排水降水井，支撐拉結結構包括 各式錨桿、鋼管并能有效地運用到實際工程中。鄭祝融等8分別考慮時間和空間對土壓力計算的影響模式，然后進行耦合，得出新的土壓力計算模型，并和實際工程對比分析。陳子文9主要研究了土壓力計算受時空效應影響的主要區(qū)域以及地下連續(xù)墻結構的水平變形。高文華等10 編寫了

7、一個簡單程序來修正時空效應對土壓力的影響，為土的流變模型相關參數(shù)的選取提供了指導意義。鋼板水平撐以及斜撐等。支護結構類型的選擇要考慮 很多因素，主要受基坑的開挖深度、地下水位高度、邊坡的設計坡度 以及支護允許變形的影響，當然還需要考慮到周邊環(huán)境和施工因素。不同類型的支護有著各自的作用，鋼板樁適宜在開挖不是很深的軟 土、淤泥質土，具有一定擋水，且可重復使用，但鋼板本身是柔性材 料，在復雜的地下條件下容易變形，支護結構位移難以控制。H型鋼 適用于開挖深度在25m內的黏土、砂土，其施工簡單，型鋼可重復 使 用，但其止水性較差，且價格較高。地下連續(xù)墻具有眾多優(yōu)點，如 止 水性好，變形小，可作為永久結構

8、，在目前基坑支護中被廣泛使用， 但其也具有造價高，遇到巖層施工困難等缺點13。還有很多其 他類型的支護，比如灌注樁排樁支護、內撐式樁墻支護、組合式支護 結構等。支護結構的種類很多，要在滿足施工要求的前提下，盡量從 保護環(huán)境、節(jié)約成本、方便施工等方面考慮，選擇最優(yōu)的支護類型1 4 O趙壽剛等15 把各種影響支護選擇的因素按工程要求賦予不 同的權，然后經(jīng)過橫向比對之后得分最高的即為最佳方案。何 滿潮等16通過神經(jīng)元處理函數(shù)來對影響因素進行映射分析，通過 大量的訓練樣本，來尋找到最優(yōu)的支護方案。肖武權等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)濟合理的方案。王翠英等18提出了信息化施工監(jiān)測，實時監(jiān) 控各項數(shù)據(jù)并反復計各參數(shù)，不斷調整，以達到優(yōu)化的目的展望目前國內深基坑支護的設計計算和選取仍沒有較為科學完善的導，如何在滿足工程需要的前提下盡量節(jié)約成本也是實際工程中所注的重點，避免偏于保守設計而造成的浪費等都是我們現(xiàn)在需要解限元軟件也被更多地運用到如今的