基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究

引言
　　基坑工程是一項(xiàng)非常系統(tǒng)的工程，其中包括巖土工程、環(huán)境工程、結(jié)構(gòu)工程等，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降水處理、土方開挖和回填等，是支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑自身安全的重要保障。在傳統(tǒng)基坑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，不僅需要考慮傳統(tǒng)土力學(xué)中的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性問題，還必須考慮土和支護(hù)結(jié)構(gòu)共存問題，是一個非常復(fù)雜的問題。隨著城市化的高速發(fā)展，基坑的開挖深度越來越深，這給基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了更高的難度。為了有效降低設(shè)計(jì)的難度，提高設(shè)計(jì)的合理性，可以將設(shè)計(jì)軟件有效應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，特別是采用有限元法，可以得到更加詳細(xì)、豐富、準(zhǔn)確的力學(xué)分析結(jié)果。
　　2   基坑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
　　基坑工程的區(qū)域性強(qiáng)，同一般的建筑工程相比，深基坑工程的區(qū)域性更強(qiáng)。由于各地區(qū)的地質(zhì)差別較大，例如各地區(qū)的黃土、砂土、軟粘土等條件往往有著較大的區(qū)別，這都會對工程設(shè)計(jì)和施工造成較大的影響【1】。根據(jù)工程勘察結(jié)果顯示，一個地區(qū)的水文地質(zhì)條件都會存在較大的區(qū)別，這需要在施工的過程中，根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的施工策略，真正做到因地制宜。
　　個性化。很多基坑工程在市中心進(jìn)行建設(shè)，這些地區(qū)的環(huán)境條件往往差別較大，周圍的建筑分布和管網(wǎng)分布差別較大，這些都對基坑的變形抵御能力存在非常密切的聯(lián)系。
　　基坑工程的綜合性?；庸こ淌且粋€綜合性的工程，會涉及土壓力理論、土體變形理論、地下水滲流理論等三個問題，這些問題都不能進(jìn)行孤立考慮，它們之間存在著比較強(qiáng)烈的耦合關(guān)系，一旦其中任何一個環(huán)節(jié)沒有處理好，都會對工程質(zhì)量造成非常大的影響。
　　時空效應(yīng)。在基坑工程施工過程中，經(jīng)常會遇到蠕變性的土體，隨著時間的延長，這些土體的強(qiáng)度會變低，嚴(yán)重影響到土體的穩(wěn)定性【2】。
　　環(huán)境效應(yīng)。在基坑工程對周圍環(huán)境的影響往往是比較直接的。例如在基坑開挖的過程中，如果對土體當(dāng)中的應(yīng)力進(jìn)行釋放，就會影響到土體應(yīng)力的分布。此外，在基坑開挖過程中，還會進(jìn)行抽水，這會導(dǎo)致周邊地下水位的下降，對地下滲流造成影響。在這些因素的作用下，很容易對周圍土體造成較大的影響，進(jìn)而造成周圍土體下沉現(xiàn)象的出現(xiàn)，如果處理不當(dāng)，很容易造成事故的發(fā)生【3】。
　　工程量大、工期比較緊。隨著基坑工程規(guī)模的不斷增加，土方的開挖量往往會比較大，然而留給的工期往往比較緊張，對工程管理往往有比較高的要求，不僅要保證工程的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)該保證工程按期完工。
　　3   基坑工程設(shè)計(jì)的計(jì)算方法和相關(guān)設(shè)計(jì)軟件
　　極限平衡法是是當(dāng)前應(yīng)用最多的工程計(jì)算方法，由于求解的超靜定問題，且求解相對比較簡單，工程應(yīng)用最多，特別是簡單的懸臂和單點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)，非常適合采用這種分析方法。
　　等值梁法是通過假設(shè)鉸來求解支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力，因此該方法也稱作假想鉸法。具體來說，首先假設(shè)假想鉸的位置，即擋土結(jié)構(gòu)變形曲線的反彎點(diǎn)。通常是先假設(shè)反彎點(diǎn)為土壓力為零的那一點(diǎn)或是擋土結(jié)構(gòu)入土面的那點(diǎn)，也有方法是假定反彎點(diǎn)距離入土面深度為y，該y值可根據(jù)地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特性確定，一般為0.1～0.2倍開挖深度【4】。由于鉸結(jié)點(diǎn)處彎矩為0，因此可以按照連續(xù)梁假設(shè)來求解擋土結(jié)構(gòu)的彎矩、剪力和支撐軸力。
　　擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析內(nèi)力分析還可采用解析方法和數(shù)值方法。常用解析方法有山肩邦男法、彈性法和彈塑性法等。這些方法的基本理論是首先將擋土結(jié)構(gòu)劃分成數(shù)個子區(qū)間，在此基礎(chǔ)上，分析和建立微分方程，然后引入連續(xù)性條件和邊界條件，并求解微分方程，從而可以得到內(nèi)力和支撐軸力。
　　隨著軟件技術(shù)的高速發(fā)展，在基坑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越多，在工程設(shè)計(jì)過程中，主要采用的是如下幾款軟件：一、天漢軟件。由樁錨CAD、噴錨CAD、簡稱擋墻、撐桿CAD、降水CAD 5個獨(dú)立的工具軟件組成。其中樁錨CAD功能非常強(qiáng)大，其支持對墻錨結(jié)構(gòu)的受力分析，主要支持的結(jié)構(gòu)類型有懸臂連續(xù)墻、單排支擋結(jié)構(gòu)、復(fù)合支擋結(jié)構(gòu)等，可以對樁身和冠梁配筋計(jì)算，輸出相應(yīng)的支護(hù)樁大樣圖，以及樁身和冠梁截面的配筋圖。該軟件的使用也非常簡單 ，只需要建立相關(guān)的模型，并點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，軟件可以自動完成工程計(jì)算，操作十分便利，是一款非常有潛力的軟件。二、理正深基坑軟件。其支持單元計(jì)算和整體計(jì)算功能。在單元計(jì)算過程中，可以對經(jīng)典法和彈性法進(jìn)行選擇，用戶可以自由設(shè)置參數(shù)，如支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、冠量參數(shù)、水平集中力等。通過點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，軟件可以自動計(jì)算出結(jié)構(gòu)剛度信息和受力信息。如果需要進(jìn)行整體計(jì)算，需要首先建立基坑的三維有限元模型，合理設(shè)置結(jié)構(gòu)的尺寸和參數(shù)，軟件可以自動完成計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果往往較慢，但計(jì)算結(jié)果比較詳細(xì)，還能對基坑整體穩(wěn)定性、內(nèi)辦、變形和安全性進(jìn)行評價。三、PLAXIS軟件。其是一款功能非常強(qiáng)大的有限元計(jì)算程序，內(nèi)部模型庫非常豐富，提供了土體、板、錨桿、土工格柵、隧道等材料模型，此外還提供了土體結(jié)構(gòu)模型，如軟土蠕變模型、雙曲線塑性模型、節(jié)理巖體模型等。此外，該軟件還提供了比價強(qiáng)大的施工模擬功能，對開挖過程和施工狀況進(jìn)行模擬，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的問題，更加及時采取措施，提供工程施工的效率和質(zhì)量。上述的提到的分析計(jì)算方法和軟件都有各自的適用范圍，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
　　4   基坑施工的關(guān)鍵技術(shù)
　　支護(hù)樁的施工。通常在支護(hù)的施工過程中，可以采用人工挖孔樁和鋼筋混凝土護(hù)壁的形式。如果土方開挖的形式，則應(yīng)該使用電葫蘆和掉筒進(jìn)行運(yùn)輸。在這個過程中，一定要做好對成孔、清孔，鋼筋的制作和安放，混凝土的配置、灌注等工序的質(zhì)量，這樣才能保證成樁的質(zhì)量。
　　錨桿的施工。錨桿固定技術(shù)屬于一種新型的施工技術(shù)，其一端和結(jié)構(gòu)或者土墻進(jìn)行固定，另一端固定在巖石地基當(dāng)中，利用巖石的穩(wěn)固性，來提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在基坑挖到標(biāo)高后，進(jìn)行施工土層錨桿，進(jìn)行鉆孔、錨頭的制作、穿錨索、注漿。在注漿完成后，再安裝鋼腰梁、鋼臺座、鋼墊板，穿外錨具，最后對錨固進(jìn)行張緊。在完成施工后，還要對錨桿的進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，保證其滿足力學(xué)試驗(yàn)要求。
　　做好土方的開挖。在土方的實(shí)際開挖過程中，往往開挖量非常大，這些塵土?xí)?yán)重影響到周圍居民的生命健康。因此，因該采用分層開挖的形式，一邊進(jìn)行土方的開挖，一邊進(jìn)行土方的清理。在挖土的過程中，一定要做好對挖土速度的控制，根據(jù)維護(hù)監(jiān)測結(jié)果的變化，對挖土速度進(jìn)行調(diào)整，如果發(fā)現(xiàn)有異常情況，應(yīng)該立即停止挖土，查找出異常產(chǎn)生的原因，然后立即采取相關(guān)的措施，這樣才能保證施工的正常進(jìn)行。