岩土工程中的深基坑支护设计问题分析与探究李越超

发表时间:2020/6/8   来源:《建筑实践》2020年2月第4期   作者:李越超
[导读] 本文以笔者所参与过的项目为参考点,分析基坑支护对于岩土工程的重要性与意义
        摘要:本文以笔者所参与过的项目为参考点,分析基坑支护对于岩土工程的重要性与意义,从常见支护设计问题出发,分析问题应对办法,旨在让我国岩土工程获得更好质量、更好发展。
关键词:岩土工程;深基坑支护;设计问题

前言:近些年城市化的发展使得各地区出现了大量高层建筑,与之相伴的是,深基坑支护水平得到进步。在实践中,各地工程单位在支护技术、深基坑开挖中积累了大量设计与施工方面的经验。大量新工艺、新结构、新技术用于市场。不过当前国内大部分城市的建筑间距相对来说都比较小。不少基坑的边缘和周围建筑物甚至只有几米距离,二者势必会成为工程施工重大挑战,会增加施工费用与施工工期。原有的深基坑施工工艺、运算公式、设计原则、设计理论并不能满足实际开挖支护要求,频频出现的各种坍塌事故引起了巨大的财产损失和生命安全问题。考虑到安全需要,技术人员必须做好支护有效设计。
一、基坑支护重要性
        岩土工程基坑作业为避免出现塌方事故,保障工程整体安全,就需要做好支护工序设计,保障基坑开挖作业安全。基坑的支护设计以及基坑的支护施工要充分参考工程周围环境[1]。尤其是排水条件、基坑深度、基坑类型以及地质水文情况。除此之外,施工机械、基坑荷载、结构期限也是必须合理设计、充分考虑的因素。唯有准备得当才能够保障工程整体安全。
二、深基坑支护问题
(一)土体物理参数不合适
        在深基坑支护作业中,有一个很重要的点就是分析土压大小。因为土压大小关系到支护安全度[2]。不同地区的地质情况不一样,地质复杂且多变,要想精准计算,得出准确土压本身存在很大难度。甚至如今仍旧在使用朗肯公式、库伦公式。土体物理参数选择合理与否决定着后续作业质量。尤其是开挖基坑以后,粘聚力、内摩擦角、含水率本身属于可变值,因此这三点的计算难度更大。
        设计深基坑的支护结构,假设没有合理选择地基土体物理学参数,就会对最后的设计结果造成重大影响。有资料显示,在基坑的开挖前后,土体内摩擦角通常存在5°的差值。土体主动土压力往往不一样,原土体内凝聚力在开挖前后差别也非常大,甚至能够达到6Kpa。不同支护结构、施工工艺带给土体物理学参数的影响是不一样的,参数选择自然也不能统一。
(二)土体取样没有代表性
        设计深基坑的支护结构,需要先行取样分析地基土层,获得合理的物理学指标。该指标会成为设计支护结构的可靠参照依据。通常在设计坑作业的2至3倍的空间范围以规范要求钻探获取土样。考虑到减少工程的造价以及勘探任务难度,往往不会钻非常多的孔。但也正因为这样,很多时候土样都会暴露出不完全性、随机性问题。地质结构多变且复杂,即便是同一块区域,每隔几步都有可能会出现不同地质类型。如果取样缺少代表性,就无法真实反映土层实际情况[3]。支护结构设计不合理和这个问题有直接联系。
(三)没有合理考虑基坑开挖空间效应
        从笔者的经验和所能找到的资料可以得知,在基坑作业中,基坑周边朝向基坑内部水平位移时,通常为中间大、两头小。许多深基坑的边坡都存在失稳问题,并且该现象常常发生在居中位置。该现象表明深基坑开挖属于空间问题。过去深基坑在设计支护结构的时候,一般都会用平面应变方法。细长条基坑能够用这一方法解决问题。长方形、方形基坑则很难用这种手段处理。支护结构需要合理调整,这样才能够满足空间效应要求。
(四)支护结构计算受力不匹配
        当前在设计计算深基坑支护结构的过程中,极限平衡理论仍旧是关键。支护结构实际受力非常复杂。从实践经验可以看到,支护结构的极限平衡理论在计算中需要充分考虑安全系数。虽然以理论角度来看,按理不会出现问题。但从现实结果来看,却频频发生事故。不少支护结构虽然在安全系数上比较低无法满足规范要求。不过工程中却能够满足规定。在深基坑支护结构中,极限平衡理论属于静态设计。

实践中开挖后土体属于动态平衡情况,也就是土体从紧到松的渐变过程。伴随着时间的推移,土体强度会不断降低,最后变形。设计中一定要考虑土体的强度变化。
三、改进深基坑支护设计思路
(一)转变设计理念
        国内多年的发展已经收获了很多深基坑支护作业经验,大量的数据为我们的深基坑支护作业提供了很多帮助。如今我们已经摸索出岩土变化支护结构受力规律,这一因素为深基坑支护结构的新方法、新理论夯实了基础。不过设计深基坑支护结构中,直至今日国内外也没有一种计算方法能够保障完全精准,目前仍处于讨论、探索阶段,国内也没有统一设计规范。使用等值梁法计算支护桩,最后的结果势必会和支护结构实际情况出现比较大的差距。不仅不经济,同时也并不安全。所以深基坑支护结构作业中,设计不能继续使用过去的结构荷载法。实践中必须创新理念,要建立以施工监测为主导的动态设计、反馈体系。
(二)变形控制设计
        现如今常用的设计方法是极限平衡原理,这种方法比较实用,计算结果拥有一定参考意义。不过在深基坑支护中使用这种方法进行设计,往往只能满足支护结构强度需要,无法保障支护结构刚度达标。不少工程之所以最后发生事故,几乎都是因为支护结构变形。所以,支护结构设计方案合理与否除了要看强度,同时也要考虑变形问题。根据工程实际状况,在使用新变形控制设计方法的过程中,有必要参照结构变形标准条件。做好地面超载、平面应变研究带来的各种影响。
(三)积极开展支护结构试验
        只有理论并不能够完全满足工程质量要求,为了保障设计有效性,还要重视对理论知识进行各种试验。深基坑支护作业,国内缺少系统、完整的试验研究体系。不少支护结构项目最后即便成功,作业人员也说不出成功的原因。一些支护作业最后失败,工程人员也不了解问题原因。支护工程作业能够积累大量的技术资料,要重视对这些技术资料的使用,对其中的数据进行测试。要科学分析,这样才能够保障工程有效性。
        虽然支护结构实验工作会消耗一定的资金,不过考虑到深基坑支护工程本身有着非常庞大的投资量,如果有了科学实验的步骤,随后设计工程,肯定能够节省非常多的经费。尤其是体现在后期返工经费,减少了工程材料浪费。工程实践能够积累非常多的数据信息,这些数据将会成为同类工程的参考点。所以必须重视现场试验流程,其具有现实意义。
(四)探索新支护计算方法
        在国内建筑领域快速发展的今天,基坑支护迎来了技术性革命背景。钢混板桩、钢板桩、钻孔灌注桩挡墙等各种支护结构被广泛使用。旋喷土锚、组合拱帷幕、土钉、双排桩等支护结构也在人们的大力开发中逐渐成熟。不过这些支护结构模型如何计算、如何选择最科学的设计方法仍旧是现阶段我们需要着重处理和思考的问题。
        当前支护结构渐渐呈现出综合发展,也就是水力结构与受力结构结合,永久支护与临时支护结合,支护结构与基坑开挖结合。以上几种结合会让支护受力越来越复杂。因此有必要找到和制定新的计算方法与模型,这是目前建筑行业发展最大的问题。
结语:从本文叙述可以看到,基坑支护结构与开挖非常系统、复杂,其涉及到施工管理、施工工艺、建筑材料、工程结构、水文地质、工程地质等许多内容。其集合了结构力学、材料力学、水力学、土力学等多学科知识。支护结构是多个本身独立,但是也有密切联系体系共同组成的整体。所以不论是施工组织还是结构设计都要站在总体角度考虑问题。协调好各部分组织,要保障支护可靠、安全且经济合理,这样才能够更好的发展。


参考文献:
[1]郁飞.建筑深基坑支护工程的安全施工与管理措施[J].门窗,2019(20):56.
[2]雷宇.建筑工程施工中深基坑支护的施工技术管理[J].门窗,2019(20):64.
[3]许鹏,师磊,陈雨庆.浅析深基坑支护结构的施工要素[J].建材与装饰,2019(30):43-44.



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