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崔波地铁深基坑内支撑结构优化分析

发表时间：2021/4/20 来源：《基层建设》2020年第33期作者：崔波

[导读] 摘要：随着我国城市化建设的加快，地铁建设工程日益增多，与之伴随的基坑工程越来越复杂，基坑开挖面积越来越大、开挖深度也越来越深。

        江苏盛华工程监理咨询有限公司江苏徐州 221000
        摘要：随着我国城市化建设的加快，地铁建设工程日益增多，与之伴随的基坑工程越来越复杂，基坑开挖面积越来越大、开挖深度也越来越深。深基坑设计施工具有综合实践性强、支护选型方案多、地质环境复杂等多个因素交叉影响的特征。本文从分析深基坑概述为出发点，研究了地铁深基坑内支撑结构优化措施。事实表明，合理的基坑支护方案及对施工关键节点的监测，能有效保障支护结构的安全性和经济性。
        关键词：地铁；深基坑；内支撑；结构优化
        引言
        国内外学者对深基坑开挖变形规律及对周边环境的影响等方面做了大量的研究，对优化基坑工程设计和施工具有重要的作用。深基坑工程中不同支撑数量会影响基坑系统支护结构的刚度，将对基坑的变形产生一定的影响。在长期发展下，深基坑工程技术已经被广泛应用于建筑项目中，是推动地铁车站工程的重要技术支持。
        1深基坑概述
        基坑工程发生于建筑物下方区域，可起到提升建筑主体安全性、缓解周边环境不良影响等多重效果，集基坑支护、开挖等多项技术于一体，若开挖深度达5m，即可视为深基坑工程。深基坑工程中有关围护结构的稳定性、变形规律、经济性等问题一直是研究的热点。建筑深基坑加固支护施工中会受到水文、地质、外部环境等因素的综合影响，故而易出现降水失败、变形增大等问题，严重时甚至出现基坑支护失效、垮塌等事故。国内外学者对深基坑开挖变形规律及对周边环境的影响等方面做了大量的研究，对优化基坑工程设计和施工具有重要的作用。但基坑的支护形式是影响基坑变形的重要因素之一。深基坑的支护结构和形式多样，目前在深基坑支护结构中比较常用的是桩墙＋内支撑的支护形式，常见的支护形式有排桩＋内支撑、地连墙＋内支撑、桩锚＋内支撑等，内支撑一般分为钢筋混凝土支撑与钢支撑两种类型。在施工过程中应结合具体工程案例，对深基坑工程施工方案、施工技术进行不断优化，以期有效提高结构的安全稳定和经济效益。
        2地铁深基坑内支撑结构优化措施
        2.1勘察分析
        勘察过程中，应充分考虑到环境对于建设影响，考虑到地质、水文等方面情况，尤其深基坑建设及相关主要结构都是处于地下位置，要充分考虑到地下位置、地下水文、地质条件等方面因素对于实际操作及相关结构是否存在不良影响。尤其要严重考虑到水文结构和地下水环境影响，将可能对支护结构产生影响因素进行有效规避，避免其自身存在安全隐患，影响建设质量和支护质量。地下水会对结构产生侵蚀，加之上部结构重力影响，受压和受弯几率相对较高，很容易产生一定程度变形。除了地下水环境之外，岩土也是十分重要的一部分内容，不同岩土自身承重特点等方面具备着显著差异。从实际角度来说，岩土质量和岩土特点、湿度、干燥程度等都会为自身载重、硬度带来一定程度影响。所以在实际操作过程中，结构的优化首先要考虑到环境因素，环境因素直接影响着结构情况，对结构质量和支护有效性产生一定程度影响。因此，实际操作过程中要考虑到地下水情况、岩土情况，将其自身承重能力及特性、性质考虑到其中，从而进行有效规避。
        2.2加强支护结构方案的选择
        根据该建筑物地形及勘探资料，综合分析该地基有以下几个特点：①基坑开挖深度大。②地下开挖深度范围内为粉土和粉质黏土土质坚硬强度高，地下水位高。③地下车库周围离小区住宅楼和主干道路太近，不可采用自然放坡，为保证其安全和不受影响，大型机械、震动较大、锤击机械无法施工。综上考虑多种方案分析，并结合本地区的一些成功经验，最后确定基坑支护体系采用钻孔灌注桩挡土结合双轴水泥土搅拌桩止水、钢筋混凝土水平冠梁及支撑梁等。钻孔灌注桩采用XH-900型钻机为潜水钻机，该钻机转速快、成孔效率高。水泥土搅拌桩止水选用SJS-2深层搅拌桩机，搅拌头由两对搅拌杆、两切削片和喷嘴等组成。

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此设计方案本着“安全、科学、节能、经济、环保”的原则，一方面采用钻孔灌注桩钢筋混凝土支撑体系经济合理，降低成本投入，噪音小、振动小，不用后期拆除，又能保证基坑支护有足够的刚度和稳定性，另一方面，一次性投入能有效降低对周围环境的影响，还解决了场地限制问题。
        2.3优化支撑结构步骤
        确定合理深基坑支撑结构具有显著意义，需严格遵循选型、计算、验算的流程展开。支撑结构选型是影响整体支撑效果的关键，需全面考虑到基坑深度、周边建筑物状况、地质环境等多方面因素，在此基础上考虑建筑平面配置、预算等要求，明确支撑桩测土压力、支撑桩嵌入深度、结构内力等，这些指标都要得到工程人员的准确计算，综合上述多重因素最终给出方案。针对所得方案做全面验算，现阶段应用效果较好的是模糊综合评判法，在实际工作中需创建评价层次分析结构模型，并分析权重与特征根、因素集权重等，以上述为基础实行模糊变换，得到与方案有关的评价结果，针对某些不足之处做出改进，以提升支撑结构方案的完善性。
        2.4优化钻孔灌注桩和内支撑工艺方法
        深基坑计算方法直接影响到支护结构的应用效果，当前基于深基坑支护衍生出的计算方法诸多，较为典型的有三种：①经典理论法，如静力平衡法等，是基于力的平衡理论而延展出的方法；②解析法，如弹性法等，最为突出的特点在于对压力做出假定；③有限元分析法，如三维实体有限元法等，针对基坑支护结构创建三维实体模型并展开直观分析。纵观行业发展状况，在信息技术大范围普及之下，为深基坑支护计算工作提供了更为可行的方法，充分借助计算机的高效运行能力，创建有限单元体并获得与之相关的位移－荷载函数关系，经系统分析后进一步获得应力、应变实际情况，从而可以对深基坑支护结构的认知更加深入。
        2.5加强基坑监测
        ①在基坑开挖期间或开挖到一定深度时，土体可能会存在形变问题，支护结构的内力也可能出现变化。基坑的施工风险可能碎石出现，所以对施工风险进行动态化监测至关重要，需要贯彻基坑开挖施工的每一个环节；②需要对所有基坑施工都进行严格监测。监测项目的选择不仅决定了整个工程开展的效率性与安全性，同时也影响了项目的经济效益，监测项目的增加会提高成本投入，但若是过度忽略监测工作，则可能会带来更为严重的后果；③结合深基坑工程事故的全面调查能够得知，在工程事故形成之前可能会存在一定预兆，若能够通过基坑监测工作来及时发现这些预兆，便能够有效控制意外的发生，避免意外事故带来的安全及经济损失；（④极可能中或周边具有地下水管、煤气管时，需要进行重点监测。若地下水管或煤气管破裂，那么很有可能会直接影响施工人员的人身安全，所以在施工前就要明确低下管线的类型与分布，便于后续的监测控制。
        结语
        综上所述，地铁车站施工地质环境特殊，深基坑支护稳定性至关重要，若要全面保障工程质量，需立足于实际情况选定合适的施工方法。地铁深基坑内支撑设计需要考虑的因素多，受实际施工条件影响大，因此，因地制宜、合理设计、严格施工才能保证工程质量。由于地下空间的综合性功能增加，深基坑支护所遇到的问题更加复杂，甚至需要多种支护形式的组合。因此，应不断加强技术理论和应用创新，以促进行业的稳定发展。
        参考文献：
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