摘要：由于经济的发展，城市化的进程加快，造成了城市人口的超饱和，城市的土地资源利用也已达到极限水平。城市空间不断缩小，城市绿地面积也在减少，为了节省土地资源，充分利用地下空间，深基坑支护成为了一个必不可少的过程。本文分析了深基坑围护开挖土与支护结构相互作用稳定性内容。
关键词：深基坑围护开挖土；支护结构；稳定性
一般的基坑支护设计就是相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不会致使支护产生失稳。而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。
1 特点
1.1 安全储备较低，风险性高，具有临时性。基坑的安全储备低，风险高。一旦在施工过程中出现险情，就必须马上进行抢救，因此最好是在施工过程中保持监测的连贯性。
1.2 具有很强的综合性。基坑工程不仅包涵了一般的岩土知识，同时还和其他学科，与土力学、计算机科学等密切联系，因此，它是一门包涵多学科知识的综合工程。
1.3 具有时空效应。基坑的形状和深度影响着基坑支护的稳定和变形。在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。
2 实例分析
某深基坑支护体系多应用地连墙的支护形式, 基坑开挖采用明挖顺作法施工, 基坑内侧沿深度方向布置多道钢管支撑。地下连续墙支护体系一方面隔离基坑外土体和地下水, 另一方面在开挖过程中维系着基坑的稳定和安全。研究表明, 影响支护体系稳定性的关键因素有三个方面:支护结构体的入土深度、整体刚度及基坑内支撑轴力的大小。本文通过建立基坑支护体系的计算模型并对工程实例进行拟合计算, 分析三者对整个支护体系稳定性的影响程度。
2.1 施工过程模拟。某基坑主体为地下两层, 结构全长约200m, 标准段结构净宽18.2m, 净高10.65m, 顶板覆土层厚度约3m, 两端设盾构调头井。主体标准段支护结构采用800mm 厚地下连续墙, 连续墙长度为27.5m, 入土深度约11.3m;端头井采用800mm 连续墙, 连续墙长度为31.0m, 入土深度为12.8m。横撑采用 600钢管, 标准段采用四道支撑, 端头井处采用五道支撑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆明挖顺作法施工。采用弹塑性有限元软件对该基坑开挖的过程进行了模拟, 其中土体单元的本构关系选用莫尔-库仑模型, 将4道支撑简化为集中力, 作用在地连墙上, 地连墙的本构关系采用线弹性模型。考虑到模型的对称性, 只绘制了图形的右半边，在较好的模拟实际工况的基础上, 分三种情况计算了基坑破坏时地连墙的侧向位移, 第一种情况是改变地连墙的入土深度即墙长;第二种情况是改变地连墙的刚度, 直到坑壁土体发生滑动破坏;第三种情况是改变支撑轴力, 直至基坑发生整体稳定破坏。
2.2 支护结构入土深度的影响。保持支撑轴力和地连墙刚度不变, 改变地连墙的长度, 分别计算墙长直至16.1m(坑深)时地连墙的侧向位移, 将计算结果得到的支护结构变形与地连墙的长度绘成关系曲线，墙长24m 是一个转折点, 当地连墙长度从32m 变化到24m时, 地连墙最大侧向位移量变化不大, 但当地连墙长度继续减小时, 位移显著增大, 地连墙长24m 对应的最大侧向位移是28.61mm, 此时地连墙最大位移占基坑深度的0.18%。但是即使地连墙长度减少到与基坑深度一样, 由于有支撑的作用, 基坑没有发生整体稳定破坏。可见在有足够支撑力的情况下, 地连墙长度可以不作为控制基坑失稳的标准。
2.3支撑轴力的影响。保持地连墙长度和刚度不变, 减小支撑的轴力,当最大支撑轴力减小到102.5时, 墙后土体中出现贯通的滑动面, 发生滑动破坏。当支撑轴力减小到235kNm时, 地连墙侧向位移开始急剧增大, 最大轴力为205时对应的地连墙侧向位移为150.7mm。即此时相当大范围内的土体的抗剪强度都充分发挥了, 因此这一范围内土体的剪应力水平为1。可认为墙侧土体位移达到坑深的0.94%时, 地连墙侧向位移会急剧增大, 基坑有发生破坏的危险。
2.4支护结构刚度的影响。保持地连墙长度和支撑轴力不变, 逐渐减小地连墙的刚度, 当刚度减小为850kN mm时, 墙后土体发生滑动破坏,当地连墙刚度减小为3250kNmm时, 墙侧向位移开始急剧增加。位移—刚度曲线出现转折点, 此时墙的侧向位移是99.1mm。可认为墙侧土体位移达到坑深的0.61%时, 地连墙侧向位移会急剧增大, 基坑有发生破坏的危险。
3 建议
3.1 设计上的改进。由于施工场地地下与地上环境的不同，目前国内外还没有统一精确的设计规范和计算方法，这就要求设计人员因地制宜的确定基坑的变形允许值，对结构变形的控制标准和地面超载对结构变形影响进行认定，寻求新的支护结构计算方法。这些综合性的结构虽然具有一定的复杂性，但是却可以整体上提升支护结构的稳定性。
3.2支护结构的研究试验和优化。由于技术上和资金上的限制，目前我国很少对支护结构进行完善系统的研究试验，很多成功和失败的深基坑支护施工都难以总结经验，支护技术施工很难有新的进步和发展。新时期，技术人员和设计人员要对深基坑支护施工进行反复的研究和试验，提高工程的稳定性。对于施工方案不符合施工要求的要进行优化升级，做到施工的安全可靠、过程顺利，确保工程施工能够在规定的工期内完成。
4 结束语
综合以上对影响基坑稳定性的三种因素，该基坑支护形式中地连墙入土深度的减少对墙体结构的变形影响最大, 但由于有足够支撑的作用, 基坑不易发生整体稳定破坏。实际工程中支护结构刚度对基坑整体稳定性的影响最为重要, 表现为其对侧向位移的敏感程度高, 所以可将地连墙刚度减小引起的墙体侧向位移量作为本基坑整体稳定性的主要控制标准。支护结构的稳定性是施工的关键和难点，工程的设计人员和施工人员还要在现有技术的基础上加强设计和试验，提升深基坑支护结构的稳定性。
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论文作者:李冬冬,郭莹莹
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/13
标签：基坑论文; 位移论文; 结构论文; 刚度论文; 稳定性论文; 深度论文; 深基坑论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;