郭雪丰白城师范学院土木工程学院邮编137000
摘要:从支护结构及对应土的不稳定因素出发,进行相应的设计改进,从而达到设计稳定性的安全要,是工程质量的有力保证。所以,要从这几各方面进行分析研究,考虑本文提到的注意事项,找出合理的解决办法,避免问题产生,是支护结构设计的重要环节。
关键词:基坑支护土压力稳定性
0前言
在参加基坑设计及施工的过程中总结了一些关于基坑支护设计相关的一些问题,而这些问题都是有关工程质量与安全的,所以要通过在设计中的斟酌考虑来提高设计的可靠度,加大施工的安全。
1支护方面:
1.1支护稳定计算方面:
土压力的分布与计算是在计算支护结构稳定性之前的必要环节,目前国内普遍采用古典的朗肯土压力理论及库伦土压力理论,前者假设支护结构是竖直的,土压力的作用方向水平,墙背光滑,不计土体对支护体的摩阻力。而后者主要考虑当支护结构是倾斜的情况。依据很多现场测得挡土墙前面和后面的土压力分布情况,朗肯土压力理论相对于其他一些古典方法更符合实际,主动土压力尤其与实际接近,已经达到了工程实用标准,其计算方法简单,容易被大家理解采用,在土压力计算中起到了预算设计的作用。而库伦土压力的计算也可作为一种预测的一种方法存在,尤其是在计算的协助下,使其作用更大得发挥。
朗肯土压力理论在支护结构上的应用,其土压力理论需建立在极限平衡状态概念的层面上,而被动土压力是外力作用在支护结构上产生的,是一种位移达到被动极限状态时的土压力。现有的研究成果表示,被动土压力对应的位移一般是主动土压力对应位移的10—50倍。在工程实践中,由于支护结构常常不允许产生被动极限平衡状态时所需要的位移量。所以,实际的被动土压力常常小于被动土压力的极限值。那么,支护结构的计算中,朗肯土压力理论计算的被动土压力是偏大的,实际设计时要打折。折减的多少同被动区土体的土质及支护结构的样式紧密联系,所以应根据二者情况,以及对支护结构位移限制的程度,乘以折减系数值。例如,水泥混凝土重力式当土墙、其被动区土质为淤泥质粘土的情况,折减系数在0.5—0.6范围内;其被动区土质为砂性土或被动区土体已被水泥搅拌桩改良时,折减系数可在0.75—0.85范围内。
1.2支护形式的选择:
结构中支撑的形式是多样的,其主要分为两类:拉锚式和内支撑。就拉锚式而言,各锚杆独立成载,通过土体的锚固作用形成水平承载力,锚杆通过腰梁联系。而近几年又采用了一些支护桩(单排、多排桩)帷幕配合锚杆的支护形式。就内撑式而言,通常采用井字梁加立柱,使排桩墙、支撑梁和立柱形成一个空间的框架结构。特别是当有两道以上的水平支撑时,空间效应显著。这样,水平支撑梁不仅是单根支撑作用,而是以整体结构的形式起作用。在支护结构设计的过程中,不考虑其空间效应,将内撑式和拉锚式同等看待,认为只提供一个水平支撑的想法是不合理的。
早期的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。就细长条基坑来讲,这种其假定还是比较符合实际的,而对方形或近似长方形的深基坑差别是明显的。因此,在能进行空间问题处理前而需按应变假设设计时,要适当调整支护结构的构造,以满足开挖空间效应的要求。在支护结构中,结构的变形和内力受支撑的形式及位置的影响显著,所以,其合理的选择,对维护结构的稳定性,控制位移及造价有很大的作用。
在通常的支护结构中,维护桩墙的顶部都不设压顶圈梁,压顶圈梁不仅可以将各单桩联系起来,增强桩间的整体性,还可以作为施工人员的通道,为施工提供方便,与一般水平支护梁不同的地方,它是靠梁的抗弯刚度而不是靠钢筋混凝土抗压强度提供支撑力的。假设基坑的平面形状接近圆形或正方形,将压顶圈梁及腰梁设计成圆环形是最适合的,这样通常可以改善支撑梁的受力情况,把弯矩转化为轴力,有效利用混凝土的抗压强度,进而大幅度降低工程造价、扩大坑内的施工空间,有利于工人施工。
支护桩墙的稳定性与位移,通常在开挖面以上可以用内支撑和外拉锚加以控制,在开挖面以下主要受制于基坑底部土的承载力和桩墙入土的深度。基坑底部土质较硬,将桩墙插入硬土层,将减少桩墙的位移和增强其稳定性。桩墙入土的深度对其稳定性与变形也有很大的影响,可是入土的深度是定值时,其效果就会越来越小。因此对于深厚的软土层,不可以靠一味增加入土深度来提高支护稳定性和控制位移。
2支护安全中对水的控制:
地下水控制是基坑工程中的一个重要环节,因为土质与地下水位的条件不同,基坑开挖的施工方法也大不相同。在没有地下水的条件下,可轻易就开挖到6、7米以上;而在地下水位较高,存在粉土和砂土时,开挖达到3m就可能产生塌方。因此,对于靠水边的高水位地区和表层滞水丰富的地区来说。深基坑工程的地下水控制就是基坑工程成败的关键问题之所在。
在基坑开挖的过程中,降水、止水和排水对直接影响工程的经济效益与质量安全,通常的基坑工程事故都与水有一定的关系。通常情况下软土地区的地下水位较高,深基坑工程开挖时,为满足挖土操作条件,提高土体的抗剪强度,增加土体抗管涌、抗承压水、抗流砂等的能力,减少对支护结构的侧压力,进而增大基坑施工的安全度,通常对坑内、外采取降水、止水和排水。降水主要有轻型井点及多层轻型井点、喷射井点、深井井点、电渗井点等。但降水过程中,引起含水层中的地下水位降低,土体内液压降低,使土体颗粒间应力有效应力增加,导致地面沉降,严重时,地面沉降甚至会造成相邻建筑物的倾斜与破坏。加之在坑内降水时,如果降水深度过深,由于水位差增加,容易出现管涌,引起工程事故。那么,在施工决策前,需要预想施工中可能发生的各种危害及其程度,以便及时提出最佳解决方案保障施工安全。
参考文献:
王年香深基坑支护设计计算的有关问题南昌水专学报1998年第17卷
林伊方徐志恒沈汉桦吴心忠基坑支护设计若干问题的研究与探讨
沈礼斌关于深基坑支护设计问题的探讨四川建材2009年第4期第35卷
彭典华胡励耘水泥搅拌桩和微型钢管桩在深基坑支护中的运用