城市地下空間工程基坑支護設(shè)計要點

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摘要:本文闡述了基坑支護設(shè)計在城市地下空間工程中的重要性，根據(jù)實際情況對基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標準值、基坑側(cè)壁安全等級及系數(shù)、水平荷載和抗力標準數(shù)值等設(shè)計關(guān)鍵點進行深入分析，為我國地下工程建設(shè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:地基工程;基坑支護;應(yīng)力標準

引言

隨著科技的進步和社會的發(fā)展，建筑工程已經(jīng)成為推動社會經(jīng)濟的重要內(nèi)容，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求，逐漸將建筑工程拓展到地下空間，由于在發(fā)展過程中存在著諸多問題，因此必須根據(jù)實際情況優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，切實提高城市地下空間工程質(zhì)量和水平。

1基坑支護設(shè)計在城市地下空間工程中的重要性

在進行城市地下空間工程建設(shè)過程中，由于基坑支護設(shè)計和質(zhì)量對施工進度、安全具有較大影響，所以必須要加大對基坑支護設(shè)計的重視力度。第一，基坑支護自身具有良好的保護性能，能夠保證基坑四周的土體始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時還能夠進一步滿足地下環(huán)境施工保留充足的活動空間，換句話說，其也是地下空間施工的必要條件［1］;第二，基坑支護還能夠保障四周相鄰建筑物、地下管線等多種地下設(shè)施在施工期間不受損害，其中包括基坑坑壁土體變形、地表面及地下土體出現(xiàn)垂直或水平位移等情況，能夠?qū)⒁陨锨闆r控制在可接受范圍內(nèi);第三，基坑支護能夠通過截水、降水和排水等措施，保證基坑工程施工作業(yè)面保持在地下水位以上，能夠有效避免水量過多對地下施工造成消極影響。因此，必須在原有基礎(chǔ)上對基坑支護進行優(yōu)化設(shè)計，同時還要對諸多影響因素進行綜合考量，比如建筑施工場地的周邊環(huán)境、地質(zhì)水文情況、人流密集程度等，切實突出基坑支護設(shè)計在城市地下工程中的重要意義。

2城市地下空間工程基坑支護設(shè)計的關(guān)鍵點

2．1基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標準值

在基坑支護設(shè)計施工前期，必須對施工位置周圍環(huán)境進行高標準、嚴要求的分析探究，然后根據(jù)實際情況進行施工設(shè)計。在基坑開始挖掘之前或是進行支護之后，需要在設(shè)計過程中考慮到可能由于外界因素導(dǎo)致支護變形的情況，因此需要不斷融入相應(yīng)的變形設(shè)計，才能最大程度避免對周圍建筑物、地下管線等設(shè)施造成破壞。當土體發(fā)生變形時很難對其進行有效控制，因此，必須要注重對基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標準值的精準測算。在進行基坑支護結(jié)構(gòu)材料選擇時，必須以相關(guān)標準為主要依據(jù)，選擇強度高、剛度優(yōu)質(zhì)、耐腐蝕等特點的材料，一般情況下，與其他材料相比，鋼管混凝土樁比較符合支護應(yīng)用的特性，不僅能夠提高支護體系的整體剛度，還能對多種因素導(dǎo)致的土體變形具有良好的控制作用，其中包括地下線路損壞、基坑開挖操作不慎等。在實際操作過程中，為了減少基坑變形情況，可以在基坑開挖之前將預(yù)應(yīng)力分別施加在施工各個環(huán)節(jié)構(gòu)成的整體體系上，體系內(nèi)容主要包括錨梁、水泥石粉樁、木樁以及鋼管抗滑樹根樁等，有利于避免施工地表發(fā)生沉降現(xiàn)象，同時還能對周圍建筑物、地下管線等設(shè)施起到保護作用。在完成基坑施工后，相應(yīng)的地表、狀體都會發(fā)生一定程度的變化，通常情況下，狀體頂部會出現(xiàn)位移現(xiàn)象，且最大距離應(yīng)為20mm，相應(yīng)的最大變形度則為40mm。如果地表出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，由于其基坑外側(cè)豎向應(yīng)力標準值的有效確定，則其最大限度一般都不會超過25mm。在此基礎(chǔ)上，如果基坑外側(cè)豎向坑壁會產(chǎn)生滑動現(xiàn)象，想要保證其始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，則必須對土體的滑動力、阻滑力和護壁結(jié)構(gòu)的抗滑力等影響因素進行充分考慮［2］。比如:設(shè)定滑體容重是20kN/m3，土體滑動角度為30°，其中還存在著10°的內(nèi)摩擦角，由此能夠進一步測算出深基坑預(yù)應(yīng)力的標準數(shù)值，相應(yīng)的，其極限嵌固深度的安全系數(shù)＞11，而錨索復(fù)合支護結(jié)構(gòu)整體抗滑的安全系數(shù)＞1．3。

2．2基坑側(cè)壁安全等級及系數(shù)

在進行地下空間工程建設(shè)過程中，必須加強對安全的重視力度，最主要的就是保證基坑基槽挖掘，以及人工挖孔樁等帶有基礎(chǔ)性施工操作的正確性、規(guī)范性和標準性。在基坑施工前期，需要對基坑側(cè)壁的安全等級進行科學(xué)評估，保證評估結(jié)果的真實性和準確性，并與實際情況相結(jié)合，根據(jù)基坑的特點對支護方法進行針對性選擇。想要對基坑側(cè)壁安全等級進行有效確定，首先必須嚴格以相關(guān)技術(shù)規(guī)范為主要依據(jù)，同時還要根據(jù)其對周邊環(huán)境和地下結(jié)構(gòu)的破壞程度，以及產(chǎn)生的消極影響進行總體評判，相應(yīng)的還要考慮產(chǎn)生的經(jīng)濟損失、安全威脅、社會影響等。在支護結(jié)構(gòu)遭到破壞之后，土體失去了固有的穩(wěn)定性，繼而會使原有土體發(fā)生較大程度的變形，因此可將對周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響程度從嚴重到輕微可分為一級、二級和三級，其系數(shù)分別為1．10，1．00和0．90。想要對基坑側(cè)壁安全等級進一步確定，除了以對周邊及地下結(jié)構(gòu)破壞程度為依據(jù)，還應(yīng)該對施工現(xiàn)場的水文環(huán)境、地質(zhì)條件等多種因素進行充分考量，除此之外，還要對工程自身所具備的特殊性質(zhì)進行深入分析探討。在進行安全等級劃分時，可從基坑的開挖深度、基坑挖掘規(guī)模及角度等多方面，劃分為低級、中級和高級三種等級，在此基礎(chǔ)上，以工程建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境、水文條件為參考依據(jù)，根據(jù)基坑的各項指標和產(chǎn)生的消極后果來進行安全等級的劃分，可大致分為三個等級。對于一級和二級而言，工程所在地的地質(zhì)條件都較為復(fù)雜，前者更為惡劣，相應(yīng)的地下水位也較高，一級的基坑深度＞12m，二級的基坑深度＞6且＜12m，在這種較為復(fù)雜的自然環(huán)境中施工，極易對基坑產(chǎn)生嚴重破壞。對于三級而言，工程所在地的地質(zhì)條件較為簡單，且地下水位始終屬于較低水平，基坑深度＜6m，由于施工的自然環(huán)境較為簡單，其產(chǎn)生的破壞效果大幅度降低［3］。按照以上方法能夠?qū)觽?cè)壁的安全等級進行有效確定，同時還能對基坑的支護方法進行精細化選擇，有利于保證工程的基礎(chǔ)性建設(shè)，以及整體施工的安全性和穩(wěn)定性。

2．3水平荷載和抗力標準數(shù)值

對于基坑支護設(shè)計來說，必須加強對基坑支護水平荷載標準值、水平抗力標準值的重視力度，確保二者數(shù)值計算的科學(xué)性、穩(wěn)定性和精準性。一般情況下是通過擋土墻內(nèi)側(cè)所產(chǎn)生的被動土壓力進行有效引用，大多數(shù)都會采用彈性抗力的方法對擋土墻的位移情況進行有效控制，但是可能由于擋墻內(nèi)側(cè)與彈性抗力仍存在連接關(guān)系，因此不能夠完全達到被動狀態(tài)，從而進一步體現(xiàn)出水平荷載樁的水平抗力數(shù)值的重要性。通常情況下，外側(cè)主動土壓力主要指的是施加在墻體上的水平荷載力，在實際水平荷載標準數(shù)值計算過程中，首先就是要對基床系數(shù)進行有效選取，由于其對計算結(jié)果具有重要影響，因此必須保證系數(shù)數(shù)值選取的真實性和準確性，確保符合基坑支護的實際情況。一般來說，深度比例與基床系數(shù)始終處于正比狀態(tài)，隨著深度比例的增長，基床系數(shù)也會出現(xiàn)相應(yīng)變化。在基坑支護設(shè)計的計算過程中，需要根據(jù)應(yīng)用方法進行適當改變，以土抗力法為例，此種方法促使土體處于前后的基坑支護結(jié)構(gòu)，那么就可以將其看做是由水平方向的彈簧組成的計算模型，進一步突出其彈性特點，與此同時，在進行擋土結(jié)構(gòu)墻體的彎矩、剪力和變形值計算時，需要根據(jù)撓曲線的特點，采用與其類似的方程式進行標準數(shù)值計算，以此為依據(jù)可以進一步得出相應(yīng)的有效結(jié)論，同時還能保證其具有精準性、真實性特點，換句話說，就是如果在進行計算時出現(xiàn)了彈性變形，就可以證明其點的水平方向的反力與彈性變形呈正比狀態(tài)，促使基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計在原有基礎(chǔ)上得到優(yōu)化提升，推進地下建筑工程的積極發(fā)展。

3結(jié)論

綜上所述，不斷優(yōu)化基坑支護設(shè)計內(nèi)容是滿足現(xiàn)代化地下空間工程建設(shè)的重要內(nèi)容，在實際施工過程中，必須根據(jù)現(xiàn)場情況進行針對性的基坑支護設(shè)計，同時還要選擇高質(zhì)量的應(yīng)用材料加以支撐，確保支護方案具有多樣性特點，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟和社會效益的和諧統(tǒng)一。

參考文獻:

［1］李順群，柴壽喜．城市地下空間工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文)改革與實踐［J］．高教學(xué)刊，2020，(19):133－135．

［2］徐慶和，黃中磊．鄭州綜合交通樞紐地下空間基坑支護工程方案設(shè)計［J］．建材發(fā)展導(dǎo)向，2020，18(12):61－64．

［3］阮祎萌．城市地下空間工程基坑支護設(shè)計與分析［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2020，50(S1):989－994．

作者：高歡 單位：陜西省宏安建筑工程有限公司